EP1356141A1 - Textilfasermaterial mit permanenter phobierwirkung - Google Patents

Textilfasermaterial mit permanenter phobierwirkung

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EP1356141A1
EP1356141A1 EP02718025A EP02718025A EP1356141A1 EP 1356141 A1 EP1356141 A1 EP 1356141A1 EP 02718025 A EP02718025 A EP 02718025A EP 02718025 A EP02718025 A EP 02718025A EP 1356141 A1 EP1356141 A1 EP 1356141A1
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EP
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fiber
polymer
phobing
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ambivalent
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Michael Eisele
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C Cramer Weberei Heek-Nienborg & Co KG GmbH
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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
    • D01F6/00—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof
    • D01F6/02—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D01F6/18—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds from polymers of unsaturated nitriles, e.g. polyacrylonitrile, polyvinylidene cyanide
    • 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
    • D01F1/00—General methods for the manufacture of artificial filaments or the like
    • D01F1/02—Addition of substances to the spinning solution or to the melt
    • D01F1/10—Other agents for modifying properties
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/29—Coated or structually defined flake, particle, cell, strand, strand portion, rod, filament, macroscopic fiber or mass thereof
    • Y10T428/2913—Rod, strand, filament or fiber

Definitions

  • the invention relates to a composition with a permanent phobing effect, to the use of such a composition for the production of textile fiber material such as filaments, staple fibers, staple fibers, yarns or fabrics, to a textile material with a permanent phobing effect and to a method for producing such a textile fiber.
  • Known improved fluorocarbon systems as phobing agents are provided with resin groups (melamine resins, polyisocyanates), which can cross-link with themselves.
  • resin groups melamine resins, polyisocyanates
  • the fiber is enveloped by a network formed from the resin groups (see FIG 3)
  • the fluorocarbon groups protrude from this network and exert their repulsive effect, e.g. against water or dirt.
  • fluorocarbons are used, for example, in car roofing materials and have been well preserved.
  • the disadvantage is that the described phobing effect when using the car roofing materials, for example due to downforce Driving wind, through friction of dust, through folding processes and other environmental influences is reduced or completely lost
  • the fiber-covering network can namely tear open due to the influences described, so that the phobicizing agent system is partially detached from the fiber product in large areas.This also leads to a ve Strong dirt adherence and thus to an unattractive appearance of the top fabric. This is currently being masked in particular by the fact that only dark top materials are used.
  • colored fiber products that match the paint color of a motor vehicle are desired in this area of application
  • thermoplastic fiber in particular polyolefin fiber
  • polyolefin fiber is described in US Pat. No. 6,063,474, fluorocarboxylic esters being introduced into the polyolefin melt before the melt extrusion.
  • fluorocarboxylic esters can, if their nature allows, concentrate on the surface and thus develop phobic effects.
  • the fluorocarbon group and even if the hydrocarbon group belonging to the ester does not form a bond with the thermoplastic fiber, the phobing agent in this case is also kept mechanically in the fiber mass. A permanent phobing effect is not to be expected
  • composition according to claim 1 by a textile fiber material according to claim 6 and a method for producing a Textile fiber according to claim 1 1 achieved.
  • An essential feature of the invention is the ambivalent polymer component, which is composed of two different groups, on the one hand the phobing group and on the other hand the residual group affinity to the fiber matrix.
  • the phobing group in this case is connected to the fiber polymer via the affine residual group. Abrasion of the phobing group is hardly possible since the affine residual group would have to be torn out of the fiber polymer composite at the same time. Further advantages and features can be found in the subclaims.
  • fluorocarbon groups are provided as phobing groups, but silicone polymers are also conceivable.
  • the affine residual groups are groups which have a clear affinity for the fiber polymer. If, for example, a polyacrylonitrile fiber is to be produced, ambivalent polymer components with nitrile groups are preferred as the affine residual groups. When using other fiber polymers (polyamides, polyacrylates, etc.), the affine residual groups for the ambivalent polymer component should be selected according to the chemical structure of the fiber polymer.
  • a composition of a spinnable polymer component and an ambivalent polymer compound, wherein the affine residual group of the ambivalent polymer compound has an affinity for the spinnable polymer component can be used for the production of textile fiber material, such as monofilaments, multifilaments, fibers, yarns or fabrics. This is described below using an exemplary embodiment. Show it:
  • Fig. 2 shows a textile fiber according to the invention in section and Fig. 3 is a textile fiber from the prior art in section.
  • La shows a composition according to the invention.
  • the two essential components provided for the production of a textile fiber with a permanent phobing effect namely the spinnable polymer component 1 and the ambivalent polymer compound 2 are mixed.
  • the ambivalent polymer compound 2 has two different groups, on the one hand the fluorine-containing polymer chain as the phobing group 2.1, for example polytretafluoroethylene, and on the other hand the ambivalent polymer compound 2 has an affine residual group 2.2 at the other end.
  • This affine residual group 2.2 has the ability to interact with the fiber polymer 1.
  • polyacrylonitrile is provided as the fiber polymer 1 and a hydrocarbon with nitrile groups as the affine residual group 2.2.
  • both polymer components 1 and 2 are dissolved in a solvent 3, in particular a polyalcohol, such as, for example, polyether glycol.
  • a solvent 3 in particular a polyalcohol, such as, for example, polyether glycol.
  • the proportion of polymer components 1 and 2 in the solvent is approximately 20 to 30% by weight.
  • the phobing groups 2.1 which are repelled by the fiber polymer 1, are already oriented in the direction of the arrow 4, i.e. towards the fiber surface (Fig. lb).
  • the residual groups 2.2 slow down this process due to their affinity for the fiber polymer 1.
  • the spun-out fiber can be seen in FIG. 1 c.
  • the phobing groups 2.1 protrude from the surface 5 of the fiber 6.
  • the proportion by weight of the polymer compound 2 in the fiber 6 preferably 10 to 15% by weight, there may of course also be polymer compounds 2 within the fiber, as is indicated in FIG. 2. These can only move up to the surface 5 when a space is free on the surface 5.
  • the fiber 6 has polymer groups 2.2 on the circumference, ie on its entire surface 5, with hydrophobic properties. If one compares this fiber according to the invention from FIG. 2 with the prior art, illustrated in FIG. 3, the essential difference becomes clear. Fluorocarbons 7.1 also protrude from the surface 5 of the fiber 1 in the known phobed fiber and develop the phobing effect. At the end, however, there are no groups which are held in the fiber mass, but rather a resin component 7.2 which reacts with itself and forms the network 8 spanning the fiber 6. External influences make it possible to detach the polymer compound 7 with the phobing group 7.1 from the network, or even to tear off parts of the network from the fiber. The fiber is then also susceptible to dirt at these points.
  • the production of a fiber according to the invention is also possible in other ways.
  • the fiber can be obtained from a precipitation bath with subsequent spinning or using a dry spinning process.
  • Thermoplastic fibers are usually obtained using a melt spinning process.
  • the ambivalent polymer compound 2 is mixed with the thermoplastic composition or added directly to the thermoplastic melt before the melt spinning process.
  • compositions of polymer component 1 and ambivalent polymer compound 2 used to produce the textile fibers can contain further additives depending on the field of application of the fibers. Colored fibers are also desired for clothing textiles and fabrics for the motor vehicle industry. In such cases, corresponding color pigments are added to the composition according to the invention. For other applications, admixtures of stabilizers, quenchers, lubricants or ceramic or metallic reinforcing fibers are conceivable. Reference symbol list

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Description

Textilfasermaterial mit permanenter Phobierwirkung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Zusammensetzung mit permanenter Phobierwirkung, auf die Verwendung einer solchen Zusammensetzung zur Herstellung von Textilfasermaterial, wie Filamente, Spinnfasern, Stapelfasern, Garne oder Flächengebilde, auf ein Textilmaterial mit permanenter Phobierwirkung und auf ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Textilfaser.
Textilmaterialien mit Phobiereigenschaften, insbesondere zur Abweisung von Öl, Wasser und Schmutz sind aus dem Stand der Technik bekannt. So ist in der EP 0 377 813 ein Verdeckstoff für Kraftfahrzeuge beschrieben, wo zur Erzielung der Phobiereigenschaften das Obergewebe mit einem Phobiermittel, hier ein Polymer auf Basis von Fluorpolymeren, ausgerüstet wird. Weiterhin bekannt sind Fluorwachse, z.B. Imprägniersprays für Bekleidungstextilien, die auf die Faseroberfläche aufgesprüht werden. Nachteilig ist jedoch, dass diese Phobiermittel mit der Zeit wieder abgetragen werden, da sie keine dauerhafte feste Verbindung zur Faseroberfläche besitzen. Bekannte verbesserte Fluorcarbon-Systeme als Phobiermittel sind mit Harzgruppen (Melaminharze, Polyisocyanate) versehen, welche mit sich selbst vernetzen können Dies fuhrt dazu, dass nach der Beschichtung der Faser mit diesen Fluorcarbonen die Faser von einem aus den Harzgruppen gebildeten Netz eingehüllt wird (siehe Fig 3) Die Fluorcarbongruppen ragen aus diesem Netz heraus und entfalten ihre abstoßende Wirkung z B gegen Wasser oder Schmutz Derartige Fluorcarbone kommen beispielsweise bei Autoverdeckstoffen zum Einsatz und haben sich durchaus bewahrt Nachteilig ist, dass der beschriebene Phobiereffekt beim Gebrauch der Autoverdeckstoffe, z B durch Abtrieb bei Fahrtwind, durch Friktion von Staub, durch Faltvorgange und andere Umwelteinwirkungen gemindert wird oder ganzlich verloren geht Das die Faser umhüllende Netz kann nämlich durch die beschriebenen Einflüsse aufreißen Damit lost sich das Phobiermittelsystem teilweise sogar großflächig vom Faserprodukt ab Dies fuhrt auch zu einer verstärkten Schmutzanhaftung und damit zu einem unschönen Aussehen des Verdeckstoffs Das wird derzeit insbesondere dadurch überdeckt, dass nur dunkle Verdeckstoffe Anwendung finden Gewünscht sind jedoch gerade in diesem Anwendungsbereich farbige Faserprodukte, passend zur Lackfarbe eines Kraftfahrzeuges
Des Weiteren wird in der US 6,063,474 eine thermoplastische Faser, insbesondere Polyolefinfaser beschrieben, wobei in die Polyolefinschmelze vor der Schmelzextrusion Fluorcarbonester eingebracht wird Diese eingelagerten Fluorcarbonester können, wenn es ihre Natur erlaubt, sich an der Oberfläche konzentrieren und damit Phobierwirkungen entfalten Da sowohl die Fluorcarbongruppe als auch die zum Ester zugehörige Kohlenwasserstoffgruppe keine Verbindung mit der Thermoplastfaser eingeht, wird das Phobiermittel in diesem Fall ebenso rein mechanisch in der Fasermasse gehalten Eine dauerhafte Phobierwirkung ist nicht zu erwarten
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Erzielung einer dauerhaften Phobierwirkung bei einem Faserprodukt
Diese Aufgabe wird durch eine Zusammensetzung gemäß Anspruch 1 , durch ein Textilfasermaterial gemäß Anspruch 6 und ein Verfahren zur Herstellung einer Textilfaser gemäß Anspruch 1 1 erzielt. Wesentliches Merkmal der Erfindung ist die ambivalente Polymerkomponente, die aus zwei unterschiedlichen Gruppen zusammengesetzt ist, einerseits der Phobiergruppe und andererseits der zur Fasermatrix hin affinen Restgruppe.
Im Gegensatz zu dem bekannten oben beschriebenen Substantiven Systemen, die an der Faseroberfläche aufliegen, ist die Phobiergruppe in diesem Fall über die affine Restgruppe mit dem Faserpolymer verbunden. Ein Abrieb der Phobiergruppe ist kaum möglich, da gleichzeitig die affine Restgruppe aus dem Faserpolymerverbund herausgerissen werden müsste. Weitere Vorteile und Merkmale sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Als Phobiergruppen sind insbesondere Fluorcarbongruppen vorgesehen, es sind jedoch auch Silikon-Polymere denkbar.
Die affine Restgruppen sind Gruppen, die eine deutliche Affinität zu dem Faserpolymer aufweisen, soll beispielsweise eine Polyacrylnitrilfaser hergestellt werden, werden ambivalente Polymerkomponenten mit Nitrilgruppen als affine Restgruppen bevorzugt. Bei der Verwendung anderer Faserpolymere (Polyamiden, Polyacrylaten, u.a.) wären entsprechend der chemischen Struktur des Faserpolymers die affinen Restgruppen für die ambivalente Polymerkomponente auszuwählen.
Eine Zusammensetzung aus einer verspinnbaren Polymerkomponente und einer ambivalenten Polymerverbindung, wobei die affine Restgruppe der ambivalenten Polymerverbindung eine Affinität zur verspinnbaren Polymerkomponente aufweist, kann zur Herstellung von Textilfasermaterial, wie beispielsweise Monofilamenten, Multifilamenten, Fasern, Garne oder Flächengebilde verwendet werden. Dies wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigen:
Fig. l a bis lc verschiedene Stufen des Herstellungsprozesses einer erfindungsgemäßen Textilfaser,
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Textilfaser im Schnitt und Fig. 3 eine Textilfaser aus dem Stand der Technik im Schnitt.
Die Fig. la zeigt eine erfindungsgemäße Zusammensetzung. Die zwei bereitgestellten wesentlichen Komponenten zur Herstellung einer Textilfaser mit permanenter Phobierwirkung, nämlich die verspinnbare Polymerkomponente 1 und die ambivalente Polymerverbindung 2 werden vermischt. Die ambivalente Polymerverbindung 2 weist zwei unterschiedliche Gruppen auf, einerseits die Fluor enthaltende Polymerkette als Phobiergruppe 2.1 , beispielsweise Polytretafluorethylen und andererseits besitzt die ambivalente Polymerverbindung 2 am anderen Ende eine affine Restgruppe 2.2. Diese affine Restgruppe 2.2 hat die Fähigkeit in Wechselwirkung mit dem Faserpolymer 1 zu treten. Als Faserpolymer 1 ist in Fig. l a Polyacrylnitril vorgesehen und als affine Restgruppe 2.2 ein Kohlenwasserstoff mit Nitrilgruppen. Beide Polymerkomponenten 1 und 2 sind im vorliegenden Beispiel in einem Lösungsmittel 3, insbesondere einem Polyalkohol, wie beispielsweise Polyetherglykol gelöst. Der Anteil der Polymerkomponenten 1 und 2 im Lösungsmittel beträgt ca. 20 bis 30 Gew%. Nach dem Mischen der Komponenten 1 und 2 erfolgt das Ausspinnen des Gemischs, wobei das Lösungsmittel ausgetrieben wird. Die Phobiergruppen 2.1, die vom Faserpolymer 1 abgestoßen werden, orientieren sich bereits in Pfeilrichtung 4, d.h. in Richtung Faseroberfläche (Fig. lb). Die Restgruppen 2.2 verlangsamen diesen Prozess aufgrund Ihrer Affinität zum Faserpolymer 1. In Fig. l c ist die ausgesponnene Faser zu sehen. Die Phobiergruppen 2.1 ragen aus der Oberfläche 5 der Faser 6 heraus. Zwischen dem Faserpolymer 1, dem Polyacrylnitril und den Nitrilgruppen der affinen Restgruppe 2.2 bestehen van der Waal'sche-Wechselwirkungen, wodurch die ambivalente Polymerverbindung 2 im Faserverbund gehalten wird. Abhängig vom Gewichtsanteil der Polymerverbindung 2 in der Faser 6, bevorzugt werden 10 bis 15 Gew%, können sich natürlich auch noch Polymerverbindungen 2 innerhalb der Faser befinden, wie dies in Fig. 2 angedeutet ist. Diese können erst an die Oberfläche 5 nachrücken, wenn an der Oberfläche 5 ein Platz frei ist.
Auch wenn dies aus den Figuren nicht so deutlich wird, die Faser 6 weist umfangseitig, d.h. auf ihrer gesamten Oberfläche 5, Polymergruppen 2.2 mit Phobiereigenschaften auf. Vergleicht man nun diese erfindungsgemäße Faser aus Fig. 2 mit dem Stand der Technik, dargestellt in Fig. 3, so wird der wesentliche Unterschied deutlich. Auch bei der bekannten phobierten Faser ragen Fluorcarbone 7.1 von der Oberfläche 5 der Faser 1 ab und entfalten die Phobierwirkung. Endständig befinden sich jedoch keine Gruppen, die in der Fasermasse gehalten werden, sondern eine Harzkomponente 7.2, die mit sich selbst reagiert und das die Faser 6 umspannende Netz 8 bildet. Durch äußere Einflüsse ist es möglich die Polymerverbindung 7 mit der Phobiergruppe 7.1 aus dem Netz herauszulösen, oder gar Teile des Netzes von der Faser abzureißen. Die Faser ist an diesen Stellen dann ferner schmutzanfällig.
Bei der erfindungsgemäßen Faser 6 (Fig. 2) ist dies nicht und schon gar nicht in diesem Ausmaß möglich, da die ambivalente Polymerverbindung 2 über die Gruppen 2.2 mit der Fasermasse 1 verbunden ist.
Die Herstellung einer erfindungsgemäßen Faser, vorbeschrieben ein Nassspinnverfahren durch Lösungsmittelaustreibung, ist auch auf anderem Wege möglich. Beispielsweise kann die Faser aus einem Fällungsbad mit anschließendem Ausspinnen oder über ein Trockenspinnverfahren erzielt werden.
Thermoplastfasern werden in der Regel über ein Schmelzspinnverfahren gewonnen. In diesen Fällen wird die ambivalente Polymerverbindung 2 mit der Thermoplastmasse vermischt oder direkt in die Thermoplastschmelze vor dem Schmelzspinnverfahren gegeben.
Die zur Herstellung der Textilfasern eingesetzten Zusammensetzungen aus Polymerkomponente 1 und ambivalenter Polymerverbindung 2 können je nach Einsatzgebiet der Fasern weitere Additive enthalten. Bei Bekleidungstextilien und Stoffen für die Kraftfahrzeugindustrie sind ferner farbige Fasern gewünscht. Der erfindungsgemäßen Zusammensetzung werden in solchen Fällen entsprechende Farbpigmente zugemischt. Für andere Anwendungen sind Beimischungen von Stabilisatoren, Quencher, Gleitmitteln oder keramische bzw. metallische Verstärkungsfasern denkbar. Bezugszeichenliste
Faserpolymer ambivalente Polymerkomponente Phobiergruppe affine Gruppe Spinnlosung Pfeil in Richtung Oberflache Faseroberflache Faser Phobiermittel (Stand der Technik) Phobiergruppe Vernetzungsgruppe Polymernetz von 7

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
) Zusammensetzung mit permanenter Phobierwirkung, bestehend aus einer verspinnbaren Polymerkomponente (1) und einer ambivalenten Polymerverbindung (2), die eine Phobiergruppe (2 1) und eine zur Polymerkomponente (1) affine Restgruppe (2 2) enthalt
) Zusammensetzung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sie bis zu
20 Gew% der ambivalenten Polymerverbindung (2) enthalt
) Zusammensetzung nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Phobiergruppe (2 1) eine Fluorpolymergruppe ist
) Zusammensetzung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie weitere Additive, wie Lichtstabilisatoren, Quencher oder Farbpigmente, enthalt
) Verwendung einer Zusammensetzung nach den Ansprüchen 1 bis 4 zur
Herstellung von Textilfasermaterial
) Textilfasermaterial mit permanenter Phobierwirkung, bestehend im wesentlichen aus einer Polymerfaserkomponente (1) und einer ambivalenten Polymerverbindung (2), die eine Phobiergruppe (2 1) und eine zur Polymerfaserkomponente (1) affine Restgruppe (2 2) enthalt
) Textilfasermaterial nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die
Phobiergruppe (2 1) der ambivalenten Polymerverbindung (2) an der Oberflache der Polymerfaserkomponente (1) befindet
) Textilfasermaterial nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die affine Restgruppe (2 2) der ambivalenten Polymerverbindung (2) durch physikalische, chemische oder chemisch-physikalische Kräfte gebunden in der Polymerfaserkomponente (1) enthalten ist.
9.) Textilfasermaterial nach den Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der ambivalenten Polymerverbindung (2) um eine Verbindung aus einer Fluorcarbongruppe als Phobiergruppe (2.1) sowie aus einer Nitrilgruppen enthaltenen affinen Restgruppe (2.2) handelt, welche mit einem Polyacrylnitrilpolymer versponnen ist.
10.) Textilfasermaterial nach den Ansprüchen 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Material ein Monofilament, ein Multifilament, eine Spinnfaser, eine Stapelfaser, ein Garn oder ein Flächengebilde ist.
1 1.) Verfahren zur Herstellung einer Textilfaser, welche eine permanente Phobierwirkung aufweist, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte
- Bereitstellen einer verspinnbaren Polymerkomponente (1) und einer ambivalenten Polymerverbindung (2), die eine Phobiergruppe (2.1) und eine zur verspinnbaren Polymerkomponente (1) affine Restgruppe (2.2) enthält,
- Mischen der ambivalenten Polymerverbindung (2) mit der verspinnbaren Polymerkomponente (1), vorzugsweise in einem Lösungsmittel und
Ausspinnen des Gemisches, wobei sich die Phobiergruppen (2.2) in Richtung der Oberfläche der entstehenden Faser orientieren.
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