DE69721594T2

DE69721594T2 - Teppichgarn mit hohen schmutzabweisenden Eigenschaften

Info

Publication number: DE69721594T2
Application number: DE69721594T
Authority: DE
Inventors: Bart Goeman
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1996-03-07
Filing date: 1997-02-18
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2017-02-19
Also published as: EP0904432A1; DK0904432T3; CA2247272A1; DK1111102T3; AU2274397A; JP2000506230A; US5882762A; DE69705616T2; WO1997033019A1; EP1111102B1; DE69705616D1; EP0904432B1; EP1111102A1; ZA971904B; AU717090B2; DE69721594D1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Teppichgarn, insbesondere Teppichgarn aus mehreren Filamenten aus einem thermoplastischen Kunststoff. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Teppichgarns. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung des Teppichgarns zur Herstellung eines stark schmutzabweisenden Teppichs.
Stand der Technik
Bei der Herstellung von Textilgütern aus extrudierten thermoplastischen Kunststoffen, wie zum Beispiel Polyalphaolefinen, ist es üblich, auf die Filamente, Garne oder weiteren textilen Ausführungsformen davon ein Präparationsöl aufzutragen. Dabei handelt es sich um eine auf der Oberfläche der Kunstfaser abgeschiedene, im wesentlichen lubrizierende Zusammensetzung, die die Reibung Faser an Faser und die Reibung des Fadens an den Metallflächen der Anlage verringert. Hauptaufgabe ist, dem Faden eine Oberflächenlubrizität zu verleihen. Weiterhin reduzieren Präparationsöle die Statik der hydrophoben Fasern. Sie reduzieren den elektrischen Widerstand der Fasern und ermöglichen so einen schnelleren Abbau der Ladungen. Durch Präparationsöle verbessert sich auch der Schutz gegen Fasergarnbruch. Präparationsöle enthalten eine Vielzahl von chemischen Komponenten, wobei es sich bei den Hauptkomponenten um Gleitmittel, Antistatika und Emulgatoren handelt. Zudem kann das Präparationsöl kleine Anteile von Zusatzstoffen wie Antioxidantien, Korrosionsschutzmitteln, Entschäumer und Bakterizid enthalten. Die erforderliche Präparationsölmenge richtet sich nach dem Hersteller und der anschließenden Weiterverarbeitung der Fasern in nützliche Produkte. Typischerweise sind zwischen etwa 0,9% und 5% Präparationsöl erforderlich. Ein größerer Nachteil ist, daß Präparationsölreste auf der extrudierten Faser die Verschmutzungsresistenz des fertigen Produkts beeinträchtigen.
Bei der gewerblichen Herstellung von Textilien, wie zum Beispiel Teppich und Bekleidung, ist es üblich, solche Substrate mit einer Zusammensetzung zu behandeln, die ihnen zusätzliche wünschenswerte Eigenschaften verleiht, wie Resistenz gegenüber Verschmutzung durch teilchenförmigen oder trockenen Schmutz. Dazu werden in der Praxis gewisse fluorchemikalische Zusammensetzungen eingesetzt. Sie werden unter anderem auch beispielsweise durch Sprüh-, Schaum-, Klotz- und Präparationsbadtauchverfahren auf verschiedene Substrate aufgetragen.
Aus der US-PS 4,264,484 ist ein flüssiges Teppichbehandlungsmittel bekannt, das ein wasserunlösliches Polymerisat auf der Basis von olefinisch ungesättigten Monomeren, die frei von Fluoratomen in Nichtvinyl-Stellung sind, wobei das Polymerisat mindestens eine Hauptübergangstemperatur von oberhalb etwa 25°C aufweist, und einen wasserunlöslichen, Chloratome enthaltenden fluoraliphatischen Ester mit mindestens einer Hauptübergangstemperatur von oberhalb etwa 25°C enthält.
Aus der US-PS 4,107,055 ist eine Zusammensetzung zur Beschichtung textiler Flächengebilde bekannt, die ein Polymer mit einer Glasübergangstemperatur oberhalb Raumtemperatur, ein ionogenes fluoriertes Tensid und einen Träger enthält. Für Trockenschmutzresistenz wird das Polymer bevorzugt so aufgetragen, daß sich auf dem textilen Flächengebilde ein Festkörperauftrag von etwa 0,25 bis 10% ergibt.
Aus der US-PS 4,043,964 ist ein einen nachhaltig schmutzresistenten Teppich ergebendes Beschichtungsmittel bekannt, das (a) mindestens eine Phase aus einem speziellen wasserunlöslichen Polymerisat auf der Basis von olefinisch ungesättigten Monomeren, die frei von Fluoratomen in Nichtvinyl-Stellung sind, und (b) mindestens eine Phase einer speziellen wasserunlöslichen fluorierten Komponente mit einem fluoraliphatischen Rest mit mindestens 3 Kohlenstoffatomen enthält. Das der fluorierten Komponente zugrundeliegende Monomer kann beispielsweise Dicarbonsäure, Glykol, Diamin, Hydroxyamin usw. enthalten.
Den aus den obengenannten US-PSen 4,264,484, 4,107,055 und 4,043,964 bekannten Behandlungs- oder Beschichtungszusammensetzungen ist gemein, daß sie nach der Herstellung des Teppichs bzw. des textilen Flächengebildes in einem separaten Behandlungsschritt darauf aufgetragen werden. Durch den technischen und Zeitaufwand für einen derartigen Behandlungsschritt verteuert sich das fertige Produkt.
Textile Fasern und Gare lassen sich auch durch Einsatz der Fluorchemikalie im Präparationsbad behandeln. So sind beispielsweise aus den US-PSen 4,190,545 und 4,192,754 Spinn- und Garnappreturen bekannt, die durch Einlagerung zu öl- und schmutzabweisendes Garn aus synthetischem organischen Polymer verarbeitet werden sollen. Die Appretur enthält (a) eine Lösung eines Salzes von Dioctylsulfosuccinat, Propylenglykol und Wasser und (b) eine fluorhaltige chemische Verbindung aus Polycarboxybenzol, das mit gewissen teilfluorierten Alkoholen und mit hydroxyhaltigen Organylen wie 2- Hydroxyethyl, Glyceryl und Chlorhydryl oder Bromhydryl verestert ist.
Es ist aber auch möglich, behandelte Textilfasern und -garne durch Schmelzextrusion einer Mischung eines synthetischen fadenbildenden Polymers und einer fluorchemikalischen Zusammensetzung zu erhalten. Eine solche Schmelzextrusion kann man beispielsweise der US-PS 3,839,312 entnehmen. Aus dieser Schrift ist bekannt, den Schmutz- und Fleckenschutz extrudierter Filamente aus einem Kunstharz dadurch zu verbessern, indem man in das Harz eine kleine Menge, etwa 1 Prozent, einer amphipathischen Verbindung einarbeitet, die ein bis vier über einen organischen Rest gebundene Fluoralkylgruppen enthält. Dabei beruht die Resistenz auf den Fluoralkylgruppen, die sich an der Faseroberfläche anreichern.
Aus WO 92/18569 und WO 95/01396 sind permanent schmutzresistente Polymerzusammensetzungen wie Fasern und Garne bekannt, die eine im Polymer verteilte Fluorchemikalie enthalten. Die Herstellung dieser Polymerzusammensetzungen erfolgt durch Schmelzextrusion der Fluorchemikalie mit dem erwünschten Polymer. Zur Anwendung mit der Fluorchemikalie in Betracht kommende Polymere zählen Polyester, Polypropylen, Polyethylen und Polyamid.
Aus der US-PS 5,025,052 sind bestimmte fluoraliphatische Gruppen enthaltende Oxazolidinonzusammensetzungen bekannt. Weiterhin sind dieser Schrift Fasern, Folien und Formkörper zu entnehmen, die beispielsweise durch Spritzgießen einer Mischung von faden- oder folienbildenden synthetischen organischen Polymeren und bestimmten fluorchemikalischen Oxazolidinonen hergestellt werden. Die dabei entstehenden Fasern, Folien und Formkörper sollen eine geringe Oberflächenenergie, Oleo- und Hydrophobie und schmutzabweisende Eigenschaften aufweisen.
Aus der europäischen Patentveröffentlichung Nr. 0 516 271 sind dauerhaft hydrophile thermoplastische Fasern aus einem thermoplastischen Polymer und eine fluoraliphatische Gruppe enthaltender nichtionischer Verbindungen bekannt.
Zwar haben sich viele der gegenwärtig angewendeten fluorchemikalischen Zusammensetzungen bei der schmutzabweisenden Ausrüstung von Teppichen bewährt, ein wesentlicher Anteil der hergestellten Teppiche läßt sich aber durch Behandeln nicht mit den erwünschten Eigenschaften versehen. Wesentliche und fluktuierende Präparationsölmengen verbleiben nämlich häufig auf der Nutzfläche und beeinträchtigen so die Schmutzresistenz des Teppichs oder stören bei der fluorchemikalischen Behandlung und mindern oder verhindern deren erwünschtes Ergebnis. Da die zu beobachtenden Präparationsölrestmengen mit jeder Teppichfertigungsstraße variieren, ist es beim Betrieb einer Teppichfabrik nur schwer möglich vorherzusagen, welche der Teppichfertigungsstraßen bei der Einstellung einer befriedigenden Schmutzresistenz Probleme bereiten werden. Eine Lösung wäre die Abreinigung der Teppiche. Sie wird jedoch von der Branche als unwirtschaftlich abgelehnt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Teppichgarn, insbesondere ein Teppichgarn aus mehreren Filamenten aus einem thermoplastischen Kunststoff, zur Verfügung zu stellen, das die obengenannten Nachteile deswegen überwindet, weil die zu einer sachgemäßen Lubrizierung der Filamente benötigte Präparationsölmenge verkleinert werden kann. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, nach dem man ein Teppichgarn mit einer verbesserten Schmutzresistenz herstellen kann. Aufgabe der Erfindung ist ferner die Bereitstellung eines Verfahrens zur Verarbeitung des Garns zu einem hoch schmutzresistenten Teppich.
Darstellung der Erfindung
Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist kurz gesagt ein Teppichgarn aus mehreren Filamenten aus einem thermoplastischen Kunststoff, in denen eine hydrophilierende Verbindung verteilt ist. Es wurde insbesondere gefunden, daß das Vorliegen der hydrophilierenden Verbindung in den Filamenten ermöglicht, Teppichgarn mit einer reduzierten Präparationsölmenge. Insbesondere kann man das Präparationsöl zumindest zum Teil durch Wasser ersetzen. Als Folge der reduzierten Präparationsölmenge sind die aus derartigem Garn hergestellten Teppiche weniger verschmutzungsanfällig. Es wurde weiter gefunden, daß erfindungsgemäßes Teppichgarn gegenüber Teppichgarn ohne die hydrophilierende Verbindung vermutlich aufgrund der als Folge des reduzierten Präparationsöls geringeren Kohäsion zwischen den Filamenten voluminöser aussieht. Bei der hydrophilierenden Verbindung im Rahmen der vorliegenden Erfindung handelt es sich um eine Fluorchemikalie oder eine Mischung aus einer nichtfluorchemikalischen Verbindung und einer fluorchemikalischen Verbindung.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung von Teppichgarn gemäß Anspruch 5.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung des Teppichgarns zur Herstellung eines hoch schmutzabweisenden Teppichs, bei der eine Abreinigung des Teppichs oder dessen Behandlung mit schmutzabweisenden Zusammensetzungen entfällt.
Das eine hydrophilierende, in seinen Filamenten und auf deren Oberfläche verteilte Verbindung enthaltende Teppichgarn gemäß der vorliegenden Erfindung, das nach dem obengenannten Verfahren hergestellt werden kann, bietet eine einzigartige Lösung der im Stand der Technik durch Präparationsölreste hervorgerufenen Probleme. Aus der US-PS 3,839,312 ist zwar der Zusatz von fluorchemikalischen Verbindungen mit einer bis vier über einen organischen Rest gebundenen Fluoralkylgruppen zu Polypropylenfasern bekannt. Diese fluorchemikalischen Verbindungen verleihen den Fasern aber keine Hydrophilie. Zudem ist, wenn auch in der Schrift nicht ausdrücklich erwähnt, ein Präparationsölauftrag erforderlich, um die Faser zu lubrizieren und den Aufbau von elektrostatischen Ladungen darauf zu vermeiden. Die Folge ist die oben erörterte nachteilige Störung der fluorchemikalischen Behandlung durch Präparationsöl. Dieselben Probleme ergeben sich bei der mit einer fluorchemikalischen Oxazolidinonzusammensetzung gemäß der US-PS 5,025,052 behandelten Polypropylenfaser.
Demgegenüber ist die erfindungsgemäße Teppichfaser aufgrund der in den Filamenten verteilten und, wie aus den Reibungseigenschaften geschlossen werden kann, auch auf deren Oberfläche vorliegenden hydrophilierenden Verbindung hydrophil. Das ermöglicht eine beträchtliche Reduzierung des Präparationsöls.
Die mit einer fluorchemikalischen Verbindung mit einer aromatischen Gruppe präparierten Teppichfasern gemäß den US-PSen 4,190,545 und 4,192,754 werden dadurch ölabweisend eingestellt. Das ist bei den erfindungsgemäßen Teppichfasern nicht der Fall. Die aufgrund des Vorhandenseins einer eine fluoraliphatische Gruppe enthaltenden nichtionischen Verbindung auf ihrer Oberfläche dauerhaft hydrophile Polypropylenfaser gemäß der europäischen Patentveröffentlichung Nr. 0 516 271 ist keine verstreckte Faser und eignet sich nicht zum Einsatz bei der Herstellung von Teppichen.
Nähere Beschreibung
Zu erfindungsgemäß in Betracht kommenden thermoplastischen Kunststoffen zählen fadenbildende Poly(alpha)olefine, Polyester und Polyamide. Bevorzugte thermoplastische Kunststoffe sind Poly(alpha)olefine. Zu den erfindungsgemäßen Poly(alpha)olefinen zählen die normalerweise festen Homo-, Co- und Terpolymere der aliphatischen Mono-1-olefine (alpha-Olefine), wie sie allgemein in der Technik bekannt sind. Die zur Herstellung solcher Poly(alpha)olefine eingesetzten Monomere enthalten üblicherweise 2 bis 10 Kohlenstoffatome pro Molekül, wobei gelegentlich allerdings auch höhermolekulare Monomere als Comonomere dienen. Die Erfindung ist auch auf mechanisch oder in situ erzeugte Mischungen der Polymere und Copolymere anwendbar. Zu eingesetzten Monomeren zählen Ethylen, Propylen, Buten-1, Penten-1, 4-Methylpenten-1, Hexen-1 und Octen-1 alleine oder in Mischung oder in sequentiellen Polymerisationssystemen.
Zu Beispielen zählen Polyethylen, das zur Zeit bevorzugte Polypropylen, Propylen/Ethylen-Copolymere, Polybutylen und deren Mischungen. Verfahren zur Herstellung verschiedener Polymere sind hinreichend bekannt, wobei sich die Erfindung nicht auf ein mit einem bestimmten Katalysator oder Verfahren hergestelltes Polymer beschränkt.
Als hydrophilierende Verbindungen eignen sich erfindungsgemäß fluorchemikalische Verbindungen oder eine Mischung aus fluorchemikalischen und nichtfluorchemikalischen Verbindungen. Nichtfluorchemikalische hydrophilierende Verbindungen sind im wesentlichen fluorfrei (enthalten vorzugsweise weniger als 10 Gew.-% und bevorzugt weniger als 5 Gew.-% Fluor) und generell von hydrophiler Natur oder enthalten mindestens einen hydrophilen Teil derart, daß auf der Oberfläche der Filamente aus thermoplastischem Kunststoff eine Hydrophilie bzw. Benetzbarkeit erreicht werden kann. Dazu zählen neben Polymeren auch niedermolekulare Verbindungen und Oligomere. Geeignete nichtfluorchemikalische hydrophilierende Verbindungen sind vorzugsweise mit der Schmelze des thermoplastischen Kunststoffs unverträglich und sind vorzugsweise bei den erforderlichen Extrusionstemperaturen ausreichend stabil.
Als geeignete nichtfluorchemikalische hydrophilierende Verbindungen kommen anionische, kationische, nichtionische oder amphotere in Frage. Bevorzugte Verbindungen sind Tenside. Besonders bevorzugte nichtfluorchemikalische hydrophilierende Verbindungen sind solche, die eine Polyoxyalkylengruppe enthalten.
Für den Einsatz in den erfindungsgemäßen Verfahren geeignete fluorchemikalische hydrophilierende Verbindungen sind von Natur her hydrophil und umfassen Verbindungen, Oligomere und Polymere. Im Rahmen dieser Erfindung werden sie generell als fluorchemikalische Verbindungen bezeichnet. Solche Stoffe enthalten mindestens etwa 10 Gew.-% Fluor, d. h. an Kohlenstoff gebundenes Fluor. Sie enthalten einen oder mehrere fluorchemikalische Reste (R_f) sowie eine oder mehrere wasserlöslich machende polare Gruppen (Z), wobei die Reste und Gruppen üblicherweise durch geeignete Verknüpfungsgruppen (Q) miteinander verbunden sind.
Bei dem fluorchemikalischen Rest R_f in dem Mittel handelt es sich in der Regel um einen fluorierten, vorzugsweise gesättigten, einwertigen Rest mit mindestens 4 Kohlenstoffatomen. Vorzugsweise ist der fluorchemikalische Rest ein fluoraliphatischer, nichtaromatischer Rest. Die aliphatische Kette kann gerade, verzweigt oder gegebenenfalls auch cyclisch sein und ausschließlich an Kohlenstoffatomen gebundene Heteroatome wie Sauerstoff, zwei- oder sechswertigen Schwefel oder dreiwertige Stickstoffatome enthalten. Ein voll fluorierter Rest ist zwar bevorzugt, doch können Wasserstoff- und Chloratome auch als Substituenten vorliegen, vorausgesetzt daß der jeweilige Anteil ein Atom pro zwei Kohlenstoffatome nicht übersteigt.
Etwa 5 bis etwa 12 Kohlenstoffatome enthaltende fluoraliphatische Reste sind ganz besonders bevorzugt.
Die wasserlöslich machende polare Gruppe Z im fluorchemikalischen Mittel ist beispielsweise eine nichtionische, anionische, kationische oder amphotere Gruppe oder eine Kombination gleicher oder verschiedener genannter Gruppen. Vorzugsweise enthält die wasserlöslich machende Gruppe eine Polyoxyalkylengruppe, (OR')x, wobei R' für eine Alkylengruppe mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen, wie -CH₂CH₂- , -CH₂-CH₂-CH₂- , -CH(CH₃)CH₂)- und -CH(CH₃)CH(CH₃)- oder deren Mischungen und x für eine ganze Zahl von etwa 6 bis etwa 20 steht. Die Oxyalkylen-Einheiten im genannten Poly(oxyalkylen) können gleich sein, wie in Poly(oxypropylen), oder als Gemisch vorliegen, wie in einer auch als heteric bezeichneten geraden oder verzweigten Kette statistisch verteilter Oxyethylen- und Oxypropylen-Einheiten Poly(oxyethylen-co-oxypropylen) oder wie in einer geraden oder verzweigten Kette von Blöcken von Oxyethylen-Einheiten und Blöcken von Oxypropylen-Einheiten. Die Poly(oxyalkylen)kette kann durch ein oder mehrere kettenförmige Verknüpfungsglieder unterbrochen sein oder solche enthalten, vorausgesetzt solche Verknüpfungsglieder ändern den wasserlöslich machenden Charakter der Polyoxyalkylenkette im wesentlichen nicht, und ist vorzugsweise mit Hydroxyl- oder Niederalkylethergruppierungen, beispielsweise -OCH₃ oder -OCH₂CH₃, terminiert.
Zu typischen anionischen Gruppen zählen CO₂H, CO₂M, SO₃H, SO₃M, OSO₃H, OSO₃M, OPO(OH)₂ und OPO(OM)₂, wobei M für ein Metallion (wie Natrium oder Kalium) oder ein Ammoniumion oder ein sonstiges Aminkation steht. Zu typischen kationischen Gruppen zählen NR₃ ⁺A^–, wobei R für eine Niederalkylgruppe wie Methyl, Ethyl, Butyl, Hydroxyethyl oder Wasserstoff und A für ein Anion wie Chlorid, Sulfat, Phosphat, Hydroxid oder Iodid steht. Als typische gemischte oder amphotere Gruppen seien genannt N⁺(CH₃)₂C₂H₄COO^–, N⁺(CH₃)₂C₃H₆SO₃ ^– oder ein Aminoxid.
Die Verknüpfungsgruppe Q steht für eine mehrwertige, in der Regel zweiwertige, Verknüpfungsgruppe wie Alkylen, Arylen, Sulfonamidoalkylen, Carbonamidoalkylen und weitere heteroatomhaltige Gruppen wie Siloxan, einschließlich Kombinationen solcher Gruppen. In manchen Fällen kann mehr als ein fluoraliphatischer Rest an eine einzige Verknüpfungsgruppe gebunden sein. Andererseits kann ein einziger fluoraliphatischer Rest über eine einzige Verknüpfungsgruppe mit mehr als einer polaren löslich machenden Gruppe verknüpft sein. Q kann auch eine kovalente Bindung darstellen.
Eine erfindungsgemäß besonders geeignete Klasse fluorchemikalischer Mittel entspricht der Formel (R_f)_nQ_aZ wobei R_f für den genannten fluoraliphatischen Rest, n für 1 oder 2, Q für die genannte Verknüpfungsgruppe, a für null oder eins und Z für die genannte wasserlöslich machende Gruppe steht.
Die Herstellung erfindungsgemäß geeigneter hydrophilierender fluorchemikalischer Verbindungen erfolgt beispielsweise nach bekannten Verfahren wie den gemäß der US-PS 2,915,554 (von Albrecht et al.). Danach erfolgt die Herstellung fluoraliphatische Gruppen enthaltender nichtionischer Verbindungen aus wasserstoffaktiven fluorchemikalischen Zwischenprodukten, wie fluoraliphatischen Alkoholen, z. B. R_fC₂H₄OH, Säuren, z. B. R_fSO₂N(R')CH₂COOH, und Sulfonamiden, z. B. R_fSO₂N(R')H, durch Umsetzung der Zwischenprodukte mit zum Beispiel Ethylenoxid zu R_fC₂H₄O(C₂H₄)_nH, R_fSO₂N(R')CH₂CO₂(C₂H₄O)_nH, beziehungsweise R_fSO₂N(R')(C₂H₄0)_nH, wobei n für eine Zahl mit einem Wert von über etwa 3 und R' für Wasserstoff oder Niederalkyl (z. B. mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen) steht. Die Herstellung analoger Verbindungen erfolgt beispielsweise durch Behandlung der Zwischenprodukte mit Propylenoxid oder einer Mischung aus Ethylenoxid und Propylenoxid. Siehe auch die fluoraliphatischen Oligomere gemäß der US-PS 3,787,351 (Olson) und gewisse fluorierte Alkohol-Ethylenoxidkondensate gemäß der US-PS 2,723,999 (Cowen et al.). Die hydrophilierende fluorchemikalische Verbindung wird in Mengen zwischen 0,5 und 2 Gew.-%, vorzugsweise zwischen etwa 0,5 und 1,5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht von thermoplastischem Kunststoff und fluorchemikalischer Verbindung, zugesetzt.
Erfindungsgemäß kann ein Teppichgarn in der Weise hergestellt werden, daß man eine Mischung aus einem thermoplastischen Kunststoff und einer oder mehreren hydrophilierenden Verbindungen bereitstellt. Diese Mischung kann dann zu Filamenten ausgeformt werden, die anschließend in einem Präparationsbad behandelt werden. Davor werden die Filamente vorzugsweise abgekühlt. Zur Herstellung eines Teppichgarns wird ein Filamentbündel verstreckt. Das Verstrecken kann auf einem zur Erweichung des thermoplastischen Kunststoffs ausreichend erhitzten Walzwerk erfolgen. Durch Drehen der Walzen eines Walzwerkes mit verschiedenen Drehgeschwindigkeiten kann man die Filamente verstrecken. Das Verstrecken gelingt zwar auch in nur einem Walzwerk, es kann jedoch wünschenswert sein, die Filamente über zwei Walzwerke zu verstrecken. Typischerweise werden die Filamente auf das 3- bis 4fache der extrudierten Länge verstreckt. Nach dem Verstrecken ist es häufig wünschenswert, das Teppichgarn mit Druckluft bei einer erhöhten Temperatur oder mit einem Dampfstrahl zu texturieren und zu verwirbeln.
Als Präparationsmittel eignen sich erfindungsgemäß alle üblicherweise für die Extrusion von thermoplastischen Kunststoffen eingesetzten Präparationsöle. Das Präparationsmittel kann nach in der Technik bekannten Verfahren aufgetragen werden. Eine Möglichkeit ist der Walzenauftrag mit Tauchwalze. Der untere Teil der Tauchwalze ist in das Präparationsbad eingetaucht, wobei das Garn tangential über den oberen Teil läuft. Die aufgetragene Präparationsölmenge läßt sich über verschiedene Parameter variieren, wie die geometrischen Verhältnisse zwischen Garn und Walze, Walzengeschwindigkeit und Präparationsölkonzentration im Präparationsbad. Bei Einsatz von Präparationsöl werden die Parameter so eingestellt, daß die Restmenge Präparationsöl auf dem Filament bei zwischen etwa 0,01 und 0,4 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht von Filamenten und Präparationsöl.
Es kann weiterhin wünschenswert sein, die Filamente bei oder nach dem Verstrecken zu benetzen. Auf diese Weise läßt sich die Lubrizierung nach Austritt der Filamente aus dem Streckwerk verbessern. Beim Verstrecken kann es infolge der dabei stattfindenden Wasserverdampfung zu einem Lubrizitätsverlust kommen. Ebenso kann eine Garnbenetzung vor oder nach dem Texturieren den beim Texturieren eintretenden Lubrizitätsverlust kompensieren.
Prüfverfahren
Die folgenden Prüfverfahren wurden zur Beurteilung des erfindungsgemäßen Teppichgarns angewendet.
Bestimmung von Fluor in der Faser
Zur Bestimmung des Fluorgehalts in der extrudierten Faser wird das folgende Verfahren angewendet. Die Probe wird in ein Zündkörbchen aus Platindraht eingewogen. Dann wird die Probe in einem verschlossenen Polycarbonatgefäß in Gegenwart von Sauerstoff und einem bekannten Volumen einer Pufferlösung, TISAB III (erhältlich von Orion), zersetzt. Nach Aufnahme in der Pufferlösung wird das Fluorid mit der fluoridempfindlichen Elektrode Orion 9409 und einem angeschlossenen pH-Meter unter Anwendung der mV-Betriebsweise gemessen. Die Fluoridmenge wird dann aus dem mV-Wert anhand eines aus Fluoridstandardlösungen aufgetragenen Graphen errechnet. Alle Proben werden zweifach analysiert, wobei einheitliche Ergebnisse weniger als 10% voneinander abweichen sollten. Nach sachgemäßer Kalibrierung ist die Elektrodenmessung mit einer Abweichung von etwa 2% wiederholbar.
Teppichbegehtest
Die schmutzresistenten Eigenschaften der aus dem erfindungsgemäßen Teppichgarn hergestellten Teppiche wurden nach den Richtlinien des Einheitsverfahrens Nr. 122-1978 der Amerikanischen Gesellschaft der Textilchemiker und Koloristen (AATCC "Teppichverschmutzung Praxisnahes Verschmutzungsverfahren" mit einigen im folgenden ausgeführten Abweichungen gemessen.
Teppichprüfkörper wurden so lange in einem Begehbereich ohne einen normalen Grad der Anschmutzung ausgelegt, bis eine vorbestimmte Anzahl von Begehungen stattgefunden hatte. Der Fußverkehr wurde dabei mit dem elektronischen Auge Hengstler 890, erhältlich von Hengstler Belgium, Brüssel, elektronisch erfaßt. Nach Ende des Begehtests wurden alle Prüfkörper vor Beurteilung mit einem Staubsauger abgesaugt. Der Verschmutzungsgrad wurde als Farbabweichung gegenüber einer Referenzweißplatte mit dem Farbmeßgerät Minolta Chroma Meter II Reflectance, erhältlich von der Minolta Camera Co. in Japan, gemessen. (Dabei lauteten die auf der weißen Platte und von der Minolta Camera angegebenen Koordinaten Y: 88,7, x: 310 und y: 318.) Das Farbmeßgerät Minolta Chroma Meter II Reflectance bestimmt die Farbdifferenz als E(ΔE). Ein kleinerer ΔE-Wert bedeutet einen kleineren Verschmutzungsgrad; ein ΔE-Wert von 3 und höher" bedeutet einen visuell erkennbaren Verschmutzungsunterschied.
Abkürzungen
In den Beispielen werden die folgenden Abkürzungen und Handelsnamen verwendet:
McFOSA: C₈F₁₇SO₂NH₂
EtFOSEMA: N-Ethylperfluoroctylsulfonamidoethylmethacrylat
BuFOSEA: N-Butylperfluoroctylsulfonamidoethylacrylat
Jeffamine^TM ED 600: Aminoterminiertes Ethylenoxidpropylenoxid, erhältlich von Huntsman, USA
CW 750 A: Acrylat eines Methoxypolyethylenglykols eines mittleren Molekulargewichts von 750, kommerziell erhältlich von British Petroleum International Ltd, GB
Pl 44A: Acrylat eines Ethylenoxid-Propylenoxid-Ethylenoxidglykols (kommer ziell erhältlich als Pluronic^TM 44 von BASF AG, Deutschland)
Genapol^TM 26-L-80: C_12-16H_25-33(OCH₂CH₂)_9,5OH, von einem primären Alkohol abgeleitet, kommerziell erhältlich von Hoechst Celanese Corp., USA
Beispiele
In den folgenden Beispielen und der übrigen Beschreibung handelt es sich bei allen Teilen, Verhältnissen, Prozentsätzen usw. um Gewichtsteile, Gewichtsverhältnisse, Gewichtsprozentsätze usw., falls nicht anders angemerkt.
Mischungen aus hydrophilierenden Verbindungen und thermoplastischem Kunststoff wurden nach in der Technik bekannten Verfahren hergestellt und zu Filamenten ausgeformt. Dabei wird die Extrusionstemperatur auf unter 310°C gehalten, um Zersetzung zu vermeiden. Ein Filamentbündel wurde in einem Präparationsbad aus einer wäßrigen Lösung von Präparationsöl oder ausschließlich Wasser behandelt und anschließend zu Garn verstreckt. Das Garn wurde anschließend zu Teppich vertuftet.
Hydrophilierende Verbindungen: Fluorchemikalische Verbindungen:
FC-1 C₈F₁₇SO₂N(C₂H₅)CH₂CH₂O(CH₂CH₂O)₇CH₃ (hergestellt gemäß US-PS 2,915,554 )
FC-2 2 C₈F₁₇SO₃H. Jeffamine ED-600 Disalz ( US 4,975, 363 , Verbindung Nr. 1)
FC-3 Copolymer aus EtFOSEMA/CW 750A im Verhältnis von 30 zu 70, hergestellt nach US 3,787,351 Beispiel 2.
FC-4 Copolymer aus BuFOSEA/Pl 44A im Verhältnis von 30 zu 70 und hergestellt nach US 3,787,351 Beispiel 1.
FC-5 eine fluorchemikalische Gruppe enthaltende nichtionische Verbindung der Struktur C₈H₁₇SO₂N(C₂H₅)(CH₂CH₂O)₂-(CH(CH₃)CH₂O)₆H, hergestellt nach US-PS 2,915,554
FC-6 C₈F₁₇SO₂N(CH₃)-Genapol^TM 26-L-80, aus C₈F₁₇SO₂NH₂ und Genapol^TM 26-L-80 nach dem folgenden Verfahren hergestellt:
In einem Dreihalsrundkolben mit Überkopfrührer, Thermometer, Rückflußkühler und zwei angeschlossenen Gaswaschflaschen, von denen die zweite 10%ige Natronlauge enthielt, wurden 200,83 g (0,337 Äq) Genapol^TM 26-L-80 und 5,5 g Celite^TM (kommerziell erhältlich von Aldrich Chemical Co.) als Filterhilfsmittel vorgelegt. Das Gemisch wurde auf 60°C erhitzt und dann über Tropftrichter mit 48,12 g (0,4045 Äq, 20%iger molarer Überschuß) Thionylchlorid in etwa 22 Minuten versetzt, wobei die Gemischtemperatur auf 75°C stieg. Dann wurde Stickstoff 4 Stunden lang hindurchgeleitet, wobei sich die Gemischtemperatur um 68 bis 71°C bewegte. Der Rückflußkühler und die Gaswaschflaschen wurden durch einen Destillationsaufsatz ersetzt, wobei das Reaktionsgemisch unter einem Vakuum von etwa 50 Torr Absolutdruck gerührt wurde. Nach Reaktionsende per ¹³C- und ¹H-Analyse einer Teilmenge wurde das Reaktionsgemisch heiß über einen C-porös gefritteten Büchner-Glastrichter filtriert, wobei Genapol^TM-26-L-80-Chlorid erhalten wurde.
In einem Dreihalsrundkolben mit Überkopfrührer, Rückflußkühler und Stickstoffeinleitungsrohr wurden 125 g (0,244 Äq) C₈F₁₇SO₂NH₂ (MeFOSA) , 179,93 g (0,249 Äq bzw. ein 2%iger molarer Überschuß) Genapol^TM-26-L-80- Chlorid (aus der oben angegebenen Herstellung), 37,71 g (0,355 Äq bzw. ein 50%iger molarer Überschuß) Natriumcarbonat und 2,76 g (0,0141 Äq bzw. 8,5 Molprozent bezogen auf McFOSA) Kaliumiodid vorgelegt. Das Reaktionsgemisch wurde 8 Stunden lang auf 120°C erhitzt, wonach kein McFOSA per gaschromatographischer Analyse mehr vorhanden war. Nach Abkühlen auf 95°C wurde das Reaktionsgemisch mit 157 g 10%iger wäßriger Schwefelsäure und anschließend mit 157 g VE-Wasser gewaschen. Das gewaschene Reaktionsgemisch wurde in einem Rotationsverdampfer bei 70°C und 50 Torr Absolutdruck zu einer strohgelben Flüssigkeit eingedampft, deren Struktur sich ¹³C- und ¹H-NMR-spektroskopisch mit dem gewünschten Etheraddukt deckte.
Nichtfluorchemikalische hydrophilierende Verbindungen:
HC-1 Triton^TM X-100, ein 9,5fach ethoxyliertes Alkylphenol, kommerziell erhältlich von Union Carbide Corp., USA.
Thermoplastischer Kunststoff: Polypropylen mit Schmelzindex 12, erhältlich von Borealis NV, Brüssel, Belgien.
Teppichgarn
Zunächst wurden Masterbatche aus Polypropylen mit verschiedenen Mengen hydrophilierender Verbindung hergestellt. Dabei ist das zur Bildung der Mischung angewendete Verfahren unkritisch. Eine Möglichkeit ist, eine FC- oder HC-Verbindung in einen das Polypropylen schon im aufgeschmolzenen Zustand enthaltenden Doppelschneckenextruderzylinder einzuspritzen.
Anschließend wurde das Extrudat in Granulat bzw. Pellets zerschnitten. In einem zweiten Schritt wurde das Granulat mit weiterem Polypropylen in verschiedenen Mengen zu den in den Tabellen 1 und 5 angegebenen ver schiedenen Verhältnissen von Polypropylen zu hydrophilierender Verbindung vermischt. Die Vergleichsbeispiele V-1 bis V-4 wurden aus reinem Polypropylen ohne Zusatz von FC- oder HC-Verbindung hergestellt.
Die so gebildeten Mischungen wurden einstückig dreifach extrudiert mit dem Einschneckenextruder Thermo Alfa bei etwa 230°C über Spinnplatten mit einem trilobalen Profil ausgeformt.
Nach Austreten aus dem Extruder durchliefen die Filamente eine Kühlzone über eine Tauchwalze, mit der eine wäßrige Lösung eines herkömmlichen Präparationsöls, wie Lertisan 2515 (Beispiele 1 bis 5, V-1 bis V-3) oder FA 2825 (Beispiele 10 bis 17, V-4), erhältlich von Zschimmer und Schwartz, aufgetragen wurde.
Die auf das Garn aufgetragene Präparationsölmenge wurde über die Drehgeschwindigkeit der Tauchwalze und über die Präparationsölkonzentration im Präparationsbad variiert. Dabei wurde die Drehgeschwindigkeit der Tauchwalze zwischen 19 und 7,5 UpM und die Präparationsölkonzentration im Präparationsbad zwischen 0 und 15% variiert. Dann wurde das Teppichgarn etwa 3- bis 4fach zu einem Titer von etwa 165 tex (Beispiele 1 bis 5 und V-1 bis V-3) oder etwa 200 tex (Beispiele 6–13 und V-4) gestreckt. Das Garn wurde bei einer Temperatur von 140°C bis 180°C texturiert, wobei ein Bauschgarn erhalten wurde, das sich insbesondere für die Herstellung von Teppichen eignet.
Nach dem Spinnen und Texturieren wurde das Bauschgarn hinsichtlich der mechanischen Beschaffenheit visuell kontrolliert. Dabei erwies sich erfindungsgemäß hergestelltes Bauschgarn als flusenfrei.
Das Garn wurde dann wie üblich zu einem Teppich vertuftet.
Tabelle 1: Zusammensetzung der Polypropylenfilamente
Das keine fluorchemikalische Verbindung oder HC-Verbindung und nur 0,3% Präparationsöl enthaltende Vergleichsbeispiel V-3 konnte unter strenger Überwachung auf der eingesetzten Technikumsanlage verarbeitet werden. Die Bedingungen lagen jedoch im Grenzbereich und eignen sich nicht für Großversuche. Auch die hohe elektrostatische Aufladung ist großtechnisch unakzeptabel. Aufgrund der geringen Einsatzmenge an Präparationsöl stehen die Filamente voneinander ab. Das Filamentbündel weitet sich, was zu Schwierigkeiten bei weiteren Arbeitsgängen, wie dem Texturieren und dem Verwirbeln, führt.
Der zur Extrusion der Fasern eingesetzte Einschneckenextruder Thermo Alfa erfordert einen konstanten Druck vor der Spinnpumpe von 5000 kPa. Zur Erhaltung dieses Druckes wird die Geschwindigkeit der Extruderschnecke automatisch von der Extrudereinheit eingestellt. Es hat sich gezeigt, daß bei Einsatz einer fluorchemikalischen Verbindung der Extrusionsdruck eine bessere Konstanz zeigt, was zu geringeren Schwankungen der Extrusionsschneckengeschwindigkeit führt. Als Folge verläuft der Extrusionsprozeß glatter. Weniger Motorstrom wird benötigt (während des Extrusionsprozesses erfaßt und in Tabelle 2 angegeben) und der Geräuschpegel nimmt auch ab.
Tabelle 2: Extrusionsparameter
Bemerkungen: Aus Sicherheitsgründen, um die Extruderschnecke nicht zu beschädigen, ist die Extruderschnekkendrehzahl so programmiert, daß sie 100 UpM nicht überschreiten kann. Bei den Beispielen 4–5 wurde die Drehzahl der Spinnpumpe manuell von 20 auf 18,5 UpM herabgesetzt, da die Schnecke bei über 100 UpM hätte laufen müssen, um einen Druck von 5000 kPa aufzubauen. Die Beispiele 1–5 belegen einen deutlichen Lubriziereffekt der fluorchemikalischen Verbindung. Der gleiche Druck von 5000 kPa vor der Spinnpumpe erfordert weniger Energie.
Die mechanischen Eigenschaften des Polypropylen-Teppichgarns wurden mit dem Instron-Dynamometer (bei, einer Meßlänge von 500 mm und einer traversen Geschwindigkeit von 11 mm/sec bestimmt). Die in Tabelle 3 aufgeführten Ergebnisse stellen Mittelwerte von 20 Messungen dar.
Tabelle 3: Mechanische Eigenschaften Polypropylen-Teppichgarn
Wie aus den Ergebnissen ersichtlich, bleiben die mechanischen Eigenschaften der Filamente auch bei Änderung der Menge an fluorchemikalischer Verbindung und/oder Präparationsöl einander sehr ähnlich.
Teppichherstellung
In einem dritten Schritt wurde das Garn unter Nachstellung einer gewerblichen Tuftinganlage auf der 1 m breiten Maschine Cobble ST 85 RE vertuftet. Die Einstellung betrug 252 Nadeln/Meter und die Tuftinggeschwindigkeit 1200 UpM. Als Tuftingträger wurde Polypropylen sowohl als Gewebe als auch als Vliesstoff eingesetzt.
Die hergestellten Teppiche wurden dem Begehtest mit 9000 Schritten unterworfen. Die Ergebnisse für ΔE sind in Tabelle 4 aufgeführt.
Tabelle 4: Begehtestergebnisse Polypropylen-Teppich
Wie erwartet, werden zwischen Teppichen mit gewebtem und nicht gewebtem Rücken keine größeren Unterschiede beobachtet.
Die Ergebnisse zeigen deutlich, daß ein stark schmutzabweisender Teppich auch mit weniger Präparationsöl als sonst üblich hergestellt werden kann. Auch Vergleichsbeispiel V-3 hat zwar anscheinend gute Antisoiling-Eigenschaften, doch wie schon oben erwähnt, ist dieses Beispiel wegen hoher statischer Aufladung nicht in einem großen Maßstab durchführbar.
Beispiele 6 bis 13 und Vergleichsbeispiel V-4
Die Beispiele 6 bis 13 wurden mit verschiedenen hydrophilierenden fluorchemikalischen Verbindungen und/oder nichtfluorierten, Polyoxyethylengruppen enthaltenden Verbindungen gemäß Tabelle 5 durchgeführt. Je nach Viskosität der Verbindung wurden Masterbatche mit unterschiedlicher Konzentration der Verbindung in Polypropylen hergestellt. Die endgültige Zusammensetzung ist so gewählt, daß die extrudierte Faser etwa 1,2% fluorchemikalischer Verbindung enthält. Das Vergleichsbeispiel V-4 wird ohne Zusatz einer FC- oder HC-Verbindung hergestellt.
Tabelle 5: Zusammensetzung der Polypropylen-Filamente
Um überhaupt verarbeitet werden zu können, benötigte das Vergleichsbeispiel V-4 ohne hydrophilierende Verbindung eine Präparationsbadkonzentration weit über der der eine hydrophilierende Verbindung mit einem restlichen Präparationsmittelanteil von vorzugsweise mindestens 1% enthaltenden Proben.
Es hat sich gezeigt, daß bei Einsatz einer hydrophilierenden Verbindung der Extrusionsprozeß glatter verläuft. Weniger Motorstrom wird benötigt (während des Extrusionsprozesses erfaßt und in Tabelle 6 angegeben) und der Geräuschpegel nimmt auch ab.
Tabelle 6: Extrusionsparameter
Die mechanischen Eigenschaften des Polypropylen-Teppichgarns wurden mit dem Instron-Dynamometer (bei einer Meßlänge von 500 mm und einer traversen Geschwindigkeit von 11 mm/sec bestimmt). Dabei wurde die Höchstzugkraft und die Restdehnung des Garns nach der Norm ISO 2062 (1972) bestimmt, wobei der Titer nach der Norm ISO 2060 (1972) gemessen wurde. Die in Tabelle 7 aufgeführten Ergebnisse stellen Mittelwerte von 20 Messungen dar.
Tabelle 7: Mechanische Eigenschaften Polypropylen-Teppichgarn
Wie aus den Ergebnissen ersichtlich, bleiben die mechanischen Eigenschaften der Filamente sehr ähnlich.
Teppichherstellung
In einem dritten Schritt wurde das Garn unter Nachstellung einer gewerblichen Tuftinganlage auf der 1 m breiten Maschine Cobble ST 85 RE vertuftet. Die Einstellung betrug 252 Nadeln/Meter und die Tuftinggeschwindigkeit 1200 UpM. Als Tuftingträger wurde Polypropylen sowohl als Gewebe als auch als Vliesstoff eingesetzt. Die hergestellten Teppiche wurden dem Begehtest mit 9000 Schritten unterworfen. Der oben beschriebene Begehtest wurde so modifiziert, daß als Referenzprobe die einer zu untersuchenden Probe entsprechenden unbeschmutzten und nicht im Begehbereich ausgelegten Probe verwendet wurde. Dadurch werden auf manche der Zusatzstoffe beruhenden kleinen Farbänderungen der Faser eliminiert. Die Ergebnisse für ΔE sind in Tabelle 8 aufgeführt.
Tabelle 8: Begehtestergebnisse Polypropylen-Teppich

Claims

Teppichgarn aus mehreren Filamenten aus einem thermoplastischen Kunststoff, in denen eine hydrophilierende Verbindung verteilt ist, wobei das Teppichgarn einen oberflächlichen Präparationsölanteil von 0,01 bis 0,4 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht von Teppichgarn und Präparationsöl, aufweist.
Teppichgarn nach Anspruch 1, wobei es sich bei der hydrophilierenden Verbindung um eine nichtfluorhaltige handelt.
Teppichgarn nach Anspruch 2, wobei in den Filamenten eine Mischung aus einer nichtfluorhaltigen hydrophilierenden Verbindung und einer hydrophilierenden Fluorchemikalie verteilt enthalten ist.
Teppichgarn nach Anspruch 2 oder 3, wobei die nichtfluorhaltige hydrophilierende Verbindung Polyoxyalkylen-Einheiten enthält.
Verfahren zur Herstellung von Teppichgarn aus mehreren Filamenten aus einem thermoplastischen Kunststoff mit verbesserter Schmutzabweisung, bei dem man a) eine Mischung aus einem thermoplastischen Kunststoff und einer hydrophilierenden Verbindung herstellt, b) die Mischung zu Filamenten extrudiert, c) die Filamente in einem Präparationsöl enthaltenden Präparationsbad so behandelt, daß danach eine Restmenge Präparationsöl von 0,01 bis 0,4 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht von Filamenten und Präparationsöl, auf den Filamenten bleibt, und d) ein Filamentbündel zu Garn verstreckt.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei man als hydrophilierende Verbindung eine nichtfluorhaltige einsetzt.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem man als hydrophilierende Verbindung eine Mischung aus einer hydrophilierenden Fluorchemikalie und einer nichtfluorhaltigen hydrophilierenden Verbindung einsetzt.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die nichtfluorhaltige Verbindung Polyoxyalkylen-Einheiten enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei dem das Präparationsbad zumindest teilweise aus Wasser und einem Präparationsöl besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, bei dem man die Filamente bei und/oder nach dem Verstrecken benetzt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, bei dem man das erhaltene Garn noch texturiert und das Garn vor und/oder nach dem Texturieren benetzt.
Teppich aus Teppichgarn gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4.