EP2169110B1 - Flammhemmende Hohlfaser mit silikonfreier Weichgriffausrüstung umfassend einen Polyether und ein Fettsäurecondensationsprodukt - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a flame-retardant modified hollow fiber with a silicone-free soft-grip equipment, and a method for producing the same and their use for Mountainmaschine effort.
- Fiber fillings can be used in many applications, such as apparel, cushions, furniture, insulation, quilts, filters, upholstery (e.g., in cars), sleeping bags, mattress pads, and mattresses.
- the hollow fibers used for these applications are generally hollow fibers which are flame-retardant with phosphorus-containing compounds.
- polyester hollow fibers are preferably used.
- Out JP 2003-336175 are crimped PTT staple fibers with a flame retardant finish based on a special copolymer known.
- the sizing is intended only to aid in processing (post heat treatment / crimping).
- fiber fillings are made by a so-called softening finish with a pleasant feel, improved fluffiness, improved surface smoothness and equipped for improved recovery.
- silicone-based softening is used, such as, for example, in US Pat WO 2004/007 347 (Trevira GmbH ) US 3,271,189 (Hofmann ) and in U.S. 3,454,422 (Mead et al. ) disclosed.
- the object of the present invention is therefore to provide flame-retardant hollow fibers with a soft-grip finish which does not impair the flame-retardant properties of the hollow fibers.
- the present invention therefore relates to flame-retardant modified fibers based on melt-spinnable fibers, characterized in that the fiber is a polyester hollow fiber provided with a silicone-free softening finish comprising at least one polyether and at least one fatty acid condensation product and the fibers have titer values in the range of 0 , 9 to 17 dtex
- polyester materials are in principle all known types suitable for fiber production.
- Such polyesters consist predominantly of building blocks derived from aromatic dicarboxylic acids and from aliphatic diols.
- Common aromatic dicarboxylic acid building blocks are the divalent radicals of benzenedicarboxylic acids, in particular terephthalic acid and isophthalic acid.
- Common diols have 2 to 4 carbon atoms, with the ethylene glycol being particularly suitable.
- Particularly advantageous are fibers which consist of at least 85 mol% of polyethylene terephthalate. The remaining 15 mol% are made up of dicarboxylic acid units and glycol units which act as so-called modifying agents and allow the person skilled in the art to influence the physical and chemical properties of the filaments produced in a targeted manner.
- dicarboxylic acid units are residues of isophthalic acid or of aliphatic dicarboxylic acids, such as glutaric acid, adipic acid and sebacic acid.
- modifying diol radicals are those of relatively long-chain diols, for example of propanediol or butanediol, of di- or triethylene glycol, or, if present in a small amount, of polyglycol having a molecular weight of about 500 to 2,000.
- PET polyethylene terephthalate
- the flame retardant modification of the polyester fibers is achieved by using flame retardant modified polyesters.
- flame-retardant modified polyesters are known. They contain additions of halogen compounds, in particular bromine compounds, or, what is particularly advantageous, they contain phosphorus compounds which are condensed in the polyester chain.
- these condensed-in phosphorus-containing chain links are understood to be chain links which are arranged in the linear chain of the polymer molecule (longest chain), but also in any side chains and branches that may be present.
- flame-retardant modified polyesters which contain condensed in the chain assemblies of the formula (I) wherein R is alkylene or polymethylene having 2 to 6 carbon atoms or phenyl and R 1 is alkyl having 1 to 6 carbon atoms, aryl or aralkyl.
- R is ethylene and R 1 is methyl, ethyl, phenyl, or o-, m- or p-methylphenyl, in particular methyl.
- Such polyesters are, for example, in the DE-A-39 40 713 described.
- the polyesters used in the invention preferably have a molecular weight corresponding to an intrinsic viscosity (IV), measured in a solution of 1 g of polymer in 100 ml of dichloroacetic acid at 25 ° C, from 0.45 to 0.85.
- IV intrinsic viscosity
- the silicone-free softener finish of the present invention is a blend comprising at least one polyether and at least one fatty acid condensation product.
- this mixture preferably has a mixing ratio (weight) of polyether: fatty acid condensation product of 10: 1 to 1: 1, in particular of 5: 1 to 2: 1, particularly preferably of 4: 1.
- R 2 are straight-chain or branched alkyl groups, in particular ethyl (polyethylene glycol) or propyl groups (propylene glycol).
- the end groups R 3 , R 4 are usually hydrogen, but may also be substituted by the same groups as mentioned above for R 3 , R 4 .
- Preferred compounds of the formula (II) are nonionic polyethers. It is further preferred if the polyethers are miscible with water and have a pH in the range from 6 to 9, in particular from 7 to 8, particularly preferably from 7.5 as 10% solution (weight percent). It is further preferred if the dynamic viscosity of the polyethers (measured as 10% strength solution in water) at 20 ° C. (HTC51) is preferably between 50 and 80 mPas, in particular between 60 and 70 mPas, particularly preferred at 65 mPas ,
- Such polyethers are commercially available, for example under the trade name Duron® FF 1751, a product of CHT R. Beitlich GmbH.
- Fatty acid condensation products of the invention suitable for softening equipment are compounds of fatty acids having the general formula R 5 -COOH, where R 5 denotes straight-chain or branched, alkyl or alkenyl groups having 6 to 30 carbon atoms, preferably 6 to 26 carbon atoms, with aliphatic or aromatic, mono- or polyfunctional alcohols or amines.
- Preferred fatty acid condensation products according to the invention are fatty acid condensation products, in particular cationic fatty acid condensation products, which are completely miscible with water and have a pH in the range from 1 to 6, preferably 2 to 5, particularly preferably 3, as 10% solution (weight percent) to 4, have.
- Their dynamic viscosity (measured as 10% by weight solution in water) at 20 ° C. is preferably between 80 and 120 mPas, preferably between 90 and 110 mPas, particularly preferably about 100 mPas.
- Duron® FF 1995 a product of CHT R. Beitlich GmbH.
- a softening finish comprising (i) non-ionic polyethers whose pH (measured as 10% strength by weight solution in water at 20 ° C.) is between 7 and 8 and whose dynamic viscosity of the polyethers (measured as 10 wt .-% - solution in water at 20 ° C) is between 50 and 80 mPas and (ii) cationic fatty acid condensation products whose pH (measured as 10 wt .-% solution in water at 20 ° C) in the range of 2 to 5 and whose dynamic viscosity (measured as 10Gew .-% - solution in water) at 20 ° C between 80 and 120 mPas and wherein the mixing ratio (parts by weight) of nonionic polyether (i) to cationic fatty acid condensation product (ii ) Is 5: 1 to 2: 1.
- Silicone-free means that silicon-containing material is contained as little as possible so that the flame retardant properties according to the invention are not impaired. This is the case for amounts of no more than about 10 ppm of silicone-containing material relative to the finished hollow fiber, preferably less than about 1 ppm, more preferably less than about 0.1 ppm.
- the fibers may have round, oval and other suitable cross-sections or other shapes, such as dumbbell, kidney-shaped, triangular or tri- or multilobal cross sections.
- Polyester hollow fibers with titres of 4 to 13 dtex are preferably used. If the polyester hollow fibers according to the invention are to be used as staple fibers, they have a cut length (staple length) of 1 to 150 mm, preferably 8 to 100 mm and particularly preferably 24 to 80 mm.
- the polyester fibers consist of a ternary mixture and / or a mixture of fibers of different staple length.
- polyester fibers according to the invention are used for textile applications or as filler fiber packing, texturing is advantageous, in particular crimping.
- the degree of crimping is 2 crimps (crimps) per cm (Bg) or more, preferably 3 sheets per cm or more.
- the number of sheets per cm must also be in a certain ratio to the so-called crimp K1.
- K1 preferably has values of at least 15%, preferably at least 18%. Accordingly, the ratio of curling to number of sheets per cm is preferably in the range of 5 ⁇ K1 / Bg ⁇ 6 at a number of sheets per cm Bg of 3.0.
- the stretching is carried out using the so-called Entk Hurselungskraft. This is used in preliminary tests with the help of a force-strain diagram determined tangent of each fiber.
- the flame retardant fibers of the invention may additionally comprise other additives commonly used in the art. These include in particular antioxidants, stabilizers (eg UV stabilizers), matting agents (eg TiO 2 zinc sulfide or zinc oxide), pigments (eg TiO 2 ), additional flame retardants, antistatic agents, dyes, fillers (eg calcium carbonate), antimicrobial agents, bioactive agents, optical Brighteners, extenders and other processing aids to understand.
- additives commonly used in the art. These include in particular antioxidants, stabilizers (eg UV stabilizers), matting agents (eg TiO 2 zinc sulfide or zinc oxide), pigments (eg TiO 2 ), additional flame retardants, antistatic agents, dyes, fillers (eg calcium carbonate), antimicrobial agents, bioactive agents, optical Brighteners, extenders and other processing aids to understand.
- Such additives may be added to the polymer at any time during polymer preparation or applied to the fibers with the finish.
- Fiber fabrication is accomplished by spinning polymers into filaments, optionally with lubricants, and then processing into fibers, drawing and crimping the fibers, and optionally applying an antistatic agent to the fibers.
- the fibers are cut and then pressed into so-called flake bales and packaged.
- Fabrication of the fibers is accomplished using conventional methods and equipment as are preferred in the art in the context of polyester fibers. For example, numerous methods of spinning in US 3,816,486 . U.S. 4,639,347 . GB 1 254 826 and JP 11-189938 described.
- the spinning speed is preferably 800 meters per minute or more, and is typically 1600 meters per minute or less.
- the spinning temperature is typically 255 ° C or more and 305 ° C or less. More preferably, spinning is carried out at about 280 ° C.
- the spinneret is a conventional spinneret of the type used in conventional polyesters, with hole size, location and number depending on the desired fiber and spin line.
- Quenching of the melt-spun polyester filaments in this manner may be carried out in a conventional manner using air or other fluids as described in the art (e.g., nitrogen). Cross-flow, radial, asymmetric or other cooling methods can be used. It is preferred to blow with air for quenching.
- air or other fluids as described in the art (e.g., nitrogen).
- Cross-flow, radial, asymmetric or other cooling methods can be used. It is preferred to blow with air for quenching.
- the fiber filaments thus produced are first deposited in cans for further processing.
- the melt-spun fiber filaments are taken up on a spinning-cable cylinder and subsequently a plurality of spinning-wire cylinders are assembled and a large tow is produced from the fiber-filaments.
- the fiber tows can be drawn using conventional techniques, preferably at 10 to 110 m / min.
- the draw ratios are preferably from 1.25 to 4, more preferably from 2.5 to 3.5, most preferably 3.2.
- the temperature during the drawing is in the range of the glass transition temperature of the polyester cable to be stretched and is preferably 40 ° C. to 80 ° C. and is particularly preferably 69 ° C.
- the aftertreatment is carried out at about 150 ° to 165 ° C to ensure good drying.
- the stretching can be carried out optionally using a two-stage stretching process (see, for example, the US 3,816,486 ). Before and during drawing, one or more finishes may be applied using conventional techniques.
- the silicone-free soft-grip equipment according to the invention is applied between the stretching and the crimping.
- the application is carried out by conventional techniques, in particular by spraying or by means of an applicator roll.
- the amount applied is between 0.4 and 0.5% of the fiber weight and is preferably 0.46%.
- the cable is first heated to a temperature in the range of 60 ° to 100 ° C., preferably 70 ° to 85 ° C., particularly preferably about 83 ° C., and with a pressure of the cable entry rollers of 1.0 to 2, 0 bar, more preferably at about 1.5 bar, a pressure in the crimping chamber of 0.5 to 1.0 bar, particularly preferably 0.8 bar, with steam at between 1.0 and 2.0 kg / min., more preferably 1.5 kg / min., Treated.
- the fibers are relaxed at 150 ° to 165 ° C in the oven and / or fixed.
- the preparation does not need its own fixation step.
- antistatic finish may be applied to the fibers after relaxation.
- the fibers can be made pillar free.
- the textured fibers are taken up, followed by cutting and possibly hardening and depositing in pressed bales as a flake.
- the staple fibers of the present invention are preferably cut on a relaxation downstream mechanical cutter.
- For the production of cable types can be dispensed with the cutting. These cable types are placed in uncut form in the bale and pressed.
- Another object is the use of the fiber products according to the invention as fiber fillers or in textile fabrics.
- fibrous fillers includes fillings for filled covers, e.g. Pillows, duvets, quilts and the like, as well as for mattresses and sleeping bags, insulation and upholstery, for example for furniture and in the automotive sector, as well as filters.
- Inventive textile fabrics are, for example, clothing, the upper and lower webs of the above-mentioned covers, as well as mattress pads.
- the spun goods are collected as a fiber cable via an inlet rake and fed by a first septet, consisting of seven rotating rollers, passed through a dip bath, where it is tempered and again provided with preparation.
- the spun goods are transported by another septet.
- the stretching takes place on the sixth or seventh roll of this septet or between this and a further septet running faster by the factor of stretching.
- the fiber is crimped in a stuffer box, fixed in the oven or dried and optionally cut. Between drawing and crimping, the addition of a silicone-free softening equipment by spraying or by application roller.
Description
- Die Erfindung betrifft eine flammhemmend modifizierte Hohlfaser mit einer silikonfreien Weichgriffausrüstung, sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben und deren Verwendung für Füllfaserprodukte.
- Faserfüllungen können in vielen Anwendungen eingesetzt werden, beispielsweise für Bekleidung, Kissen, Möbel, Dämmung, Steppdecken, Filter, Polsterungen (z.B. in Autos), Schlafsäcke, Matratzenauflagen und Matratzen. Bei den für diese Anwendungen verwendeten Hohlfasern handelt es sich im Allgemeinen um Hohlfasern, die mit phosphorhaltigen Verbindungen flammhemmend ausgerüstet sind. Als Hohlfasern werden bevorzugt Polyesterhohlfasern verwendet.
- Die Herstellung entsprechender flammhemmend modifizierter Polyesterfasern, bei denen der Polyester mitkondensierte phosphorhaltige Kettenglieder aufweist, ist an sich bekannt. Es wird an dieser Stelle auf die deutschen Patentanmeldungen bzw. Patentschriften
DE 22 36 037 ,DE 22 42 002 ,DE 23 28 00 343 ,DE 23 46 787 ,DE 24 54 189 verwiesen. - Aus
US 2006/194044 sind flammhemmend modifizierte Fasern auf der Basis von schmelzverspinnbaren Polyestern mit einem hydrophilen Mittel, beispielswiese ein aliphatischer Polyether, bekannt, die als "Silikonfreie Ausrüstung" betrachtet werden. Bei den Fasern handelt es sich um Fasern die als Kunsthaar eingesetzt werden. - Aus
JP 2003-336175 - Die dort beschriebenen Fasern wurden bisher als solche lediglich dort eingesetzt, wo es auf die Flammhemmung ankommt.
- Weiterhin werden Faserfüllungen durch eine sogenannte Weichgriffausrüstung mit einem angenehmen Griff, verbesserter Flauschigkeit, verbesserter Oberflächenglätte und verbessertem Wiedererholungsvermögen ausgestattet. Für diese Weichgriffausrüstung wird gemäß Stand der Technik eine Avivage auf Silikonbasis verwendet, wie z.B. in
WO 2004/007 347 (Trevira GmbH ),US 3 271 189 (Hofmann ) und inUS 3 454 422 (Mead et al. ) offenbart. - Allerdings ist von solchen Fasern mit einer silikonhaltigen Weichgriffausrüstung bekannt, dass durch diese silikonhaltige Weichgriffausrüstung die flammhemmenden Eigenschaften sehr stark beeinträchtigt werden.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, flammhemmende Hohlfasern mit einer Weichgriffausrüstung auszustatten, welche die flammhemmenden Eigenschaften der Hohlfasern nicht beeinträchtigt.
- Es wurde gefunden, dass bei flammhemmend ausgerüsteten Polyesterhohlfasern, die mit der erfindungsgemäßen silikonfreien Weichgriffausrüstung versehen werden, einerseits die flammhemmenden Eigenschaften der Hohlfasern nicht durch die aufgebrachte Weichgriffausrüstung beeinträchtigt wird und andererseits der gewünschte Weichgriff erhalten wird.
- Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind daher flammhemmend modifizierte Fasern auf der Basis von schmelzspinnbaren dadurch gekennzeichnet, dass die Faser eine Polyesterhohlfaser ist, die mit einer silikonfrei Weichgriffausrüstung, die mindestens einen Polyether und mindestens ein Fettsäurekondensationsprodukt umfasst, versehen ist und die Fasern Titerwerte im Bereich von 0,9 bis 17 dtex aufweisen
- Als Polyestermaterial kommen im Prinzip alle zur Faserherstellung geeigneten bekannten Typen in Betracht. Derartige Polyester bestehen überwiegend aus Bausteinen, die sich von aromatischen Dicarbonsäuren und von aliphatischen Diolen ableiten. Gängige aromatische Dicarbonsäurebausteine sind die zweiwertigen Reste von Benzoldicarbonsäuren, insbesondere der Terephthalsäure und der Isophthalsäure. Gängige Diole haben 2 bis 4 Kohlenstoffatome, wobei das Ethylenglykol besonders geeignet ist. Besonders vorteilhaft sind Fasern, die zu mindestens 85 mol-% aus Polyethylenterephthalat bestehen. Die restlichen 15 mol-% bauen sich aus Dicarbonsäureeinheiten und Glykoleinheiten auf, die als sogenannte Modifizierungsmittel wirken und die es dem Fachmann gestatten, die physikalischen und chemischen Eigenschaften der hergestellten Filamente gezielt zu beeinflussen. Beispiele für solche Dicarbonsäureeinheiten sind Reste der Isophthalsäure oder von aliphatischen Dicarbonsäuren, wie Glutarsäure, Adipinsäure und Sebacinsäure. Beispiele für modifizierend wirkende Diolreste sind solche von längerkettigen Diolen, z.B. von Propandiol oder Butandiol, von Di- oder Triethylenglykol, oder, sofern in geringer Menge vorhanden, von Polyglykol mit einem Molekulargewicht von ca. 500 bis 2000.
- Besonders bevorzugt sind Polyester, die mindestens 95 mol-% Polyethylenterephthalat (PET) enthalten, insbesondere nicht mit Dicarbonsäureeinheiten und/oder Glykoleinheiten modifiziertes PET.
- Die flammhemmende Modifizierung der Polyesterfasern wird durch Verwendung von flammhemmend modifizierten Polyestern erzielt. Derartige flammhemmend modifizierte Polyester sind bekannt. Sie enthalten Zusätze von Halogenverbindungen, insbesondere Bromverbindungen, oder, was besonders vorteilhaft ist, sie enthalten Phosphorverbindungen, die in der Polyesterkette einkondensiert sind.
- Unter diesen einkondensierten phosphorhaltigen Kettengliedern im Sinne der Erfindung sind Kettenglieder zu verstehen, die in der linearen Kette des Polymermoleküls (längste Kette), aber auch in ggf. vorhandenen Seitenketten und Verzweigungen angeordnet sind.
- Besonders bevorzugt sind flammhemmend modifizierte Polyester, die in der Kette Baugruppen der Formel (I) einkondensiert enthalten
DE-A-39 40 713 beschrieben. Die erfindungsgemäß verwendeten Polyester haben vorzugsweise ein Molekulargewicht entsprechend einer intrinsischen Viskosität (IV), gemessen in einer Lösung von 1 g Polymer in 100 ml Dichloressigsäure bei 25°C, von 0,45 bis 0,85. - Bei der erfindungsgemäßen silikonfreien Weichgriffausrüstung handelt es sich um eine Mischung, umfassend mindestens einen Polyether und mindestens ein Fettsäurekondensationsprodukt. Diese Mischung weist erfindungsgemäß bevorzugt ein Mischungsverhältnis (Gewicht) von Polyether:Fettsäurekondensationsprodukt von 10:1 bis 1:1 auf, insbesondere von 5:1 bis 2:1, besonders bevorzugt von 4:1.
-
- R3, R4 gleich oder verschieden sein können und ausgewählt werden aus Wasserstoff, geradkettigen und/oder verzweigten Alkyl- und /oder Alkenylgruppen, sowie aromatischen und/oder heteroaromatischen Gruppen,
- R2 gleich oder verschieden sein können und ausgewählt werden aus geradkettigen und/oder verzweigten Alkyl- und /oder Alkenylgruppen, sowie aromatischen und/oder heteroaromatischen Gruppen und
- n eine Zahl von mindestens 1, vorzugsweise mindestens 2, bedeuten.
- Bevorzugte Reste R2 sind geradkettige oder verzweigte Alkylgruppen, insbesondere Ethyl-(Polyethylenglykol) oder Propylgruppen (Propylenglykol). Die Endgruppen R3, R4 sind meist Wasserstoff, können aber auch mit den gleichen Gruppen wie oben für R3, R4 genannt, substituiert sein.
- Bevorzugte Verbindungen der Formel (II) sind nichtionogene Polyether. Weiter bevorzugt ist, wenn die Polyether mit Wasser mischbar sind und als 10%-ige Lösung (Gewichtsprozent) einen pH-Wert im Bereich von 6 bis 9, insbesondere von 7 bis 8, besonders bevorzugt von 7,5 aufweisen. Weiterhin bevorzugt ist es, wenn die dynamische Viskosität der Polyether (gemessen als 10%-ige Lösung in Wasser) bei 20°C (HTC51) vorzugsweise zwischen 50 und 80 mPas, insbesondere zwischen 60 und 70 mPas, besonders bevorzugt bei 65 mPas, beträgt.
- Derartige Polyether sind im Handel erhältlich, beispielsweise unter der Handelsbezeichnung Duron® FF 1751, einem Produkt der Firma CHT R. Beitlich GmbH.
- Erfindungsgemäße, für die Weichgriffausrüstung geeignete Fettsäurekondensationsprodukte sind Verbindungen aus Fettsäuren mit der allgemeinen Formel
R5-COOH,
wobei R5 geradkettige oder verzweigte, Alkyl- oder Alkenylgruppen mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen, bevorzugt 6 bis 26 Kohlenstoffatomen, bezeichnet,
mit aliphatischen oder aromatischen, einfach oder mehrfach funktionellen Alkoholen oder Aminen. - Unter diesen oben genannten Fettsäurekondensationsprodukten sind erfindungsgemäß Fettsäurekondensationsprodukt, insbesondere kationische Fettsäurekondensationsprodukte, bevorzugt, die mit Wasser vollständig mischbar sind und als 10%-ige Lösung (Gewichtsprozent) einen pH-Wert im Bereich von 1 bis 6, bevorzugt 2 bis 5, besonders bevorzugt 3 bis 4 ,aufweisen. Ihre dynamische Viskosität (gemessen als 10Gew.-%-ige Lösung in Wasser) bei 20°C beträgt vorzugsweise zwischen 80 und 120 mPas, bevorzugt zwischen 90 und 110 mPas, besonders bevorzugt bei etwa 100 mPas.
- Ein solches im Handel erhältliches Fettsäurekondensationsprodukt ist Duron® FF 1995, ein Produkt der Firma CHT R. Beitlich GmbH.
- Besonders bevorzugt ist eine Weichgriffausrüstung umfassend (i) nichtionogene Polyether, deren pH-Wert (gemessen als 10 Gew.-%-ige Lösung in Wasser bei 20°C) zwischen 7 und 8 beträgt und dessen dynamische Viskosität der Polyether (gemessen als 10 Gew.-%-ige Lösung in Wasser bei 20°C) zwischen 50 und 80 mPas beträgt und (ii) kationische Fettsäurekondensationsprodukte deren pH-Wert (gemessen als 10 Gew.-%-ige Lösung in Wasser bei 20°C) im Bereich von 2 bis 5 liegt und deren dynamische Viskosität (gemessen als 10Gew.-%-ige Lösung in Wasser) bei 20°C zwischen 80 und 120 mPas beträgt und wobei der das Mischungsverhältnis (Gewichtsteile) von nichtionogenem Polyether (i) zu kationischem Fettsäurekondensationsprodukt (ii) 5:1 bis 2:1 beträgt.
- Ganz besonders bevorzugt handelt es sich bei dem vorstehend genannten Gemisch aus (i) nichtionogenem Polyether und (ii) kationischem Fettsäurekondensationsprodukt um solche, bei denen die Polyether (i) verschiedene Polyether, ausgewählt aus der Gruppe Polyethylenglykol, Polypropylenglykol oder Mischungen aus Polyethylenglykol und Polypropylenglykol, umfassen.
- Mit dem erfindungsgemäßen Einsatz dieser silikonfreien Weichgriffausrüstung auf den flammhemmenden Fasern ist es möglich, Faserprodukte, insbesondere für den Füllfaserbereich herzustellen, die sowohl über Weichgriff als auch über flammhemmende Eigenschaften verfügen.
- Unter silikonfrei versteht man dabei, dass sowenig silikonhaltiges Material enthalten ist, dass die erfindungsgemäßen flammhemmenden Eigenschaften nicht beeinträchtigt werden. Dies ist bei Mengen von maximal etwa 10 ppm silikonhaltigem Material in Bezug auf die ausgerüstete Hohlfaser der Fall, bevorzugt weniger als etwa 1 ppm, besonders bevorzugt weniger als etwa 0,1 ppm.
- Die Fasern können runde, ovale und weitere geeignete Querschnitte oder auch andere Formen aufweisen, wie zum Beispiel hantel-, nierenförmige, dreieckige bzw. tri- oder multilobale Querschnitte.
- Bevorzugt werden Polyesterhohlfasern mit Titern von 4 bis 13 dtex eingesetzt. Sofern die erfindungsgemäßen Polyesterhohlfasern als Stapelfasern eingesetzt werden sollen, haben sie eine Schnittlänge (Stapellänge) von 1 bis 150 mm, bevorzugt 8 bis 100 mm und besonders bevorzugt 24 bis 80 mm.
- In besonderen Ausführungsformen der Erfindung bestehen die Polyesterfasern aus einem Titergemisch und/oder einem Gemisch von Fasern mit unterschiedlicher Stapellänge.
- Sofern die erfindungsgemäßen Polyesterfasern für textile Anwendungen oder als Füllfaserpackung eingesetzt werden, ist eine Texturierung vorteilhaft, insbesondere eine Kräuselung.
- Erfindungsgemäß beträgt der Kräuselungsgrad 2 Kräuselungen (Kräuselbögen) pro cm (Bg) oder mehr, bevorzugt 3 Bögen pro cm oder mehr.
- Die Anzahl der Bögen pro cm muss außerdem in einem bestimmten Verhältnis zur sog. Einkräuselung K1 stehen. K1 hat vorzugsweise Werte von mindestens 15%, bevorzugt mindestens 18%. Das Verhältnis Einkräuselung zu Anzahl Bögen pro cm liegt demzufolge bei einer Bogenzahl pro cm Bg von 3,0 bevorzugt in dem Bereich von 5 ≤ K1/Bg ≤ 6.
- Unter Einkräuselung im Rahmen der Erfindung versteht man folgendes Verhältnis:
wobei Lk die Länge der gekräuselten Stapelfaser im entspannten freiliegenden Zustand ist und Lv die Länge der gleichen, jedoch gestreckten Faser, d.h. die Faser liegt dann praktisch geradlinig ohne Kräuselung vor. Die Streckung erfolgt unter Anwendung der sogenannten Entkräuselungskraft. Diese wird in Vorversuchen mit Hilfe einer an das Kraft-Dehnungsdiagramm der jeweiligen Faser angelegten Tangente ermittelt. - Die erfindungsgemäßen flammhemmenden Fasern können zusätzlich weitere im Stand der Technik üblicherweise verwendete Additive aufweisen. Hierunter sind insbesondere Antioxidantien, Stabilisatoren (z.B. UV-Stabilisatoren), Mattierungsmittel (z.B. TiO2 Zinksulfid oder Zinkoxid), Pigmente (z.B. TiO2), zusätzliche Flammhemmmittel, Antistatikmittel, Farbstoffe, Füller (z.B. Calciumcarbonat), antimikrobielle Mittel, bioaktive Mittel, optische Aufheller, Streckmittel und weitere Verarbeitungshilfsmittel zu verstehen.
- Derartige Additive können dem Polymer zu jedem Zeitpunkt während der Polymerherstellung zugegeben oder mit der Avivage auf die Fasern aufgegeben werden.
- Die Faserherstellung erfolgt, indem Polymere zu Filamenten, gegebenenfalls unter Anwendung von Gleitmitteln, versponnen und dann zu Fasern verarbeitet werden, die Fasern verstreckt und gekräuselt werden, und gegebenenfalls ein Antistatikmittel auf die Fasern aufgebracht wird. Im Falle der Herstellung von Stapelfasern werden die Fasern geschnitten und danach als sogenannte Flocke in Ballen gepresst und verpackt.
- Die Herstellung der Fasern geschieht unter Anwendung konventioneller Methoden und Anlagen, wie sie auf dem Fachgebiet im Zusammenhang mit Polyesterfasern bevorzugt werden. Beispielsweise werden zahlreiche Methoden des Verspinnens in
US 3 816 486 ,US 4 639 347 ,GB 1 254 826 JP 11-189938 - Die Spinngeschwindigkeit beträgt vorzugsweise 800 Meter pro Minute oder mehr und beträgt im typischen Fall 1600 Meter pro Minute oder weniger. Die Spinntemperatur beträgt im typischen Fall 255°C oder mehr und 305°C oder weniger. Besonders bevorzugt wird das Spinnen bei etwa 280°C ausgeführt.
- Die Spinndüse ist eine konventionelle Spinndüse vom Typ, wie er bei konventionellen Polyestern verwendet wird, wobei Lochgröße, Anordnung und Zahl von der gewünschten Faser und der Spinnanlage abhängen.
- Das Abschrecken der auf diese Art und Weise aus der Schmelze gesponnenen Polyesterfilamente kann in konventioneller Weise ausgeführt werden, indem Luft oder andere Fluide verwendet werden, wie sie im Fachgebiet beschrieben werden (z.B. Stickstoff). Es können Querstrom-, Radial-, asymmetrische oder andere Kühlmethoden angewendet werden. Bevorzugt wird zum Abschrecken mit Luft angeblasen.
- Nach dem Kühlen können konventionelle Spinnzusätze mit Hilfe von Standardmethoden aufgetragen werden.
- Die so hergestellten Faserfilamente werden zur weiteren Verarbeitung zunächst in Kannen abgelegt.
- Nach einem bevorzugten Verfahren werden die schmelzgesponnenen Faserfilamente auf einem Spinnkabelzylinder aufgenommen und anschließend mehrere Spinnkabelzylinder zusammengesetzt und aus den Faserfilamenten ein großes Spinnkabel erzeugt. Danach können die Faserkabel unter Anwendung konventioneller Methoden verstreckt werden, vorzugsweise bei 10 bis 110 m/min. Die Streckverhältnisse reichen bevorzugt von 1,25 bis 4, stärker bevorzugt von 2,5 bis 3,5, besonders bevorzugt liegt es bei 3,2. Die Temperatur bei der Verstreckung liegt im Bereich der Glasumwandlungstemperatur des zu verstreckenden Polyesterkabels und beträgt bevorzugt 40°C bis 80°C und liegt besonders bevorzugt bei 69°C. Die Nachbehandlung wird bei ca. 150° bis 165°C durchgeführt, um eine gute Trocknung zu gewährleisten. Das Verstrecken kann wahlweise unter Anwendung eines zweistufigen Streckprozesses ausgeführt werden (siehe hierzu beispielsweise die
US 3 816 486 ). Vor und während des Verstreckens kann unter Anwendung konventioneller Methoden eine oder mehrere Appreturen aufgebracht werden. - Bevorzugt wird die erfindungsgemäße silikonfreie Weichgriffausrüstung zwischen der Verstreckung und der Kräuselung aufgebracht. Das Aufbringen erfolgt mit üblichen Techniken, insbesondere durch Besprühen oder mittels einer Auftragswalze. Die aufgebrachte Menge beträgt zwischen 0,4 und 0,5% des Fasergewichtes und liegt bevorzugt bei 0,46%.
- Für die Kräuselung der so gestreckten Fasern können konventionelle Methoden der mechanischen Kräuselung mit an sich bekannten Kräuselmaschinen angewendet werden. Bevorzugt ist eine mechanische Vorrichtung zur Stapelfaserkräuselung mit Dampfunterstützung, wie beispielsweise eine Stauchkammer. Es können aber auch nach anderen Verfahren gekräuselte Fasern eingesetzt werden, so z.B. auch dreidimensionalgekräuselte Fasern. Zur Durchführung der Kräuselung wird das Kabel zunächst auf eine Temperatur im Bereich von 60° bis 100°C, bevorzugt 70° bis 85°C, besonders bevorzugt auf etwa 83°C erwärmt und mit einem Druck der Kabeleinlaufwalzen von 1,0 bis 2,0 bar, besonders bevorzugt bei etwa 1,5 bar, einem Druck in der Kräuselkammer von 0,5 bis 1,0 bar, besonders bevorzugt 0,8 bar, mit Dampf bei zwischen 1,0 und 2,0 kg/min., besonders bevorzugt 1,5 kg/min., behandelt.
- Unter Anwendung konventioneller Methoden kann in der Kräuselvorrichtung eine weitere Appretur aufgebracht werden.
- Die Fasern werden bei 150° bis 165°C im Ofen relaxiert und/oder fixiert werden. Die Präparation benötigt keinen eigenen Fixierschritt.
- Wahlweise kann auf die Fasern nach dem Relaxieren eine antistatische Ausrüstung aufgebracht werden.
- Weiterhin können die Fasern, falls erwünscht, pillarm ausgerüstet werden.
- Zur Herstellung von Stapelfasern werden die texturierten Fasern aufgenommen, gefolgt von Schneiden und gegebenenfalls Härten und Ablage in gepressten Ballen als Flocke. Die Stapelfasern der vorliegenden Erfindung werden bevorzugt auf einer der Relaxation nachgeschalteten mechanischen Schneidvorrichtung geschnitten. Zur Herstellung von Kabeltypen kann auf das Schneiden verzichtet werden. Diese Kabeltypen werden in ungeschnittener Form im Ballen abgelegt und verpresst.
- Weiterer Gegenstand ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Faserprodukte als Faserfüllstoffe oder in textilen Flächengebilden.
- Die Verwendung der erfindungsgemäßen Faserprodukte als Faserfüllstoffe beinhaltet Füllungen für gefüllte Bezüge, wie z.B. Kopfkissen, Steppbetten, Steppdecken und dergleichen, sowie für Matratzen und Schlafsäcke, Dämmmaterial und Polsterungen, beispielsweise für Möbel und im Automobilbereich, sowie Filter.
- Erfindungsgemäße textile Flächengebilde sind beispielsweise Bekleidung, die Ober- und Unterbahnen der oben genannten Bezüge, sowie Matratzenauflagen.
- Die Erfindung wird anhand des folgenden Beispiels näher erläutert:
- Eine Stapelfaser mit Hohlprofil wird in der für Fasern aus dem flammhemmenden Rohstoff üblichen Weise aus der Schmelze gesponnen, durch Anblasen mit Luft abgekühlt, mit üblicher Stapelfaserpräparation versehen und für die Verarbeitung auf der Bandstrasse in Kannen abgelegt.
- Die Spinnware wird als Faserkabel über einen Einlaufrechen gesammelt und von einem ersten Septett, aus sieben rotierenden Walzen bestehend, eingezogen, durch ein Tauchbad geführt, wo es temperiert und nochmals mit Präparation versehen wird. Die Spinnware wird von einem weiteren Septett weitertransportiert. Auf der 6. oder 7. Walze dieses Septetts bzw. zwischen diesem und einem weiteren, um den Faktor der Verstreckung schneller laufenden Septett erfolgt die Verstreckung. Im Anschluss daran wird die Faser in einer Stauchkammer gekräuselt, im Ofen fixiert bzw. getrocknet und ggf. geschnitten. Zwischen Verstreckung und Kräuselung erfolgt die Zugabe einer silikonfreien Weichgriffausrüstung durch Besprühung oder mittels Auftragswalze.
- An den hergestellten Fasern werden folgende textiltechnologischen Werte ermittelt:
Tabelle 1: Feinheit / dtex: 6,0 Reißfestigkeit / cN/tex: 40 Reißdehnung / % 36 Thermoschrumpf (200°C) / %: 4 Kräuselung: K1 / %: 18 Bg/cm: 4
Claims (23)
- Flammhemmend modifizierte Faser auf der Basis von schmelzverspinnbaren Polyester, dadurch gekennzeichnet, dass die Faser eine Polyesterhohlfaser ist, die mit einer silikonfrei Weichgriffausrüstung, die mindestens einen Polyether und mindestens ein Fettsäurekondensationsprodukt umfasst, versehen ist und die Fasern Titerwerte im Bereich von 0,9 bis 17 dtex aufweisen.
- Flammhemmend modifizierte Faser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Weichgriffausrüstung mindestens einen Polyether und mindestens ein Fettsäurekondensationsprodukt umfasst und das Mischungsverhältnis (Gewicht) von Polyether:Fettsäurekondensationsprodukt 10:1 bis 1:1 beträgt.
- Flammhemmend modifizierte Faser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Polyether um eine oder mehrere Verbindungen mit der allgemeinen FormelR3, R4 gleich oder verschieden sein können und ausgewählt werden aus Wasserstoff, geradkettigen und/oder verzweigten Alkyl- und /oder Alkenylgruppen, sowie aromatischen und/oder heteroaromatischen Gruppen,R2 gleich oder verschieden sein können und ausgewählt werden aus geradkettigen und/oder verzweigten Alkyl- und /oder Alkenylgruppen, sowie aromatischen und/oder heteroaromatischen Gruppen undn eine Zahl von mindestens 1, vorzugsweise mindestens 2, bedeuten, handelt.
- Flammhemmend modifizierte Faser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Polyether um Polyethylenglykol und/oder Propylenglykol handelt.
- Flammhemmend modifizierte Faser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Fettsäurekondensationsprodukt um eine oder mehrere Kondensationsverbindungen aus Fettsäuren mit der allgemeinen Formel
R5-COOH,
wobei R5 geradkettige oder verzweigte, Alkyl- oder Alkenylgruppen mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen, bevorzugt 6 bis 26 Kohlenstoffatomen, bedeutet,mit aliphatischen oder aromatischen, einfach oder mehrfach funktionellen Alkoholen oder Aminen, handelt. - Flammhemmend modifizierte Faser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Faser um eine Polyesterstapelfaser handelt.
- Flammhemmend modifizierte Faser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyesterfaser überwiegend aus Bausteinen besteht, die sich von aromatischen Dicarbonsäuren und von aliphatischen Diolen ableiten.
- Flammhemmend modifizierte Faser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den aromatischen Dicarbonsäuren um zweiwertige Reste von Benzoldicarbonsäuren handelt, insbesondere um Reste der Terephthalsäure und der Isophthalsäure.
- Flammhemmend modifizierte Faser nach Anspruche 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern zu mindestens 85 mol-% aus Polyethylenterephthalat bestehen.
- Flammhemmend modifizierte Faser nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den aliphatischen Diolen um solche mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen, insbesondere um Ethylenglykol, handelt.
- Flammhemmend modifizierte Faser nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Flammhemmung auf der Basis des Polyesters durch Zusätze von Halogenverbindungen, insbesondere Bromverbindungen, oder durch Phosphorverbindungen, die in der Polyesterkette einkondensiert sind, erreicht wird.
- Flammhemmend modifizierte Faser nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der flammhemmend modifizierte Polyester in der Kette einkondensierte Baugruppen der Formel (I)enthält
- Flammhemmend modifizierte Faser nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die in die Kette des flammhemmend modifizierten Polyesters einkondensierten Baugruppen in der linearen Kette des Polymermoleküls (längste Kette), aber auch in ggf. vorhandenen Seitenketten und Verzweigungen angeordnet sein können
- Flammhemmend modifizierte Faser nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Faser texturiert ist.
- Flammhemmend modifizierte Faser nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Faser gekräuselt ist, vorzugsweise stauchgekräuselt.
- Flammhemmend modifizierte Faser nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkräuselung K1 mindestens 15% beträgt, vorzugsweise mindestens 18%.
- Flammhemmend modifizierte Faser nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern Titerwerte im Bereich von 4 bis 13 dtex aufweisen.
- Flammhemmend modifizierte Faser nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern als Stapelfasern vorliegen und eine Stapellänge von 1 bis 150 mm aufweisen, bevorzugt von 8 bis 100 mm, besonders bevorzugt von 24 bis 80 mm.
- Faserfüllstoffe, enthaltend die flammhemmend modifizierten Fasern gemäß den Ansprüchen 1 bis 18.
- Gefüllte Bezüge, gefüllt mit den Faserfüllstoffen gemäß Anspruch 19.
- Gefüllte Bezüge gemäß Anspruch 20, wobei die gefüllten Bezüge bevorzugt Kopfkissen, Steppbetten und Steppdecken, sowie Matratzen und Schlafsäcke, Dämmmaterial und Polsterungen, beispielsweise für Möbel und im Automobilbereich, sowie Filter beinhalten.
- Textile Flächengebilde, enthaltend die flammhemmend modifizierten Fasern gemäß den Ansprüchen 1 bis 18.
- Textile Flächengebilde gemäß Anspruch 22, wobei die textilen Flächen vorzugsweise die Ober- oder Unterbahnen der gefüllten Bezüge gemäß den Ansprüchen 20 oder 21 aufweisen, sowie Bekleidung und Matratzenauflagen.
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