EP0445708A2 - Verfahren zum Herstellen von Schaumfäden - Google Patents

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EP0445708A2
EP0445708A2 EP91103256A EP91103256A EP0445708A2 EP 0445708 A2 EP0445708 A2 EP 0445708A2 EP 91103256 A EP91103256 A EP 91103256A EP 91103256 A EP91103256 A EP 91103256A EP 0445708 A2 EP0445708 A2 EP 0445708A2
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polycarbonate
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high polymer
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polyester
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
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    • D01F6/58—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolycondensation products
    • D01F6/62—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolycondensation products from polyesters

Definitions

  • the invention relates to a method for producing foam threads according to the preamble of patent claim 1.
  • Foam threads i.e. Filaments or staple fibers with non-continuous cavities are used as carpet fibers and also as filling fibers for blankets, pillows or as lining material for anoraks and other winter clothing.
  • One advantage of foam threads is their low density and thus the larger volume of fillers per weight. To achieve a noticeable reduction in density, about 15% void in the finished, crimped foam threads is desired. Since the void fraction decreases during stretching, the void fraction after spinning must be correspondingly larger. With regard to the curling, the cavities must be sufficiently stable against crushing.
  • a method for producing foam threads from a synthetic high polymer, a blowing agent and an additive is known from DE-ASen 25 50 080 and 25 50 081.
  • the high polymer used is polyester such as polyethylene terephthalate or polyamide such as polyamide-6 and polyamide-66.
  • a blowing agent i.e. Gas-forming substance low-boiling hydrocarbons such as pentane, hexane or the gaseous hydrocarbons such as propane or butane are mentioned at room temperature.
  • the additive is a silicone oil that is intended to improve the spinnability of the polymer, increase the running time of the spinneret and ensure an even distribution of the cavities.
  • DD-PS 103 375 From DD-PS 103 375 a method for producing foam threads from isotactic polypropylene is known, in which sodium bicarbonate and citric acid are used as blowing agents and silicone oil is also used as additive.
  • Sodium bicarbonate and citric acid are also used as blowing agents in the production of foamed plastics, for example for structural foam molded parts, cf. e.g. EP 0 059 495 and 0 158 212.
  • the plastics mentioned include various high polymers such as polyester.
  • sodium carbonate and citric acid lead to good foaming in polyesters, it has been shown that this blowing agent damages the polyester. For example, a degradation of 0.15 intrinsic viscosity units was observed at an intrinsic viscosity of about 0.65, which corresponds to a molecular weight degradation of over 20%.
  • the object of the present invention is to provide a method for producing foam threads from a synthetic high polymer, in particular polyester, a blowing agent and an additive, which produces a good foaming effect without damaging the high polymer.
  • polycarbonate in the production of polyester threads is already known from DE-OS 27 03 051.
  • 3 to 20% by weight of a polycarbonate is mixed with the polyester to be spun before spinning in order to increase the water retention capacity through voids in the threads.
  • the high polymers sodium bicarbonate and citric acid and polycarbonate are admixed.
  • the addition of the polycarbonate counteracts the degradation of the melt viscosity of the polyester which would otherwise occur. This has resulted in a reduction in the molecular weight of the polyester from the feed polymer to the finished foam thread observed by less than 5%.
  • the use of sodium bicarbonate and citric acid as blowing agents has the advantage that these substances only decompose at high temperatures and are toxicologically harmless.
  • Polycarbonate also has the advantage of being toxicologically safe.
  • the blowing agent composed of sodium bicarbonate and citric acid is expediently added in an amount of 0.15 to 0.80% by weight of the high polymer and the polycarbonate in an amount of 0.5 to 2% by weight of the high polymer.
  • a blowing agent composed of sodium bicarbonate and citric acid is understood to mean a largely arbitrary mixture of an alkali bicarbonate and citric acid, preferably in a weight ratio of 1: 3 to 3: 1.
  • the blowing agent content is preferably 0.15 to 0.4% by weight for polyethylene terephthalate and 0.3 to 0.6% by weight for polybutylene terephthalate.
  • a preferred polycarbonate content is in each case 1.0 to 1.5% by weight.
  • Polybutylene terephthalate has a slightly higher blowing agent and polycarbonate content than polyethylene terephthalate.
  • the content of third substances to the polyester should be as low as possible.
  • the high polymer, the blowing agent and the polycarbonate are mixed in the form of chips before melting and the blowing agent is added as a masterbatch, in particular in a polyolefin.
  • the three components can be mixed, for example, in the feed line to the extruder.
  • the method according to the invention leads to easily processable foam threads (continuous filaments or staple fibers) as carpet material and also as filling material for clothing.
  • carpet or filler fibers are produced by melt spinning and drawing in accordance with the known processes; the process parameters only have to be adjusted slightly in the course of routine experiments.
  • thermal processes it should be noted that the insulating effect of the cavities also results in poorer heating of the foam threads.
  • polyethylene terephthalate granules which were dried according to customary methods, are mixed with sodium bicarbonate and citric acid in the form of blowing agent masterbatch (HOSTATRON P 1941) and polycarbonate (MAKROLON 16063068), extruded and spun using spinnerets with a round hole cross-section.
  • blowing agent masterbatch HOSTATRON P 1941
  • polycarbonate MAKROLON 16063068
  • the density of the thread is a measure of the foaming of the thread.
  • the examples show that it is only through the combination of blowing agent and polycarbonate that a significant reduction in density, i.e. a clear void fraction of the thread is achieved.
  • blowing agent HOSTATRON P 1941 being mixed in an amount of 0.6% by weight and polycarbonate in an amount of 1% by weight of the polyester.
  • nozzles with different hole diameters as well as different spinning temperatures and take-off speeds are examined.
  • the starting materials are the same as in the example series A and B. Instead of a spinneret with a round hole cross section, a hollow profile nozzle is used.
  • blowing agent and additive are used as in the previous series. Instead of polyethylene terephthalate granules, however, polybutylene terephthalate granules are now used.

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Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zum Herstellen von Schaumfäden aus Polyester, dem vor dem Verspinnen Natriumcarbonat und Citronensäure als Treibmittel sowie Polycarbonat zugemischt werden. Der Anteil an Treibmittel beträgt 0,15 bis 0,80 Gew.-Prozent des Polyesters und der Anteil an Polycarbonat 0,5 bis 2 Gew.-Prozent des Polyesters. Durch das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich Schaumfäden, d.h. Filamente oder Spinnfasern mit nicht durchgehenden Hohlräumen, herstellen, die zum Beispiel als Teppichfasern und Füllfasern für Decken, Kissen oder als Futtermaterial für Winterbekleidung benutzt werden können.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Schaumfäden nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Schaumfäden, d.h. Filamente oder Spinnfasern mit nicht durchgehenden Hohlräumen, werden als Teppichfasern und auch als Füllfasern für Decken, Kissen oder als Futtermaterial für Anoraks und sonstige Winterbekleidung benutzt. Ein Vorteil von Schaumfäden ist ihre geringe Dichte und damit das größere Volumen der Füllstoffe pro Gewicht. Um eine merkliche Dichteverringerung zu erzielen, sind etwa 15% Hohlraum in den fertigen, gekräuselten Schaumfäden erwünscht. Da sich der Hohlraumanteil beim Strecken verringert, muß der Hohlraumanteil nach dem Erspinnen entsprechend größer sein. Im Hinblick auf das Kräuseln müssen die Hohlräume hinreichend stabil gegen Quetschung sein.
  • Ein Verfahren zum Herstellen von Schaumfäden aus einem synthetischen Hochpolymeren, einem Treibmittel und einem Zuschlagstoff ist aus den DE-ASen 25 50 080 und 25 50 081 bekannt. Bei diesen vorbekannten Verfahren dient als Hochpolymeres Polyester wie Polyethylenterephthalat oder Polyamid wie Polyamid-6 und Polyamid-66. Als Treibmittel, d.h. gasbildende Substanz werden niedrigsiedende Kohlenwasserstoffe wie Pentan, Hexan oder die bei Zimmertemperatur gasförmigen Kohlenwasserstoffe wie Propan oder Butan erwähnt. Der Zuschlagstoff ist ein Silikonöl, das die Verspinnbarkeit des Polymeren verbessern, die Laufzeit der Spinndüse erhöhen und eine gleichmäßige Verteilung der Hohlräume sicherstellen soll.
  • Aus der DD-PS 103 375 ist ein Verfahren zum Herstellen von Schaumfäden aus isotaktischem Polypropylen bekannt, bei dem als Treibmittel Natriumbicarbonat und Citronensäure und als Zuschlagstoff ebenfalls Silikonöl verwendet werden.
  • Natriumbicarbonat und Citronensäure werden als Treibmittel auch bei der Herstellung geschäumter Kunststoffe, zum Beispiel für Strukturschaum-Formteile, benutzt, vgl. z.B. EP 0 059 495 und 0 158 212. Als Kunststoffe werden dort unter anderem auch verschiedene Hochpolymeren wie Polyester erwähnt. Wenn auch Natriumcarbonat und Citronensäure bei Polyestern zu einer guten Schaumbildung führen, so hat sich jedoch gezeigt, daß dieses Treibmittel den Polyester schädigt. Es wurde zum Beispiel ein Abbau von 0,15 Intrinsic-Viskosität-Einheiten bei einer Einsatz-Intrinsic-Viskosität von ungefähr 0,65 beobachtet, was einem Abbau des Molekulargewichtes von über 20% entspricht.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen von Schaumfäden aus einem synthetischen Hochpolymeren, insbesondere Polyester, einem Treibmittel und einem Zuschlagstoff zur Verfügung zu stellen, das eine gute Schaumwirkung erbringt, ohne das Hochpolymere zu schädigen.
  • Diese Aufgabe wird durch das im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Verfahren gelöst.
  • Die Verwendung von Polycarbonat bei der Herstellung von Polyesterfäden ist bereits aus der DE-OS 27 03 051 bekannt. Bei diesem Verfahren wird dem zu verspinnenden Polyester vor dem Verspinnen 3 bis 20 Gew.-Prozent eines Polycarbonates zugemischt, um das Wasserrückhaltevermögen durch Hohlräume in den Fäden zu erhöhen.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dagegen werden den Hochpolymeren Natriumbicarbonat und Citronensäure sowie Polycarbonat zugemischt. Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß der Zusatz des Polycarbonates dem anderenfalls eintretenden Abbau der Schmelzviskosität des Polyesters entgegenwirkt. So wurde ein Molekulargewichtsabbau des Polyesters vom Einsatzpolymer bis zum fertigen Schaumfaden von weniger als 5% beobachtet. Die Verwendung von Natriumbicarbonat und Citronensäure als Treibmittel hat den Vorteil, daß sich diese Stoffe erst bei hohen Temperaturen zersetzen und toxikologisch unbedenklich sind. Auch Polycarbonat hat den Vorzug toxikologischer Unbedenklichkeit.
  • Zweckmäßigerweise wird das Treibmittel aus Natriumbicarbonat und Citronensäure in einer Menge von 0,15 bis 0,80 Gew.-Prozent des Hochpolymeren und das Polycarbonat in einer Menge von 0,5 bis 2 Gew.-Prozent des Hochpolymeren zugegeben.
  • Unter einem Treibmittel aus Natriumbicarbonat und Citronensäure wird dabei eine weitgehend beliebige Mischung eines Alkalibicarbonates und der Citronensäure verstanden, bevorzugt in einem Gewichtsverhältnis 1:3 bis 3:1.
  • Vorzugsweise beträgt der Gehalt an Treibmittel 0,15 bis 0,4 Gew.-Prozent für Polyethylenterephthalat und 0,3 bis 0,6 Gew.-Prozent für Polybutylenterephthalat. Ein bevorzugter Gehalt an Polycarbonat ist jeweils 1,0 bis 1,5 Gew.-Prozent. Bei Polybutylenterephthalat liegt der notwendige Gehalt an Treibmittel und Polycarbonat etwas höher als bei Polyethylenterephtalat.
  • Der Gehalt an Drittsubstanzen zum Polyester sollte möglichst gering sein.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Hochpolymere, das Treibmittel und das Polycarbonat vor dem Aufschmelzen in Schnitzelform gemischt werden und hierbei das Treibmittel als Masterbatch, insbesondere in einem Polyolefin, zugegeben wird. Die Mischung der drei Komponenten kann zum Beispiel in der Zuleitung zum Extruder erfolgen Das erfindungsgemäße Verfahren führt zu gut verarbeitbaren Schaumfäden (Endlosfilamenten oder Spinnfasern) als Teppichmaterial und auch als Füllmaterial für Bekleidung. Die Herstellung derartiger Teppich- bzw. Füllfasern durch Schmelzspinnen und Verstrecken erfolgt nach den bekannten Verfahren; die Verfahrensparameter müssen nur geringfügig im Rahmen von Routineversuchen angepaßt werden. Bei der Verarbeitung der Schaumfäden mittels thermischer Prozesse ist zu beachten, daß sich die Isolierwirkung der Hohlräume auch in einer schlechteren Erwärmung der Schaumfäden auswirkt.
    • Beispielserie A
  • In einer Spinnanlage für Polyesterfasern wird Polyethylenterephthalat-Granulat, das nach üblichen Methoden getrocknet wurde, mit Natriumbicarbonat und Citronensäure in Form von Treibmittel-Masterbatch (HOSTATRON P 1941) und Polycarbonat (MAKROLON 16063068) gemischt, extrudiert und durch Spinndüsen mit rundem Lochquerschnitt versponnen.
    Figure imgb0001
  • Die Dichte des Fadens ist ein Maß für das Aufschäumen des Fadens. Die Beispiele zeigen, daß erst durch die gewählte Kombination von Treibmittel und Polycarbonat eine deutliche Verringerung der Dichte, d.h. ein deutlicher Hohlraumanteil des Fadens erreicht wird.
    • Beipielserie B
  • Es werden die gleichen Ausgangsstoffe wie in der Beispielserie A gewählt, wobei das Treibmittel HOSTATRON P 1941 in einer Menge von 0,6 Gew.-Prozent und Polycarbonat in einer Menge von 1 Gew.-Prozent des Polyesters zugemischt werden. In dieser Beispielserie werden Düsen unterschiedlicher Lochdurchmesser sowie verschiedene Spinntemperaturen und Abzugsgeschwindigkeiten untersucht.
    Figure imgb0002
    • Beispielserie C
  • Die Ausgangsstoffe sind die gleichen wie in den Beispielserien A und B. Statt einer Spinndüse mit rundem Lochquerschnitt wird eine Hohlprofildüse verwendet.
    Figure imgb0003
    • Beispielserie D
  • Es werden das gleiche Treibmittel und der gleiche Zuschlagstoff wie bei den vorhergehenden Serien verwendet. Statt Polyethylenterephthalat-Granulat wird jetzt jedoch Polybutylenterephthalat -Granulat verwendet.
    Figure imgb0004
  • Wie aus der Tabelle ersichtlich, führt bei Polybutylenterephthalat erst ein höherer Gehalt an Treibmittel und Polycarbonat zu einer entsprechenden Verringerung der Fadendichte als bei Polyethylenterephthalat.

Claims (7)

  1. Verfahren zum Herstellen von Schaumfäden aus einem synthetischen Hochpolymeren, insbesondere Polyester, einem Treibmittel und einem Zuschlagstoff, dadurch gekennzeichnet, daß als Treibmittel Natriumcarbonat und Citronensäure und als Zuschlagstoff Polycarbonat verwendet werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Treibmittel 0,15 bis 0,80 Gew.-Prozent des Hochpolymeren beträgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Hochpolymere Polyethylenterephthalat ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Treibmittel 0,15 bis 0,4 Gew.-Prozent des Hochpolymeren beträgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Hochpolymere Polybutylenterephthalat ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Treibmittel 0,3 bis 0,6 Gew.-Prozent des Hochpolymeren beträgt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Polycarbonat 0,5 bis 2 Gew.-Prozent des Hochpolymeren beträgt.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Polycarbonat 1,0 bis 1,5 Gew.-Prozent des Hochpolymeren beträgt.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hochpolymere, das Treibmittel und das Polycarbonat vor dem Aufschmelzen in Schnitzelform gemischt werden und hierbei das Treibmittel als Masterbatch, insbesondere in einem Polyolefin, zugegeben wird.
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