EP1743963A1 - Polyester fibres, their production process and use - Google Patents
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- EP1743963A1 EP1743963A1 EP06012933A EP06012933A EP1743963A1 EP 1743963 A1 EP1743963 A1 EP 1743963A1 EP 06012933 A EP06012933 A EP 06012933A EP 06012933 A EP06012933 A EP 06012933A EP 1743963 A1 EP1743963 A1 EP 1743963A1
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- EP
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- polyester
- layered
- platelet
- shaped particles
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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
- D01F6/58—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
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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
- 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
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- 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
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- 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
- Y10T428/2933—Coated or with bond, impregnation or core
Definitions
- the present invention relates to polyester fibers having high abrasion and bending resistance, in particular monofilaments, which can be used for example in screens or in conveyor belts.
- polyester fibers in particular monofilaments for technical applications, are in most cases subjected to high mechanical and / or thermal stresses during use.
- the material must have good dimensional stability and constancy of force-elongation properties over as long as possible usage periods.
- Molding compositions with high chemical and physical resistance and their use for fiber production are known. Widely used Materials are polyester. It is also known to combine these polymers with other materials, for example, to set the abrasion resistance targeted.
- polyester-based manmade fibers have proven successful in such environments, when used in humid-hot environments, polyesters are prone to mechanical abrasion in addition to hydrolytic degradation.
- abrasion can have a variety of causes.
- the sheet forming screen is pulled in paper machines for dewatering suction boxes with the result of increased Siebverschl constituentes.
- screen wear occurs due to differences in speed between the paper web and the screen surface or between the screen surface and the surface of the drying drums.
- Tissue wear also occurs in other technical fabrics due to abrasion; e.g. in conveyor belts by grinding over fixed surfaces, in filter fabrics by mechanical cleaning and in screen printing fabrics by passing a squeegee over the screen surface.
- polyester raw material containing finely dispersed silica gels is known.
- the individual particles have diameters of up to 60 nm and aggregates, if present, are not larger than 5 ⁇ m.
- the filler is said to result in polyester fibers having improved mechanical properties, improved color and improved handleability. Notes on applications for these polyester fibers are not apparent from the document.
- Monofilaments are described, which can be used, inter alia, in paper machines.
- the description mainly refers to polyamide monofilaments;
- polyester raw materials are also mentioned.
- the described monofilaments are characterized by the presence of nanoscale inorganic materials. These cause an increased abrasion resistance.
- platelets are also described.
- the described non-spherical particles are nanotons, ie layered particles. These can be treated with swelling agents, such as phosphonium or ammonium compounds, so that the laminations completely or partially dissolve, thereby forming particles that are less than 10 nm thick in one dimension.
- platelet-shaped particles this document thus mentions either the use of layered particles whose layer structure has not or only partially dissolved, with aggregates having thicknesses below 100 nm or whose layer structure has completely dissolved, with particles having thicknesses below 10 nm are present.
- exfoliated montmorillonites are mentioned in this document.
- nanoclays in polyester spinning masses has shown that in the As a rule, difficulties during spinning occur. Either the spinning masses can not be processed at all or special measures must be taken to be able to produce a thread at all. If, on the other hand, nanoparticles of too small thickness are used, it has been found that fibers are formed which do not have satisfactory textile-technological properties. It is believed that the high level of interfaces created by these very small particles in the polymer interfere with stretching so that the polymer chains are poorly ordered after the stretching process. This has a negative effect on the mechanical properties, such as the strength of the thread.
- nanoscale fillers can lead to fibers with improved mechanical properties.
- filler additions in addition to the desired improvement of some properties, simultaneously cause the deterioration of other properties.
- selected polyester raw materials comprising certain nanoscale fillers have a significantly improved abrasion resistance compared to unmodified polyester raw materials without their dynamic load capacity, expressed by the bending resistance, being appreciably reduced or even increased by the filler insert. This property profile was found on selected polyester raw materials.
- the present invention the object of the invention to provide filled polyester fibers, which in addition to excellent abrasion resistance compared with the unfilled polyester fibers have comparable or even improved dynamic loads.
- Another object of the present invention was to provide transparent fibers having high abrasion resistance and excellent dynamic loadability.
- the invention relates to fibers containing aliphatic-aromatic polyester and non-layered, platelet-shaped particles selected from the group of inorganic oxides, hydroxides, carbonates, bicarbonates, nitrides and carbides whose thickness is 20 nm to less than or equal to 100 nm and whose aspect ratio is not more than 20: 1.
- thickness is understood to be the smallest extent of the particle along one of the main axes of inertia.
- the aspect ratio is understood as meaning the quotient of the greatest extent of the particle along one of the principal axes of inertia to the smallest extent of the particle along one of the principal axes of inertia; i.e. the aspect ratio is the quotient of the largest length of the particle (along one of the principal axes of inertia) to the thickness.
- polyester fibers having a content of free carboxyl groups of less than or equal to 3 meq / kg.
- These preferably contain a means for occluding free carboxyl groups, for example a carbodiimide and / or an epoxide compound.
- Such equipped polyester fibers are stabilized against hydrolytic degradation and are particularly suitable for use in humid-hot environments, especially in paper machines or as a filter.
- the fiber-forming polyesters can be of any nature, as long as they are have aliphatic and aromatic groups and are deformable in the melt. Within the scope of this description, aliphatic groups are also to be understood as meaning cycloaliphatic groups.
- thermoplastic polyesters are known per se. Examples of these are polybutylene terephthalate, polycyclohexanedimethyl terephthalate, polyethylene naphthalate or, in particular, polyethylene terephthalate. Building blocks of thread-forming polyesters are preferably diols and dicarboxylic acids, or appropriately constructed oxycarboxylic acids.
- the main acid constituent of the polyesters is terephthalic acid or cyclohexanedicarboxylic acid, but other aromatic and / or aliphatic or cycloaliphatic dicarboxylic acids may also be suitable, preferably para- or trans-aromatic compounds, e.g.
- Aliphatic dicarboxylic acids e.g. Adipic acid or sebacic acid, are preferably used in combination with aromatic dicarboxylic acids.
- Typical suitable dihydric alcohols are aliphatic and / or cycloaliphatic diols, for example ethylene glycol, propanediol, 1,4-butanediol, 1,4-cyclohexanedimethanol or mixtures thereof. Preference is given to aliphatic diols having from two to four carbon atoms, in particular ethylene glycol; furthermore preferred are cycloaliphatic diols, such as 1,4-cyclohexanedimethanol.
- polyesters which have repeating structural units which are derived from an aromatic dicarboxylic acid and an aliphatic and / or cycloaliphatic diol.
- thermoplastic polyesters are in particular selected from the group consisting of polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polybutylene naphthalate, polypropylene terephthalate, Polybutylene terephthalate, polycyclohexanedimethanol terephthalate or a copolycondensate containing polybutylene glycol, terephthalic acid and naphthalenedicarboxylic acid units.
- the polyesters used according to the invention usually have solution viscosities (IV values) of at least 0.60 dl / g, preferably from 0.60 to 1.05 dl / g, particularly preferably from 0.62 to 0.93 dl / g ( measured at 25 ° C in dichloroacetic acid (DCE)).
- IV values solution viscosities
- the nanoscale fillers used according to the invention impart excellent abrasion resistance to the polyester fibers without adversely affecting the dynamic properties, expressed by the bending resistance.
- the fillers used according to the invention are special non-layered, platelet-shaped particles. These are selected from the group of inorganic oxides, hydroxides, carbonates, bicarbonates, nitrides and carbides.
- the particles are not spherical but platelike. Their thickness is less than or equal to 100 nm, preferably less than or equal to 80 nm and in particular 20-60 nm.
- Another characteristic property of the fillers is their aspect ratio, ie the ratio of the largest dimension of the particle along one of the main axes of inertia to the smallest extent of the particle along one the main axis of inertia. The aspect ratio is not more than 20: 1.
- Layered fillers such as sheet silicates (so-called nanotones), ie, such as montmorillonites, are not desired in the context of this invention, since their use on the one hand disturbs the processing of the fibers and on the other hand, no significant property improvement could be observed.
- the nanoscale and non-spherical oxides used according to the invention are typically oxides of metals of group IIa of the Periodic Table, preferably oxides of magnesium, calcium or strontium, or oxides of metals of group IIIb of the Periodic Table, preferably oxides of aluminum, Gallium or indium, or oxides of metals of group IVa of the periodic table, preferably oxides of titanium, zirconium or hafnium, or oxides of metals of group IIIa of the periodic table, preferably oxides of scandium or yttrium, or oxides of metals or Semimetals of Group IVb of the Periodic Table, preferably oxides of silicon, germanium or tin.
- oxides it is also possible to use the corresponding hydroxides or it is also possible to use mixed crystals of different metal oxides, for example Al 2 O 3 .2SiO 2 (mullite).
- the nanoscale and non-spherical carbonates used according to the invention are carbonates of metals of group IIa of the periodic table, preferably carbonates of magnesium, calcium or strontium.
- the nanoscale and non-spherical carbides used according to the invention are typically carbides of metals of group IIIb of the periodic system, preferably carbides of aluminum, gallium or indium, or carbides of metals or semimetals of group IVb of the periodic table, preferably carbides of the periodic table Silicon, germanium or tin.
- the nanoscale and non-spherical nitrides used in the invention are nitrides of metals Group IIIb of the Periodic Table, preferably to nitrides of aluminum, gallium or indium, or to nitrides of metals or metalloids of Group IVb of the Periodic Table, preferably to nitrides of silicon, germanium or tin.
- polyester raw materials required and filled to produce the fibers according to the invention can be produced in different ways.
- polyester and filler and optionally further additives can be melted with the polyester in a mixing unit, for example in an extruder, mix and the composition is then fed directly to the spinneret or the composition is granulated and spun in a separate step. If appropriate, the resulting granules can also be spun as a masterbatch together with additional polyester. It is also possible to add the nanoscale fillers before or during the polycondensation of the polyester.
- Suitable nanoscale non-spherical fillers are commercially available.
- the product DP 6096 (calcium carbonate in ethylene glycol) from Nano Technologies, Inc. Ashland, MA, U.S.A. may be used.
- the content of nanoscale non-spherical filler of the fiber according to the invention can vary within wide limits, however, is typically not more than 5% by weight, based on the mass of the fiber.
- the content of nanoscale spherical filler in the range of 0.1 to 2.5 wt.%, In particular from 0.5 to 2.0 wt.%.
- the type and amount of components a) and b) are preferably chosen so that transparent products are obtained.
- the polyesters used according to the invention are distinguished by transparency. Surprisingly, it has been shown that the nanoscale non-spherical fillers do not adversely affect the transparency.
- the abrasion resistance of the fibers according to the invention can be further increased by the addition of polycarbonate.
- the amount of polycarbonate is up to 5 wt.%, Preferably 0.1 to 5.0 wt.%, Particularly preferably 0.5 to 2.0 wt.%, Based on the total mass of the polymers.
- fibers are to be understood as meaning any fibers.
- filaments or staple fibers which consist of several individual fibers, but in particular monofilaments.
- polyester fibers according to the invention can be prepared by processes known per se.
- the polyester fibers according to the invention are drawn one or more times in the preparation.
- a polyester produced by solid phase condensation is used in the production of the polyester fibers.
- polyester fibers according to the invention can be present in any desired form, for example as multifilaments, as staple fibers or in particular as monofilaments.
- the titer of the polyester fibers according to the invention can likewise vary within wide limits. Examples are 100 to 45,000 dtex, in particular 400 to 7,000 dtex.
- polyester raw material can be used. This typically has levels of free carboxyl groups of 15 to 50 meq / kg of polyester. Preference is given to using polyester raw materials produced by solid phase condensation; in these, the content of free carboxyl groups is typically 5 to 20 meq / kg, preferably less than 8 meq / kg of polyester.
- polyester raw material which already contains the nanoscale, non-layered, platelet-shaped filler.
- the filler is added during the polycondensation and / or at least one of the monomers.
- the hot polymer filament is cooled, e.g. in a cooling bath, preferably in a water bath, and then wound up or peeled off.
- the removal speed is greater than the injection rate of the polymer melt.
- the polyester fiber thus produced is then preferably a Post-drawing, more preferably in several stages, in particular a two- or three-stage post-drawing, with a total draw ratio of 1: 3 to 1: 8, preferably 1: 4 to 1: 6 subjected.
- the take-off speed is usually 10 - 80 m per minute.
- polyester fibers according to the invention may contain, in addition to nanoscale, non-layered, platelet-shaped filler, further auxiliaries.
- processing aids antioxidants, plasticizers, lubricants, pigments, matting agents, viscosity modifiers or crystallization accelerators.
- processing aids are siloxanes, waxes or longer-chain carboxylic acids or their salts, aliphatic, aromatic esters or ethers.
- antioxidants are phosphorus compounds, such as phosphoric acid esters or sterically hindered phenols.
- pigments or matting agents examples include organic dye pigments or titanium dioxide.
- viscosity modifiers are polybasic carboxylic acids and their esters or polyhydric alcohols.
- the fibers of the invention can be used in all industrial fields. They are preferably used in applications in which increased wear due to mechanical stress is to be expected. Examples include the use in screens or in conveyor belts. These uses are also the subject of the present invention.
- polyester fibers according to the invention are preferably used for the production of fabrics, in particular fabrics, which are used in fabrics.
- polyester fibers in the form of monofilaments according to the invention relates to their use as conveyor belts or as components of conveyor belts.
- Another object of the present invention is the use of non-layered, platelet-shaped particles selected from the group of inorganic oxides, hydroxides, carbonates, bicarbonates, nitrides and carbides whose thickness is less than 100 nm and whose aspect ratio is not more than 20: 1 is for the production of fibers, in particular monofilaments, with high abrasion resistance.
- PET polyethylene terephthalate
- optionally hydrolysis stabilizer were mixed in the extruder, melted and spun through a 20 hole spinneret with a hole diameter of 1.0 mm at a flow rate of 488 g / min and a take-off speed of 31 m / min to monofilaments , stretched three times with degrees of stretching 1: 4,95; 1: 1.13; and 1: 0.79; and heat-set in the hot air duct at 255 ° C under heat shrinkage.
- the total draw was 1: 4.52.
- Monofilaments with a diameter of 0.25 mm were obtained.
- the PET used was a type with an IV value of 0.72 dl / g, to which 0.04% by weight of nanoscale Al 2 O 3 of 50 nm had been added.
- Example V1 Monofilaments were prepared as described in the procedure of Example 1. Different PET raw materials but no nanoscale fillers were used. In Example V1, a type having an IV value of 0.72 dl / g was used and in Example V2 a type having an IV value of 0.9 dl / g.
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Polyesterfasern mit hoher Abrieb- und Biegebeständigkeit, insbesondere Monofilamente, die sich beispielsweise in Sieben oder in Förderbändern einsetzen lassen.The present invention relates to polyester fibers having high abrasion and bending resistance, in particular monofilaments, which can be used for example in screens or in conveyor belts.
Es ist bekannt, dass Polyesterfasern, insbesondere Monofilamente für technische Anwendungen, in den meisten Fällen beim Gebrauch hohen mechanischen und oder thermischen Belastungen unterworfen werden. Hinzu kommen in vielen Fällen Belastungen durch chemische und andere Umgebungseinflüsse, denen das Material einen ausreichenden Widerstand entgegensetzen muss. Bei all diesen Belastungen muss das Material eine gute Dimensionsstabiliät und Konstanz der Kraft-Dehnungseigenschaften über möglichst lange Benutzungszeiträume aufweisen.It is known that polyester fibers, in particular monofilaments for technical applications, are in most cases subjected to high mechanical and / or thermal stresses during use. In addition, in many cases, exposure to chemical and other environmental influences to which the material must oppose sufficient resistance. For all these loads, the material must have good dimensional stability and constancy of force-elongation properties over as long as possible usage periods.
Ein Beispiel für technische Anwendungen, bei denen die Kombination hoher mechanischer, thermischer und chemischer Beanspruchungen vorliegt, ist der Einsatz von Monofilamenten in Filtern, Sieben oder als Förderbänder. Dieser Einsatz verlangt ein Monofilamentmaterial mit ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften, wie hohem Anfangsmodul, Reißfestigkeit, Knoten- und Schlingenfestigkeit, sowie eine hohe Abriebfestigkeit verbunden mit einer hohen Hydrolyseresistenz, um den hohen Beanspruchungen bei dessen Einsatz zu widerstehen und um eine ausreichende Standzeit der Siebe oder Förderbänder zu gewährleisten.An example of technical applications where the combination of high mechanical, thermal and chemical stresses is present is the use of monofilaments in filters, screens or conveyors. This use requires a monofilament material with excellent mechanical properties, such as high initial modulus, tear strength, knot and loop strength, and high abrasion resistance coupled with high resistance to hydrolysis, to withstand the high stresses in its use and to ensure sufficient service life of the screens or conveyor belts guarantee.
Formmassen mit hoher chemischer und physikalischer Beständigkeit und deren Einsatz zur Faserherstellung sind bekannt. Verbreitet verwendete Materialien dafür sind Polyester. Es ist auch bekannt, diese Polymere mit anderen Materialien zu kombinieren, um beispielsweise die Abriebfestigkeit gezielt einzustellen.Molding compositions with high chemical and physical resistance and their use for fiber production are known. Widely used Materials are polyester. It is also known to combine these polymers with other materials, for example, to set the abrasion resistance targeted.
In der industriellen Produktion, wie bei der Herstellung oder Verarbeitung von Papieren, werden Filter oder Förderbänder in Prozessen eingesetzt, die bei erhöhten Temperaturen ablaufen und in denen feucht-heiße Umgebungen vorliegen. Chemiefasern auf Polyesterbasis haben sich in solchen Umgebungen zwar bewährt, beim Einsatz in feucht-heißen Umgebungen neigen Polyester neben hydrolytischem Abbau auch zum mechanischen Abrieb.In industrial production, such as in the manufacture or processing of papers, filters or conveyor belts are used in processes that occur at elevated temperatures and in hot humid environments. Although polyester-based manmade fibers have proven successful in such environments, when used in humid-hot environments, polyesters are prone to mechanical abrasion in addition to hydrolytic degradation.
Bei technischen Einsätzen kann Abrieb die unterschiedlichsten Ursachen haben. So wird das Blattbildungssieb in Papiermaschinen zur Entwässerung über Saugkästen gezogen mit der Folge eines erhöhten Siebverschleißes. In der Trockenpartie der Papiermaschine tritt Siebverschleiß durch Geschwindigkeitsdifferenzen zwischen Papierbahn und Sieboberfläche bzw. zwischen Sieboberfläche und Oberfläche der Trockentrommeln auf. Auch in anderen technischen Geweben tritt Gewebeverschleiß durch Abrieb auf; so z.B. in Transportbändern durch Schleifen über feststehende Oberflächen, in Filtergeweben durch das mechanische Abreinigen und in Siebdruckgeweben durch das Führen einer Rakel über die Sieboberfläche.In technical applications, abrasion can have a variety of causes. Thus, the sheet forming screen is pulled in paper machines for dewatering suction boxes with the result of increased Siebverschleißes. In the dryer section of the paper machine, screen wear occurs due to differences in speed between the paper web and the screen surface or between the screen surface and the surface of the drying drums. Tissue wear also occurs in other technical fabrics due to abrasion; e.g. in conveyor belts by grinding over fixed surfaces, in filter fabrics by mechanical cleaning and in screen printing fabrics by passing a squeegee over the screen surface.
Die Verbesserung von mechanischen Fasereigenschaften durch den Zusatz von Füllstoffen ist an sich bekannt.The improvement of mechanical fiber properties by the addition of fillers is known per se.
In der
Aus der
In der
Der Einsatz von schichtförmigen und plättchenförmigen Nanoteilchen, sogenannten Nanotonen, in Polyester-Spinnmassen hat gezeigt, dass in der Regel dabei Schwierigkeiten beim Verspinnen auftreten. Entweder lassen sich die Spinnmassen überhaupt nicht verarbeiten oder es müssen besondere Maßnahmen getroffen werden, um überhaupt einen Faden erzeugen zu können. Setzt man hingegen Nanoteilchen mit zu geringer Dicke ein, so hat sich gezeigt, dass dabei Fasern entstehen, die keine befriedigenden textiltechnologischen Eigenschaften aufweisen. Es wird angenommen, dass der hohe Anteil an Grenzflächen, der durch diese sehr kleinen Teilchen im Polymer hervorgerufen wird, sich beim Verstrecken störend auswirkt, so dass die Polymerketten sich nach dem Verstreckprozess nur ungenügend ordnen. Dieses wirkt sich negativ auf die mechanischen Eigenschaften, beispielsweise auf die Festigkeit, des Fadens aus.The use of layered and platelet-shaped nanoparticles, so-called nanoclays, in polyester spinning masses has shown that in the As a rule, difficulties during spinning occur. Either the spinning masses can not be processed at all or special measures must be taken to be able to produce a thread at all. If, on the other hand, nanoparticles of too small thickness are used, it has been found that fibers are formed which do not have satisfactory textile-technological properties. It is believed that the high level of interfaces created by these very small particles in the polymer interfere with stretching so that the polymer chains are poorly ordered after the stretching process. This has a negative effect on the mechanical properties, such as the strength of the thread.
Der Einsatz nanoskaliger Füllstoffe kann zu Fasern mit verbesserten mechanischen Eigenschaften führen. Im allgemeinen bewirken Füllstoffzusätze aber neben der gewünschten Verbesserung einiger Eigenschaften gleichzeitig die Verschlechterung anderer Eigenschaften.The use of nanoscale fillers can lead to fibers with improved mechanical properties. In general, filler additions, in addition to the desired improvement of some properties, simultaneously cause the deterioration of other properties.
Es wurde jetzt überraschend gefunden, daß ausgewählte Polyesterrohstoffe enthaltend bestimmte nanoskalige Füllstoffe eine gegenüber unmodifizierten Polyesterrohstoffen deutlich verbesserte Abriebbeständigkeit aufweisen, ohne daß durch den Füllstoffeinsatz deren dynamische Belastbarkeit, ausgedrückt durch die Biegebeständigkeit, nennenswert verringert wird oder sich sogar vergrößert. Dieses Eigenschaftsprofil wurde an ausgewählten Polyesterrohstoffen gefunden.It has now surprisingly been found that selected polyester raw materials comprising certain nanoscale fillers have a significantly improved abrasion resistance compared to unmodified polyester raw materials without their dynamic load capacity, expressed by the bending resistance, being appreciably reduced or even increased by the filler insert. This property profile was found on selected polyester raw materials.
Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, gefüllte Polyesterfasern bereitzustellen, die neben einer ausgezeichneten Abriebbeständigkeit im Vergleich mit den ungefüllten Polyesterfasern vergleichbare oder sogar verbesserte dynamische Belastbarkeiten aufweisen.Based on this prior art, the present invention, the object of the invention to provide filled polyester fibers, which in addition to excellent abrasion resistance compared with the unfilled polyester fibers have comparable or even improved dynamic loads.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand in der Bereitstellung von transparenten Fasern mit hoher Abriebbeständigkeit und ausgezeichneter dynamischer Belastbarkeit.Another object of the present invention was to provide transparent fibers having high abrasion resistance and excellent dynamic loadability.
Die Erfindung betrifft Fasern enthaltend aliphatisch-aromatischen Polyester und nicht-schichtförmige, plättchenförmige Teilchen ausgewählt aus der Gruppe der anorganischen Oxide, Hydroxide, Carbonate, Hydrogencarbonate, Nitride und Carbide, deren Dicke 20 nm bis kleiner gleich 100 nm ist und deren Aspektverhältnis nicht mehr als 20:1 beträgt.The invention relates to fibers containing aliphatic-aromatic polyester and non-layered, platelet-shaped particles selected from the group of inorganic oxides, hydroxides, carbonates, bicarbonates, nitrides and carbides whose thickness is 20 nm to less than or equal to 100 nm and whose aspect ratio is not more than 20: 1.
Unter Dicke wird im Rahmen dieser Beschreibung die geringste Ausdehnung des Teilchens entlang einer der Hauptträgheitsachsen verstanden.For the purposes of this description, thickness is understood to be the smallest extent of the particle along one of the main axes of inertia.
Unter Aspektverhältnis wird im Rahmen dieser Beschreibung der Quotient aus der größten Ausdehnung des Teilchens entlang einer der Hauptträgheitsachsen zur geringsten Ausdehnung des Teilchens entlang einer der Hauptträgheitsachsen verstanden; d.h. das Aspektverhältnis ist der Quotient aus größter Länge des Teilchens (entlang einer der Hauptträgheitsachsen) zur Dicke.In the context of this description, the aspect ratio is understood as meaning the quotient of the greatest extent of the particle along one of the principal axes of inertia to the smallest extent of the particle along one of the principal axes of inertia; i.e. the aspect ratio is the quotient of the largest length of the particle (along one of the principal axes of inertia) to the thickness.
Bevorzugt werden Polyesterfasern mit einem Gehalt an freien Carboxylgruppen von kleiner gleich 3 mval/kg.Preference is given to polyester fibers having a content of free carboxyl groups of less than or equal to 3 meq / kg.
Diese enthalten vorzugsweise ein Mittel zum Verschluß von freien Carboxylgruppen, beispielsweise ein Carbodiimid und/oder eine Epoxidverbindung.These preferably contain a means for occluding free carboxyl groups, for example a carbodiimide and / or an epoxide compound.
Derartig ausgerüstete Polyesterfasern sind gegenüber hydrolytischem Abbau stabilisiert und eignen sich besonders zum Einsatz in feucht-heißen Umgebungen, insbesondere in Papiermaschinen oder als Filter.Such equipped polyester fibers are stabilized against hydrolytic degradation and are particularly suitable for use in humid-hot environments, especially in paper machines or as a filter.
Die faserbildenden Polyester können beliebiger Natur sein, solange diese aliphatische und aromatische Gruppen aufweisen und in der Schmelze verformbar sind. Unter aliphatischen Gruppen sind im Rahmen dieser Beschreibung auch cycloaliphatische Gruppen zu verstehen.The fiber-forming polyesters can be of any nature, as long as they are have aliphatic and aromatic groups and are deformable in the melt. Within the scope of this description, aliphatic groups are also to be understood as meaning cycloaliphatic groups.
Diese thermoplastischen Polyester sind an sich bekannt. Beispiele dafür sind Polybutylenterephthalat, Polycyclohexandimethylterephthalat, Polyethylennaphthalat oder insbesondere Polyethylenterephthalat. Bausteine von fadenbildenden Polyestern sind vorzugsweise Diole und Dicarbonsäuren, bzw. entsprechend aufgebaute Oxycarbonsäuren. Hauptsäurebestandteil der Polyester ist Terephthalsäure oder Cyclohexandicarbonsäure, aber auch andere aromatische und/oder aliphatische bzw. cycloaliphatische Dicarbonsäuren können geeignet sein, vorzugsweise para- oder trans-ständige aromatische Verbindungen, wie z.B. 2,6-Naphthalin-dicarbonsäure oder 4,4'-Biphenyldicarbonsäure, sowie Isophthalsäure. Aliphatische Dicarbonsäuren, wie z.B. Adipinsäure oder Sebacinsäure, werden vorzugsweise in Kombination mit aromatischen Dicarbonsäuren eingesetzt.These thermoplastic polyesters are known per se. Examples of these are polybutylene terephthalate, polycyclohexanedimethyl terephthalate, polyethylene naphthalate or, in particular, polyethylene terephthalate. Building blocks of thread-forming polyesters are preferably diols and dicarboxylic acids, or appropriately constructed oxycarboxylic acids. The main acid constituent of the polyesters is terephthalic acid or cyclohexanedicarboxylic acid, but other aromatic and / or aliphatic or cycloaliphatic dicarboxylic acids may also be suitable, preferably para- or trans-aromatic compounds, e.g. 2,6-naphthalenedicarboxylic acid or 4,4'-biphenyldicarboxylic acid, and isophthalic acid. Aliphatic dicarboxylic acids, e.g. Adipic acid or sebacic acid, are preferably used in combination with aromatic dicarboxylic acids.
Typische geeignete zweiwertige Alkohole sind aliphatische und/oder cycloaliphatische Diole, beispielsweise Ethylenglykol, Propandiol, 1,4-Butandiol, 1,4-Cyclohexandimethanol oder deren Gemische. Bevorzugt sind aliphatische Diole, die zwei bis vier Kohlenstoffatome aufweisen, insbesondere Ethylenglykol; weiterhin bevorzugt sind cycloaliphatische Diole, wie 1,4-Cyclohexandimethanol.Typical suitable dihydric alcohols are aliphatic and / or cycloaliphatic diols, for example ethylene glycol, propanediol, 1,4-butanediol, 1,4-cyclohexanedimethanol or mixtures thereof. Preference is given to aliphatic diols having from two to four carbon atoms, in particular ethylene glycol; furthermore preferred are cycloaliphatic diols, such as 1,4-cyclohexanedimethanol.
Bevorzugt werden Polyester eingesetzt, die wiederkehrende Struktureinheiten aufweisen, die sich ableiten von einer aromatischen Dicarbonsäure und einem aliphatischen und/oder cycloaliphatischen Diol.Preference is given to using polyesters which have repeating structural units which are derived from an aromatic dicarboxylic acid and an aliphatic and / or cycloaliphatic diol.
Bevorzugt eingesetzte thermoplastische Polyester werden inbesondere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyethylenterephthalat, Polyethylennaphthalat, Polybutylennaphthalat, Polypropylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, Polycyclohexandimethanol-terephthalat oder einem Copolykondensat enthaltend Polybutylenglykol-, Terephthalsäure- und Naphthalindicarbonsäureeinheiten.Preferred thermoplastic polyesters are in particular selected from the group consisting of polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polybutylene naphthalate, polypropylene terephthalate, Polybutylene terephthalate, polycyclohexanedimethanol terephthalate or a copolycondensate containing polybutylene glycol, terephthalic acid and naphthalenedicarboxylic acid units.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Polyester weisen üblicherweise Lösungsviskositäten (IV-Werte) von mindestens 0,60 dl/g, vorzugsweise von 0,60 bis 1,05 dl/g, besonders bevorzugt von 0,62 - 0,93 dl/g, auf (gemessen bei 25°C in Dichloressigsäure (DCE)).The polyesters used according to the invention usually have solution viscosities (IV values) of at least 0.60 dl / g, preferably from 0.60 to 1.05 dl / g, particularly preferably from 0.62 to 0.93 dl / g ( measured at 25 ° C in dichloroacetic acid (DCE)).
Die erfindungsgemäß eingesetzten nanoskaligen Füllstoffe verleihen den Polyesterfasern eine ausgezeichnete Abriebbeständigkeit ohne dabei die dynamischen Eigenschaften, ausgedrückt durch die Biegebeständigkeit nachteilig zu beeinflussen.The nanoscale fillers used according to the invention impart excellent abrasion resistance to the polyester fibers without adversely affecting the dynamic properties, expressed by the bending resistance.
Bei den erfindungsgemäß eingesetzten Füllstoffen handelt es sich um spezielle nicht-schichtförmige, plättchenförmige Teilchen. Diese werden ausgewählt aus der Gruppe der anorganischen Oxide, Hydroxide, Carbonate, Hydrogencarbonate, Nitride und Carbide.The fillers used according to the invention are special non-layered, platelet-shaped particles. These are selected from the group of inorganic oxides, hydroxides, carbonates, bicarbonates, nitrides and carbides.
Eine weitere charakteristische Eigenschaft dieser Füllstoffe ist deren Gestalt. Die Teilchen sind nicht kugelförmig sondern plättchenförmig. Deren Dicke ist kleiner gleich 100 nm, vorzugsweise kleiner gleich 80 nm und insbesondere 20 bis 60 nm. Eine weitere charakteristische Eigenschaft der Füllstoffe ist deren Aspektverhältnis, also das Verhältnis aus der größten Ausdehnung des Teilchens entlang einer der Hauptträgheitsachsen zur geringsten Ausdehnung des Teilchens entlang einer der Hauptträgheitsachsen. Das Aspektverhältnis beträgt nicht mehr als 20:1. Schichtförmige Füllstoffe, wie Schichtsilikate (sogenannte Nanotone), also wie z.B. Montmorillonite, sind im Rahmen dieser Erfindung nicht gewünscht, da deren Einsatz einerseits die Verarbeitung der Fasern stört und andererseits keine wesentliche Eigenschaftsverbesserung beobachtet werden konnte.Another characteristic of these fillers is their shape. The particles are not spherical but platelike. Their thickness is less than or equal to 100 nm, preferably less than or equal to 80 nm and in particular 20-60 nm. Another characteristic property of the fillers is their aspect ratio, ie the ratio of the largest dimension of the particle along one of the main axes of inertia to the smallest extent of the particle along one the main axis of inertia. The aspect ratio is not more than 20: 1. Layered fillers, such as sheet silicates (so-called nanotones), ie, such as montmorillonites, are not desired in the context of this invention, since their use on the one hand disturbs the processing of the fibers and on the other hand, no significant property improvement could be observed.
Typischerweise handelt es sich bei den erfindungsgemäß eingesetzten nanoskaligen und nicht kugelförmigen Oxiden um Oxide von Metallen der Gruppe IIa des Periodensystems, vorzugsweise um Oxide des Magnesiums, Calciums oder Strontiums, oder um Oxide von Metallen der Gruppe IIIb des Periodensystems, vorzugsweise um Oxide des Aluminiums, Galliums oder Indiums, oder um Oxide von Metallen der Gruppe IVa des Periodensystems, vorzugsweise um Oxide des Titans, Zirkons oder Hafniums, oder um Oxide von Metallen der Gruppe IIIa des Periodensystems, vorzugsweise um Oxide des Scandiums oder Yttriums, oder um Oxide von Metallen oder Halbmetallen der Gruppe IVb des Periodensystems, vorzugsweise um Oxide des Siliziums, Germaniums oder Zinns.The nanoscale and non-spherical oxides used according to the invention are typically oxides of metals of group IIa of the Periodic Table, preferably oxides of magnesium, calcium or strontium, or oxides of metals of group IIIb of the Periodic Table, preferably oxides of aluminum, Gallium or indium, or oxides of metals of group IVa of the periodic table, preferably oxides of titanium, zirconium or hafnium, or oxides of metals of group IIIa of the periodic table, preferably oxides of scandium or yttrium, or oxides of metals or Semimetals of Group IVb of the Periodic Table, preferably oxides of silicon, germanium or tin.
Anstelle der Oxide können auch die entsprechenden Hydroxide eingesetzt werden oder es können auch Mischkristalle aus unterschiedlichen Metalloxiden eingesetzt werden, beispielsweise Al2O3*2SiO2 (Mullit).Instead of the oxides, it is also possible to use the corresponding hydroxides or it is also possible to use mixed crystals of different metal oxides, for example Al 2 O 3 .2SiO 2 (mullite).
Typischerweise handelt es sich bei den erfindungsgemäß eingesetzten nanoskaligen und nicht-kugelförmigen Carbonaten um Carbonate von Metallen der Gruppe IIa des Periodensystems, vorzugsweise um Carbonate des Magnesiums, Calciums oder Strontiums.Typically, the nanoscale and non-spherical carbonates used according to the invention are carbonates of metals of group IIa of the periodic table, preferably carbonates of magnesium, calcium or strontium.
Typischerweise handelt es sich bei den erfindungsgemäß eingesetzten nanoskaligen und nicht kugelförmigen Carbiden um Carbide von Metallen der Gruppe IIIb des Periodensystems, vorzugsweise um Carbide des Aluminiums, Galliums oder Indiums, oder um Carbide von Metallen oder Halbmetallen der Gruppe IVb des Periodensystems, vorzugsweise um Carbide des Siliziums, Germaniums oder Zinns.The nanoscale and non-spherical carbides used according to the invention are typically carbides of metals of group IIIb of the periodic system, preferably carbides of aluminum, gallium or indium, or carbides of metals or semimetals of group IVb of the periodic table, preferably carbides of the periodic table Silicon, germanium or tin.
Typischerweise handelt es sich bei den erfindungsgemäß eingesetzten nanoskaligen und nicht kugelförmigen Nitriden um Nitride von Metallen der Gruppe IIIb des Periodensystems, vorzugsweise um Nitride des Aluminiums, Galliums oder Indiums, oder um Nitride von Metallen oder Halbmetallen der Gruppe IVb des Periodensystems, vorzugsweise um Nitride des Siliziums, Germaniums oder Zinns.Typically, the nanoscale and non-spherical nitrides used in the invention are nitrides of metals Group IIIb of the Periodic Table, preferably to nitrides of aluminum, gallium or indium, or to nitrides of metals or metalloids of Group IVb of the Periodic Table, preferably to nitrides of silicon, germanium or tin.
Besonders bevorzugt wird nanoskaliges, nicht kugelförmiges Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Siliziumdioxid, Zirkondioxid, Siliziumcarbid, Siliziumnitrid, Yttriumoxid oder Calciumcarbonat eingesetzt.Particular preference is given to using nanoscale, non-spherical aluminum oxide, aluminum nitride, silicon dioxide, zirconium dioxide, silicon carbide, silicon nitride, yttrium oxide or calcium carbonate.
Ganz besonders bevorzugt wird nanoskaliges, nicht kugelförmiges Aluminiumoxid oder Calciumcarbonat eingesetzt.Very particular preference is given to using nanoscale, non-spherical aluminum oxide or calcium carbonate.
Die zur Herstellung der erfindungsgemäßen Fasern benötigten und gefüllten Polyesterrohstoffe können auf unterschiedliche Art und Weise hergestellt werden. So lassen sich Polyester und Füllstoff sowie gegebenenfalls weitere Zusätze unter Aufschmelzen des Polyesters in einem Mischaggregat, beispielsweise in einem Extruder, vermischen und die Zusammensetzung wird anschließend direkt der Spinndüse zugeführt oder die Zusammensetzung wird granuliert und in einem getrennten Schritt versponnen. Die erhaltenen Granulate können gegebenenfalls auch als Masterbatch zusammen mit zusätzlichem Polyester versponnen werden. Es ist auch möglich, die nanoskaligen Füllstoffe bereits vor oder während der Polykondensation des Polyesters zuzusetzen.The polyester raw materials required and filled to produce the fibers according to the invention can be produced in different ways. Thus, polyester and filler and optionally further additives can be melted with the polyester in a mixing unit, for example in an extruder, mix and the composition is then fed directly to the spinneret or the composition is granulated and spun in a separate step. If appropriate, the resulting granules can also be spun as a masterbatch together with additional polyester. It is also possible to add the nanoscale fillers before or during the polycondensation of the polyester.
Geeignete nanoskalige nicht kugelförmige Füllstoffe sind kommerziell erhältlich. Beispielsweise kann das Produkt DP 6096 (Calciumcarbonat in Ethylenglykol) der Fa. Nano Technologies, Inc. Ashland, MA, U.S.A. verwendet werden.Suitable nanoscale non-spherical fillers are commercially available. For example, the product DP 6096 (calcium carbonate in ethylene glycol) from Nano Technologies, Inc. Ashland, MA, U.S.A. may be used.
Der Gehalt an nanoskaligem nicht kugelförmigen Füllstoff der erfindungsgemäßen Faser kann in weiten Bereichen schwanken, beträgt jedoch typischerweise nicht mehr als 5 Gew. %, bezogen auf die Masse der Faser. Vorzugsweise bewegt sich der Gehalt an nanoskaligem kugelförmigem Füllstoff im Bereich von 0,1 bis 2,5 Gew. %, insbesondere von 0,5 bis 2,0 Gew. %.The content of nanoscale non-spherical filler of the fiber according to the invention can vary within wide limits, however, is typically not more than 5% by weight, based on the mass of the fiber. Preferably, the content of nanoscale spherical filler in the range of 0.1 to 2.5 wt.%, In particular from 0.5 to 2.0 wt.%.
Art und Menge der Komponenten a) und b) werden vorzugsweise so gewählt, dass transparente Produkte erhalten werden. Im Gegensatz zu Polyamiden zeichnen sich die erfindungsgemäß eingesetzten Polyester durch Transparenz aus. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass die nanoskaligen nicht-kugelförmigen Füllstoffe die Transparenz nicht nachteilig beeinflussen. Der Zusatz von bereits etwa 0,3 Gew. % an nicht nanoskaligem Titandioxid (Mattierungsmittel) bewirkt hingegen ein völliges Weißwerden der Faser.The type and amount of components a) and b) are preferably chosen so that transparent products are obtained. In contrast to polyamides, the polyesters used according to the invention are distinguished by transparency. Surprisingly, it has been shown that the nanoscale non-spherical fillers do not adversely affect the transparency. The addition of already about 0.3% by weight of non-nanoscale titanium dioxide (matting agent), on the other hand, causes complete whitening of the fiber.
Ferner hat sich überraschenderweise gezeigt, dass durch den Zusatz von Polycarbonat die Abriebfestigkeit der erfindungsgemäßen Fasern nochmals gesteigert werden kann. Typischerweise beträgt die Menge an Polycarbonat bis zu 5 Gew. %, vorzugsweise 0,1 bis 5,0 Gew. %, besonders bevorzugt 0,5 bis 2,0 Gew. %, bezogen auf die Gesamtmasse der Polymeren.Furthermore, it has surprisingly been found that the abrasion resistance of the fibers according to the invention can be further increased by the addition of polycarbonate. Typically, the amount of polycarbonate is up to 5 wt.%, Preferably 0.1 to 5.0 wt.%, Particularly preferably 0.5 to 2.0 wt.%, Based on the total mass of the polymers.
Unter Fasern sind im Rahmen dieser Beschreibung beliebige Fasern zu verstehen.In the context of this description, fibers are to be understood as meaning any fibers.
Beispiele dafür sind Filamente oder Stapelfasern, die aus mehreren einzelnen Fasern bestehen, insbesondere jedoch Monofilamente sind.Examples are filaments or staple fibers, which consist of several individual fibers, but in particular monofilaments.
Die erfindungsgemäßen Polyesterfasern können nach an sich bekannten Verfahren hergestellt werden.The polyester fibers according to the invention can be prepared by processes known per se.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung der oben definierten Fasern umfassend die Maßnahmen:
- i) Vermischen von Polyestergranulat mit nicht schichtförmigen, plättchenförmigen Teilchen ausgewählt aus der Gruppe der anorganischen Oxide, Hydroxide, Carbonate, Hydrogencarbonate, Nitride und Carbide, deren Dicke von 20 nm bis kleiner gleich 100 nm ist und deren Aspektverhältnis nicht mehr als 20:1 beträgt,
- ii) Extrudieren des Gemisches enthaltend Polyester und nicht-schichtförmige und plättchenförmige Teilchen durch eine Spinndüse,
- iii) Abziehen des gebildeten Filaments, und
- iv) gegebenenfalls Verstrecken und/oder Relaxieren des gebildeten Filaments.
- i) mixing polyester granules with non-layered, platelet-shaped particles selected from the group of inorganic oxides, hydroxides, carbonates, bicarbonates, nitrides and carbides whose thickness is from 20 nm to less than or equal to 100 nm and whose aspect ratio is not more than 20: 1,
- ii) extruding the mixture containing polyester and non-layered and platelet-shaped particles through a spinneret,
- iii) stripping the formed filament, and
- iv) optionally stretching and / or relaxing the formed filament.
Weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung der oben definierten Fasern umfassend die Maßnahmen:
- v) Zuführen von Polyestergranulat, das vor oder während der Polykondensation mit Polyestergranulat mit nicht schichtförmigen, plättchenförmigen Teilchen ausgewählt aus der Gruppe der anorganischen Oxide, Hydroxide, Carbonate, Hydrogencarbonate, Nitride und Carbide, deren Dicke 20 nm bis kleiner gleich 100 nm ist und deren Aspektverhältnis nicht mehr als 20:1 beträgt, vermischt worden ist, in einen Extruder,
- ii) Extrudieren des Gemisches enthaltend Polyester und nicht-schichtförmige und plättchenförmige Teilchen durch eine Spinndüse,
- iii) Abziehen des gebildeten Filaments, und
- iv) gegebenenfalls Verstrecken und/oder Relaxieren des gebildeten Filaments.
- v) feeding polyester granules, before or during the polycondensation with polyester granules with non-layered, platelet-shaped particles selected from the group of inorganic oxides, hydroxides, carbonates, bicarbonates, nitrides and carbides whose thickness is 20 nm to less than 100 nm and whose Aspect ratio is not more than 20: 1, has been mixed, in an extruder,
- ii) extruding the mixture containing polyester and non-layered and platelet-shaped particles through a spinneret,
- iii) stripping the formed filament, and
- iv) optionally stretching and / or relaxing the formed filament.
Vorzugsweise werden die erfindungsgemäßen Polyesterfasern bei der Herstellung ein- oder mehrfach verstreckt.Preferably, the polyester fibers according to the invention are drawn one or more times in the preparation.
Besonders bevorzugt wird bei der Herstellung der Polyesterfasern ein durch Festphasenkondensation hergestellter Polyester eingesetzt.Particularly preferably, a polyester produced by solid phase condensation is used in the production of the polyester fibers.
Die erfindungsgemäßen Polyesterfasern können in beliebiger Form vorliegen, beispielsweise als Multifilamente, als Stapelfasern oder insbesondere als Monofilamente.The polyester fibers according to the invention can be present in any desired form, for example as multifilaments, as staple fibers or in particular as monofilaments.
Der Titer der erfindungsgemäßen Polyesterfasern kann ebenfalls in weiten Bereichen schwanken. Beispiele dafür sind 100 bis 45.000 dtex, insbesondere 400 bis 7.000 dtex.The titer of the polyester fibers according to the invention can likewise vary within wide limits. Examples are 100 to 45,000 dtex, in particular 400 to 7,000 dtex.
Besonders bevorzugt werden Monofilamente, deren Querschnittsform rund, oval oder n-eckig ist, wobei n größer gleich 3 ist.Particular preference is given to monofilaments whose cross-sectional shape is round, oval or n-shaped, where n is greater than or equal to 3.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Polyesterfasern kann ein handelsüblicher Polyester-Rohstoff verwendet werden. Dieser weist typischerweise Gehalte von freien Carboxylgruppen von 15 bis 50 mval/kg Polyester auf. Bevorzugt werden durch Festphasenkondensation hergestellte Polyester-Rohstoffe eingesetzt; bei diesen beträgt der Gehalt an freien Carboxylgruppen typischerweise 5 bis 20 mval/kg, bevorzugt weniger als 8 mval/kg Polyester.To prepare the polyester fibers of the invention, a commercial polyester raw material can be used. This typically has levels of free carboxyl groups of 15 to 50 meq / kg of polyester. Preference is given to using polyester raw materials produced by solid phase condensation; in these, the content of free carboxyl groups is typically 5 to 20 meq / kg, preferably less than 8 meq / kg of polyester.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Polyesterfasern kann aber auch ein Polyester-Rohstoff verwendet werden, der bereits den nanoskaligen, nicht-schichtförmigen, plättchenförmigen Füllstoff enthält. Bei dessen Herstellung wird der Füllstoff während der Polykondensation und/oder mindestens einem der Monomeren zugesetzt.For the preparation of the polyester fibers according to the invention, however, it is also possible to use a polyester raw material which already contains the nanoscale, non-layered, platelet-shaped filler. During its preparation, the filler is added during the polycondensation and / or at least one of the monomers.
Nach dem Verpressen der Polymerschmelze durch eine Spinndüse wird der heiße Polymerfaden abgekühlt, z.B. in einem Kühlbad, vorzugsweise in einem Wasserbad, und anschließend aufgewickelt oder abgezogen. Die Abziehgeschwindigkeit ist dabei größer als die Spritzgeschwindigkeit der Polymerschmelze.After pressing the polymer melt through a spinneret, the hot polymer filament is cooled, e.g. in a cooling bath, preferably in a water bath, and then wound up or peeled off. The removal speed is greater than the injection rate of the polymer melt.
Die so hergestellte Polyesterfaser wird anschließend vorzugsweise einer Nachverstreckung, besonders bevorzugt in mehreren Stufen, insbesondere einer zwei- oder dreistufigen Nachverstreckung, mit einem Gesamtverstreckungsverhältnis von 1 : 3 bis 1 : 8, vorzugsweise 1 : 4 bis 1 : 6, unterzogen.The polyester fiber thus produced is then preferably a Post-drawing, more preferably in several stages, in particular a two- or three-stage post-drawing, with a total draw ratio of 1: 3 to 1: 8, preferably 1: 4 to 1: 6 subjected.
Nach der Verstreckung schließt sich vorzugsweise eine Thermofixierung an, wobei Temperaturen von 130 bis 280°C zum Einsatz kommen; dabei wird bei konstanter Länge gearbeitet oder es wird geringfügig nachverstreckt oder es wird ein Schrumpf von bis zu 30 % zugelassen.After stretching preferably followed by a heat-setting, with temperatures of 130 to 280 ° C are used; It is worked at a constant length or it is slightly re-stretched or it is allowed a shrinkage of up to 30%.
Als besonders vorteilhaft für die Herstellung der erfindungsgemäßen Polyesterfasern hat es sich erwiesen, wenn bei einer Schmelzetemperatur im Bereich von 285 bis 315°C und bei einem Verzug von 1 : 2 bis 1 : 6 gearbeitet wird.It has proven to be particularly advantageous for the preparation of the polyester fibers according to the invention, if working at a melt temperature in the range of 285 to 315 ° C and at a delay of 1: 2 to 1: 6.
Die Abzugsgeschwindigkeit beträgt üblicherweise 10 - 80 m pro Minute.The take-off speed is usually 10 - 80 m per minute.
Die erfindungsgemäßen Polyesterfasern können neben nanoskaligem, nichtschichtförmigem, plättchenförmigem Füllstoff noch weitere Hilfsstoffe enthalten.The polyester fibers according to the invention may contain, in addition to nanoscale, non-layered, platelet-shaped filler, further auxiliaries.
Beispiele dafür sind neben dem bereits erwähnten Hydrolysestabilisator Verarbeitungshilfsmittel, Antioxidantien, Weichmacher, Gleitmittel, Pigmente, Mattierungsmittel, Viskositätsmodifizierer oder Kristallisationbeschleuniger.Examples of these are, in addition to the hydrolysis stabilizer already mentioned, processing aids, antioxidants, plasticizers, lubricants, pigments, matting agents, viscosity modifiers or crystallization accelerators.
Beispiele für Verarbeitungshilfsmittel sind Siloxane, Wachse oder längerkettige Carbonsäuren oder deren Salze, aliphatische, aromatische Ester oder Ether.Examples of processing aids are siloxanes, waxes or longer-chain carboxylic acids or their salts, aliphatic, aromatic esters or ethers.
Beispiele für Antioxidantien sind Phosphorverbindungen, wie Phosphorsäureester oder sterisch gehinderte Phenole.Examples of antioxidants are phosphorus compounds, such as phosphoric acid esters or sterically hindered phenols.
Beispiele für Pigmente oder Mattierungsmittel sind organische Farbstoffpigmente oder Titandioxid.Examples of pigments or matting agents are organic dye pigments or titanium dioxide.
Bespiele für Viskositätsmodifizierer sind mehrwertige Carbonsäuren und deren Ester oder mehrwertige Alkohole.Examples of viscosity modifiers are polybasic carboxylic acids and their esters or polyhydric alcohols.
Die erfindungsgemäßen Fasern lassen sich auf allen industriellen Gebieten einsetzen. Bevorzugt kommen sie bei Anwendungen zum Einsatz, in denen mit einem erhöhten Verschleiß durch mechanische Belastung zu rechnen ist. Beispiele dafür ist der Einsatz in Sieben oder in Förderbänder. Diese Verwendungen sind ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung.The fibers of the invention can be used in all industrial fields. They are preferably used in applications in which increased wear due to mechanical stress is to be expected. Examples include the use in screens or in conveyor belts. These uses are also the subject of the present invention.
Bevorzugt werden die erfindungsgemäßen Polyesterfasern zur Herstellung von Flächengebilden, insbesondere von Geweben, eingesetzt, welche in Sieben eingesetzt werden.The polyester fibers according to the invention are preferably used for the production of fabrics, in particular fabrics, which are used in fabrics.
Eine weitere Verwendung der erfindungsgemäßen Polyesterfasern in der Form von Monofilamenten betrifft deren Einsatz als Förderbänder oder als Komponenten von Förderbändern.Another use of the polyester fibers in the form of monofilaments according to the invention relates to their use as conveyor belts or as components of conveyor belts.
Besonders bevorzugt sind Verwendungen der erfindungsgemäßen Fasern in Sieben, die zum Einsatz in der Trocknerpartie von Papiermaschinen vorgesehen sind.Particularly preferred are uses of the fibers of the invention in screens, which are intended for use in the dryer section of paper machines.
Diese Verwendungen sind ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung.These uses are also the subject of the present invention.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung von nicht-schichtförmigen, plättchenförmigen Teilchen ausgewählt aus der Gruppe der anorganischen Oxide, Hydroxide, Carbonate, Hydrogencarbonate, Nitride und Carbide, deren Dicke kleiner gleich 100 nm ist und deren Aspektverhältnis nicht mehr als 20:1 beträgt zur Herstellung von Fasern, insbesondere von Monofilamenten, mit hoher Abriebbeständigkeit.Another object of the present invention is the use of non-layered, platelet-shaped particles selected from the group of inorganic oxides, hydroxides, carbonates, bicarbonates, nitrides and carbides whose thickness is less than 100 nm and whose aspect ratio is not more than 20: 1 is for the production of fibers, in particular monofilaments, with high abrasion resistance.
Die nachfolgenden Beispiele erläutern die Erfindung ohne diese zu begrenzen.The following examples illustrate the invention without limiting it.
Die Komponenten Polyethylenterephthalat ("PET") und gegebenenfalls Hydrolysestabilisator wurden im Extruder vermischt, aufgeschmolzen und durch eine 20 Loch Spinndüse mit einem Lochdurchmesser von 1,0 mm bei einer Fördermenge von 488 g/min und einer Abzugsgeschwindigkeit von 31 m/min zu Monofilamenten versponnen, dreifach verstreckt mit Verstreckgraden 1:4,95; 1:1,13; und 1:0,79; sowie im Heißluftkanal bei 255°C unter Schrumpfzulassung thermofixiert. Die Gesamtverstreckung betrug 1 : 4,52. Es wurden Monofilamente mit einem Durchmesser von 0,25 mm erhalten.The components polyethylene terephthalate ("PET") and optionally hydrolysis stabilizer were mixed in the extruder, melted and spun through a 20 hole spinneret with a hole diameter of 1.0 mm at a flow rate of 488 g / min and a take-off speed of 31 m / min to monofilaments , stretched three times with degrees of stretching 1: 4,95; 1: 1.13; and 1: 0.79; and heat-set in the hot air duct at 255 ° C under heat shrinkage. The total draw was 1: 4.52. Monofilaments with a diameter of 0.25 mm were obtained.
Als PET wurde eine Type mit einem IV-Wert von 0,72 dl/g eingesetzt, der 0,04 Gew.% an nanoskaligem Al2O3 von 50 nm zugesetzt worden waren.The PET used was a type with an IV value of 0.72 dl / g, to which 0.04% by weight of nanoscale Al 2 O 3 of 50 nm had been added.
Als Hydrolysestabilisator wurde ein Carbodiimid eingesetzt (Stabaxol® 1, Fa. Rheinchemie).The hydrolysis, a carbodiimide was used (Stabaxol ® 1, Fa. Rhein Chemie).
Es wurden Monofilamente hergestellt, wie in der Arbeitsvorschrift des Beispiels 1 beschrieben. Dabei wurden unterschiedliche PET Rohstoffe aber keine nanoskaligen Füllstoffe eingesetzt. In Beispiel V1 wurde eine Type mit einem IV-Wert von 0,72 dl/g eingesetzt und in Beispiel V2 eine Type mit einem IV-Wert von 0,9 dl/g.Monofilaments were prepared as described in the procedure of Example 1. Different PET raw materials but no nanoscale fillers were used. In Example V1, a type having an IV value of 0.72 dl / g was used and in Example V2 a type having an IV value of 0.9 dl / g.
Die Fasereigenschaften wurde wie folgt ermittelt:
- Zugfestigkeit gemäß DIN EN/ISO 2062
- Reißdehnung gemäß DIN EN/ISO 2062
- Heißluftschrumpf gemäß DIN 53843
- Tensile strength according to DIN EN / ISO 2062
- Elongation at break according to DIN EN / ISO 2062
- Hot air shrinkage according to DIN 53843
Squirrel Cage Test: Es wurde ein drehbarer metallischer Reibkörper eingesetzt, bei dem Metallstäbe auf einer mit konstanter Drehzahl rotierenden Trommel angebracht sind. Das Monofil lag mit konstanter Vorspannung auf diesem Reibkörper. Gemessen wird die Anzahl der Umdrehungen bis zum Fadenbruch.Squirrel Cage Test: A rotatable metal friction body was used, with metal rods mounted on a rotating drum at constant speed. The monofilament was with constant bias on this friction body. The number of revolutions is measured until the thread breaks.
In der folgenden Tabelle sind die Eigenschaften der Monofilamente zusammengestellt.
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