EP2177651B1 - Verfahren zur Herstellung von PTT-Fasern mit verbesserter Einkräuselung - Google Patents

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EP2177651B1
EP2177651B1 EP09012733A EP09012733A EP2177651B1 EP 2177651 B1 EP2177651 B1 EP 2177651B1 EP 09012733 A EP09012733 A EP 09012733A EP 09012733 A EP09012733 A EP 09012733A EP 2177651 B1 EP2177651 B1 EP 2177651B1
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EP
European Patent Office
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fibers
crimping
temperature
ptt
crimping chamber
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Active
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EP09012733A
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English (en)
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EP2177651A1 (de
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Kay Dr. Bernhard
Jörg Dr. Dahringer
Michael Klanert
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Trevira GmbH
Original Assignee
Trevira GmbH
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Publication date
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/08—Melt spinning methods
    • D01D5/084—Heating filaments, threads or the like, leaving the spinnerettes
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D10/00—Physical treatment of artificial filaments or the like during manufacture, i.e. during a continuous production process before the filaments have been collected
    • 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
    • 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
    • D01F6/78—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from copolycondensation products
    • D01F6/84—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from copolycondensation products from copolyesters
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D02—YARNS; MECHANICAL FINISHING OF YARNS OR ROPES; WARPING OR BEAMING
    • D02G—CRIMPING OR CURLING FIBRES, FILAMENTS, THREADS, OR YARNS; YARNS OR THREADS
    • D02G1/00—Producing crimped or curled fibres, filaments, yarns, or threads, giving them latent characteristics
    • D02G1/12—Producing crimped or curled fibres, filaments, yarns, or threads, giving them latent characteristics using stuffer boxes

Definitions

  • the invention relates to a process for producing crimped polytrimethylene terephthalate (“PTT”) fibers with improved crimping
  • Polyethylene terephthalate (“PET”) and polybutylene terephthalate (“PBT”), commonly referred to as “polyalkylene terephthalates”, are common commercial polyesters.
  • Polyalkylene terephthalates have excellent physical and chemical properties, heat and light resistance, high melting points and high strength values. Consequently, they have always been widely used for technical and textile applications.
  • PTT Polytrimethylene terephthalate
  • PDO 1,3-propanediol
  • EP 1 016 741 describes the use of a phosphorus-containing additive and certain limiting constraints to achieve better whiteness, melt and spin stability in PTT polymers.
  • the filaments and short fibers produced after spinning and stretching receive a heat treatment at 90-200 ° C.
  • JP 11-107081 describes the relaxation of an undrawn fiber of a PTT multifilament yarn at a temperature below 150 ° C, preferably at 110-150 ° C, for 0.2 to 0.8 seconds, preferably for 0.3 to 0.6 seconds, with a subsequent one False-twist texturing of the multifilament yarn.
  • JP 11-189938 describes the preparation of PTT short fibers (3-200 mm) and a wet heat treatment operation at 100-160 ° C for 0.01 to 90 minutes or a dry heat treatment operation at 100-300 ° C for 0.01 to 20 minutes.
  • a PTT fiber is spun at 260 ° C. at a yarn spinning take-up speed of 1800 m / min. After stretching, the fiber is subjected to a heat treatment at 150 ° C in a liquid bath for 5 minutes to obtain a constant length. Then it is curled and cut.
  • Working Example 2 illustrates the treatment of the drawn fibers with a dry heat treatment at 200 ° C for 3 minutes.
  • EP 1 230 450 describes crimped PTT staple fibers with high tear resistance.
  • the fibers are spun at a temperature of 245 to 285 ° C into filaments which are quenched and then preferably drawn according to a two-step process at a first temperature of 10 ° to 50 ° C and at a second temperature of 70 ° to 150 ° C.
  • the patent teaches a compensation of the fibers by treatment with heat, preferably after stretching and before crimping, at temperatures of 85 to 115 ° C.
  • the drawn filaments are crimped with a steam-assisted mechanical crimper to a crimp degree of 3 to 12 crimps per cm, relaxed at a temperature of 50 to 120 ° C, and then cut into staple fibers.
  • the staple fibers are 0.8 to 6 denier (0.88 to 6.6 dtex) per filament.
  • the crimp pick-up is preferably 10% and above.
  • the tear strength is at least 3.5 grams per denier (3.1 cN
  • EP 1 230 451 describes a process for producing a fibrous web, a fiber fabric or a fiber filling product from crimped PTT staple fibers.
  • the fibers are spun at a temperature of 245 to 285 ° C into filaments which are quenched and then preferably drawn according to a two-step process at a first temperature of 10 ° to 50 ° C and at a second temperature of 70 ° to 150 ° C.
  • the patent teaches a heat treatment of the fibers, preferably after drawing and before crimping, at temperatures of 85 to 115 ° C.
  • the drawn filaments are crimped with a steam-assisted mechanical crimper to a crimp degree of 3 to 12 crimps per cm, relaxed at a temperature of 50 to 130 ° C, and then cut into staple fibers.
  • the crimp pick-up is preferably 10% and above, the tear strength is at least 3.0 grams per denier (2.65 cN / dtex).
  • the PTT fibers are subjected to elevated temperature both during drawing and before entering the crimping chamber.
  • the stretching takes place according to both patents at a temperature of more than 70 ° C and before entering the crimping chamber, the fibers are heated to above 85 ° C.
  • the object of the present invention is therefore to provide a process for producing PTT fibers, preferably PTT staple fibers, with improved puckering.
  • the inventive method relates to the production of polytrimethylene terephthalate (PTT) fibers with improved crimping, characterized in that the stretching of the PTT fibers produced by conventional melt spinning processes at a temperature of up to 70 ° C and the PTT fibers after drawing and be subjected to no heat treatment before entering the crimping and in particular kept at a temperature below up to 85 ° C, then heated in the crimping chamber up to 100 ° C and fixed during the crimping.
  • PTT polytrimethylene terephthalate
  • Polytrimethylene terephthalate useful in the process of the invention and processes for its preparation have long been known. The preparation is carried out batchwise, continuously, etc. Further information on the production can be found for example in the U.S. Patents 5,015,789 and 6,277,289 . EP 0 998 440 . WO 98/57913 and in S. Schauhoff, "New Developments in the Production of Polytrimethylene Terephthalate, (New Developments in the Production of Polytrimethylene Terephthalate (PTT))", Man-Made Fiber Year Book (September 1996 ).
  • polytrimethylene terephthalates are used which are commercially available. Such polytrimethylene terephthalates are described, for example, by EI du Pont de Nemours and Company, Wilmington, Delaware (trade name "Sonora”) and by Shell sold. Crystalline PTT is particularly suitable for use in the process according to the invention.
  • the polytrimethylene terephthalate useful in the present invention usually has an intrinsic viscosity (IV) of 0.60 deciliter / gram (dl / g) to 1.5 dl / g, preferably 0.70 dl / g to 1.4 dl / g, more preferably 0.80 dl / g to 1.2 dl / g and particularly preferably 0.90 dl / g to 1.1 dl / g (measured in 50:50 phenol / 1,1,2,2- Tetrachloroethane at 20 ° C).
  • IV intrinsic viscosity
  • Polytrimethylene terephthalate homopolymers and polytrimethylene terephthalate copolymers of polytrimethylene terephthalate and polyethylene terephthalate and / or polybutylene terephthalate are used in the practice of the present invention.
  • Particularly advantageous are fibers which consist of at least 85 mol% of polytrimethylene terephthalate, preferably at least 90 mol%, particularly preferably at least 95 mol%.
  • the PTT fibers can be made by spinning the polymers into filaments and then processing them into fibers, stretching and crimping the fibers, and optionally applying a leveling agent, relaxing the fibers (optionally while the leveling agent hardened) and optionally an antistatic agent is applied to the fibers. In the case of staple fiber production, the fibers are then cut and packed in bales.
  • the preparation of the PTT fibers according to the invention is carried out 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 at PTT is preferably 600 meters per minute or more, and is typically 1200 meters per minute or less.
  • the spinning temperature is typically 245 ° C to 285 ° C and preferably 250 ° C to 275 ° C. More preferably, melt spinning is carried out at about 260 ° 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.
  • the quenching of the melt-spun PTT 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.
  • the obtained PTT fiber filaments according to the invention which are produced for clothing textiles (eg knitted fabric and woven textiles) and for nonwovens, typically have a single filament titer of 0.88 dtex to 6.6 dtex, preferably 1.7 dtex to 3.6 dtex and more preferably about 2.4 dtex. Larger value fibers may be used for non-textile applications, such as e.g. for fiber fillers, be useful.
  • the PTT fiber filaments thus produced are first deposited in cans for further processing. However, it is also possible to process them directly.
  • the melt-spun PTT fiber filaments are taken up on a spinning-cable cylinder, and then a plurality of spinning-cable cylinders are assembled and a large tow is produced from the fiber-filaments. Thereafter, 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, and more preferably from 1.25 to 2.5.
  • the stretching is cold, i. at a temperature of up to 70 ° C, preferably up to 60 ° C, more preferably up to 50 ° C, in particular up to 40 ° C, most preferably between room temperature (20 ° C) and 40 ° C.
  • the temperature is between after stretching Room temperature (20 ° C) and up to 70 ° C, in particular between room temperature (20 ° C) and up to 60 ° C, more preferably room temperature (20 ° C) and 60 ° C, and most preferably between room temperature (20 ° C ) and 40 ° C.
  • the fiber tow may be heated at least 20 ° C after drawing and prior to entering the subsequent crimping chamber, but not more than the maximum temperature specified above of up to 85 ° C, preferably up to 70 ° C , more preferably up to 60 ° C, more preferably at a temperature in the range of 30 ° C to 60 ° C.
  • one or more finishes may be applied using conventional techniques.
  • Crimp K1 Another important feature is the crimp (crimp) K1, a measure of the filling of the fiber that is imparted to it through a mechanical crimping process.
  • Crimp picking is an important feature that is important for both the processing of fibers and the characteristics of textile and fiber fill products, particularly staple fibers. In crimp picking, the springback property is measured on the fiber as transmitted through the mechanical crimping process. This has an effect on their handling characteristics as well as on the processing in the subsequent process steps.
  • the stretching is carried out using the so-called Entk Hurselungskraft. This is determined in preliminary tests by means of a tangent applied to the force-strain diagram of the respective fiber.
  • the fiber curl also influences the load behavior of the three-dimensional structure.
  • the fiber crimp may be two-dimensional or three-dimensional, and is conventionally generated by mechanical means or may be inherently due structural differences or compositional differences in the fiber. Assuming a constant fiber weight, fiber size, geometry and surface properties, typically a low crimp fiber (ie, high amplitude, low crimp frequency) fiber will have a higher bulk content (ie, a high bulk, three dimensional, low density structure which will be slightly deformed under a given standard load due to a small amount of entanglement of the crimped fibers). In contrast, higher crimp fibers (low amplitude, high frequency) tend to produce three-dimensional structures with higher density and reduced volume retention.
  • Such higher dimensional three-dimensional structures will not deform so easily when a standard load is applied due to a higher degree of fiber entanglement in the structure.
  • the applied load ie, the load for which the article was sized to hold it
  • the applied load is sufficiently high to cause relative displacement of the fibers in the structure.
  • this load is not large enough to cause plastic deformation of the individual fibers.
  • the degree of crimp also affects the fiber's ability to recover after compression. Low crimp fibers do not recover as easily as high crimp fibers because the low crimp fibers lack the "springiness" provided by higher crimp. On the other hand, low crimp fibers are more easily loosened, due to the smaller amount of fiber entanglement.
  • the user of filled articles typically wishes for both retention and volume retention. These two properties are strongly influenced by the crimp frequency, but in opposite and contradictory ways. In order to obtain a high volume content, use is made of a small crimp. In contrast, one uses a high crimping to get a strong hold. Other variables that can be modified include changing the mechanical properties of the fiber, adjusting the fiber diameter, and / or changing the fiber cross-section.
  • the drawn fibers prior to entering the crimping chamber and initially in the crimping chamber according to the invention to below up to 85 ° C, preferably below up to 70 ° C, more preferred below up to 60 ° C, especially below up to 40 ° C, most preferably between room temperature and 40 ° C held.
  • the crimp itself takes place in the crimping chamber by heating, preferably with steam, to below up to 100 ° C, preferably below up to 95 ° C, more preferably about 85 ° to 90 ° C.
  • the PTT fiber obtained according to the invention preferably has a degree of crimping of at least 3 crimps (crimps) per cm, preferably 3 sheets per cm to 9.8 sheets per cm and more preferably 3.9 sheets per cm to 8.9 sheets per cm.
  • crimps crimps
  • values for the degree of crimping of about 5.5 sheets per cm are particularly preferred, for fiber fillings the degree of crimping is particularly preferably about 3.9 sheets per cm.
  • the crimp K1 according to the invention is preferably 15% or more, preferably 17% or more.
  • a smoothing agent is applied and / or a commercial lubricant is applied for further processing (converting).
  • exemplary smoothing agents useful in the present invention are disclosed in U.S. Pat US 4,725,635 described.
  • further textile equipment e.g. an antistatic finish can be applied.
  • the fibers can be made pillar free.
  • the textured fibers are taken up, followed by cutting and packaging in bales.
  • the staple fibers of the present invention are preferably cut on a relaxation downstream mechanical cutter. Cable types are packed uncut in bales and fed to a separate cutting process (converting).
  • the staple fibers can be fixed before cutting.
  • the main fixing takes place according to the invention in the crimping chamber by introducing superheated steam by means of conventional devices. Thereafter, before cutting at about 90 ° C to 120 ° C can be postfixed to control crimping and shrinkage. Methods of fixation and times used may vary and may be seconds using UV devices, or even longer using a furnace. Furnace temperatures are 80 ° to 130 ° C, preferably 100 ° C to 120 ° C, more preferably 110 ° C to 115 ° C.
  • the tow is presented at the sliver line.
  • the fiber cable is not exposed to temperatures of up to reaching the stuffer box crimping machine exposed to more than 30 ° C.
  • the material is fixed by introducing superheated steam in a crimped form. The choice of chamber and roller pressure depends on the desired crimping. In one variant, a supporting pre-tempering of the cable at 30-60 ° C takes place at the last roller septet in front of the crimping chamber.
  • a post-fixation is carried out at 90-120 ° C.
  • the choice of temperature depends on the desired residual shrinkage (measured as thermal shrinkage at 200 ° C.) of the fiber.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gekräuselten Fasern aus Polytrimethylenterephthalat ("PTT") mit verbesserter Einkräuselung
  • Polyethylenterephthalat ("PET") und Polybutylenterephthalat ("PBT"), allgemein als "Polyalkylenterephthalate" bezeichnet, sind gewöhnliche handelsübliche Polyester. Polyalkylenterephthalate besitzen hervorragende physikalische und chemische Eigenschaften, Hitze- und Lichtbeständigkeit, hohe Schmelzpunkte und hohe Festigkeitswerte. Folglich wurden sie schon immer auf breiter Basis für technische und textile Anwendungen eingesetzt.
  • Aufgrund der gestiegenen Rohstoffkosten hat Polytrimethylenterephthalat ("PTT") zunehmendes kommerzielles Interesse als Fasermaterial gewonnen, weil in jüngster Zeit im Niedrigkostenbereich die Entwicklung hin zum 1,3-Propandiol (PDO) ging, welches eine der Monomerkomponenten der Polymerhauptkette von PTT ist. Schon seit langem hatte man gewünscht, PTT in Faserform wegen seiner Dispersionsfärbbarkeit bei Atmosphärendruck, seines geringen Biegemoduls, seiner elastischen Erholung und seiner elastischen Rückfederungseigenschaft verfügbar zu haben.
  • Während die kommerzielle Verfügbarkeit von PTT-Fasern relativ neu ist, sind Forschungsarbeiten doch schon über längere Zeit durchgeführt worden. Beispielsweise beschreibt das Britische Patent Nr. 1 254 826 Polyalkylenfilamente, Stapelfasern und Garne, einschließlich PTT-Filamenten und -Stapelfasern. Hauptgegenstand sind Teppichflormaterialien und Faserfüllstoffe. Beschrieben werden das Einbringen eines Filamentbündels in eine Stauchkammer-Texturiervorrichtung, die Wärmebehandlung des gekräuselten Produktes in Form eines Spinnkabels, wobei es Temperaturen von etwa 150°C während einer Dauer von 18 Minuten unterworfen wird, und das Schneiden des heißfixierten Kabels zu Stapellängen von je 6 Inch.
  • EP 1 016 741 beschreibt die Verwendung eines phosphorhaltigen Additivs und bestimmte einschränkende Randbedingungen zum Erzielen eines besseren Weißgrades, Schmelz- und Spinnstabilität bei PTT-Polymeren. Die nach dem Spinnen und Strecken hergestellten Filamente und Kurzfasern erhalten eine Wärmebehandlung bei 90-200°C.
  • JP 11-107081 beschreibt die Relaxation einer unverstreckten Faser eines PTT-Multifilamentgarns bei einer Temperatur unterhalb von 150°C, bevorzugt bei 110-150°C, für 0,2 bis 0,8 Sekunden, vorzugsweise für 0,3 bis 0,6 Sekunden mit einer nachfolgenden Falschdraht-Texturierung des Multifilamentgarns.
  • JP 11-189938 beschreibt die Herstellung von PTT-Kurzfasern (3-200 mm) und einen feuchten Heißbehandlungsvorgang bei 100-160°C für 0,01 bis 90 Minuten oder einen trockenen Heißbehandlungsvorgang bei 100-300°C für 0,01 bis 20 Minuten. Im Arbeitsbeispiel 1 wird eine PTT-Faser bei 260°C mit einer Garnspinn-Aufnahmegeschwindigkeit von 1800 m/min versponnen. Nach dem Strecken wird die Faser zum Erzielen einer konstanten Länge für 5 Minuten einer Wärmebehandlung bei 150°C in einem Flüssigkeitsbad unterzogen. Anschließend wird sie gekräuselt und geschnitten. Arbeitsbeispiel 2 stellt die Behandlung der gezogenen Fasern mit einer trockenen Wärmebehandlung bei 200°C für 3 Minuten dar.
  • In US-Patent Nr. 3 584 103 wird ein Verfahren zum Schmelzspinnen von PTT-Filamenten mit asymmetrischer Doppelbrechung beschrieben. Spiralförmig gekräuselte Textilfasern aus PTT-Material werden durch Schmelzspinnen von Filamenten so hergestellt, dass diese über ihren gesamten Durchmesser eine asymmetrische Doppelbrechung aufweisen, wobei die Fäden durch das Strecken eine Molekülorientierung erhalten, die verstreckten Filamente bei 100-190°C wärmebehandelt werden, während sie bei konstanter Länge gehalten werden, und wobei die wärmebehandelten Filamente für 2-10 Minuten in einem relaxierten Zustand auf mehr als 45°C, bevorzugt auf etwa 140°C, erwärmt werden.
  • EP 1 230 450 beschreibt gekräuselte PTT-Stapelfasern mit hoher Reißfestigkeit. Die Fasern werden bei einer Temperatur von 245 bis 285°C zu Filamenten versponnen, die abgeschreckt und dann vorzugsweise gemäß einem Zweistufenverfahren bei einer ersten Temperatur von 10° bis 50°C und bei einer zweiten Temperatur von 70° bis 150°C verstreckt werden. Die Patentschrift lehrt eine Vergütung der Fasern durch behandeln mit Wärme, vorzugsweise nach der Verstreckung und vor der Kräuselung, bei Temperaturen von 85 bis 115°C. Die verstreckten Filamente werden mit einer mechanischen Kräuselungsvorrichtung mit Dampfunterstützung auf einen Kräuselungsgrad von 3 bis 12 Kräuselungen pro cm gekräuselt, bei einer Temperatur von 50 bis 120°C relaxiert und dann zu Stapelfasern geschnitten. Die Stapelfasern weisen 0,8 bis 6 Denier (0,88 bis 6,6 dtex) pro Filament auf. Die Kräuselungsaufnahme liegt vorzugsweise bei 10% und darüber. Die Reißfestigkeit beträgt mindestens 3,5 Gramm pro Denier (3,1 cN/dtex).
  • EP 1 230 451 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Faserbahn, eines Fasergeleges oder eines Faserfüllproduktes aus gekräuselten PTT-Stapelfasern. Die Fasern werden bei einer Temperatur von 245 bis 285°C zu Filamenten versponnen, die abgeschreckt und dann vorzugsweise gemäß einem Zweistufenverfahren bei einer ersten Temperatur von 10° bis 50°C und bei einer zweiten Temperatur von 70° bis 150°C verstreckt werden. Die Patentschrift lehrt eine Wärmebehandlung der Fasern, vorzugsweise nach der Verstreckung und vor der Kräuselung, bei Temperaturen von 85 bis 115°C. Die verstreckten Filamente werden mit einer mechanischen Kräuselungsvorrichtung mit Dampfunterstützung auf einen Kräuselungsgrad von 3 bis 12 Kräuselungen pro cm gekräuselt, bei einer Temperatur von 50 bis 130°C relaxiert und dann zu Stapelfasern geschnitten. Die Kräuselungsaufnahme liegt vorzugsweise bei 10% und darüber, die Reißfestigkeit beträgt mindestens 3,0 Gramm pro Denier (2,65 cN/dtex).
  • Gemäß beiden Druckschriften EP 1 230 450 und EP 1 230 451 werden die PTT-Fasern sowohl bei der Verstreckung als auch vor dem Eintritt in die Kräuselkammer einer erhöhten Temperatur ausgesetzt. Die Verstreckung erfolgt nach beiden Schutzrechten bei einer Temperatur von mehr als 70°C und vor dem Eintritt in die Kräuselkammer werden die Fasern auf über 85°C erwärmt.
  • Es besteht ein Bedarf für Verbesserungen beim PTT-Faserprozeß, insbesondere PTT-Stapelfaserprozeß, bei dem Fasern mit geeigneten Verarbeitungseigenschaften in kommerziellen Betrieben gewonnen werden, bei denen Kardier- und Garnettvorgänge angewandt werden. Die Lösung dieser Probleme, die im Laufe der Jahre für PET- oder PBT-Fasern entwickelt wurden, lassen sich häufig nicht auf PTT-Fasern übertragen, was auf die besonderen Eigenschaften zurückzuführen ist, die der Chemie des PTT-Polymeren zugrunde liegen.
  • In der Praxis hat sich insbesondere gezeigt, dass bei feinen Fasern unterhalb etwa 3,6 dtex mit diesen bisher verwendeten Verfahren keine ausreichend hohe Kräuselung, Dauerbeständigkeit und/oder Stabilität der Kräuselung, insbesondere für den textilen Weiterverarbeitungsprozess, erzielt werden kann.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, ein Verfahren zur Herstellung von PTT-Fasern, vorzugsweise PTT-Stapelfasern, mit verbesserter Einkräuselung zur Verfügung zu stellen.
  • Dies wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von PTT-Fasern erreicht.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft die Herstellung von Polytrimethylenterephthalat (PTT)-Fasern mit verbesserter Einkräuselung, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstreckung der mittels üblicher Schmelzspinnverfahren hergestellten PTT-Fasern bei einer Temperatur von bis zu 70°C erfolgt und die PTT-Fasern nach der Verstreckung und vor dem Eintritt in die Kräuselkammer keiner Wärmebehandlung unterzogen und insbesondere auf einer Temperatur unterhalb von bis zu 85°C gehalten werden, dann in der Kräuselkammer auf bis zu 100°C erwärmt und während der Kräuselung fixiert werden.
  • Polytrimethylenterephthalat, das im erfindungsgemäßen Verfahren verwendbar ist, und Verfahren zu dessen Herstellung sind seit langem bekannt. Die Herstellung erfolgt chargenweise, kontinuierlich, usw. Weitere Angaben zur Herstellung finden sich beispielsweise in den US-Patenten 5 015 789 und 6 277 289 , EP 0 998 440 , WO 98/57913 und in S. Schauhoff, "New Developments in the Production of Polytrimethylene Terephthalate, (Neue Entwicklungen in der Herstellung von Polytrimethylenterephthalat (PTT))", Man-Made Fiber Year Book (September 1996).
  • Erfindungsgemäß werden Polytrimethylenterephthalate eingesetzt, die kommerziell erhältlich sind. Solche Polytrimethylenterephthalate werden beispielsweise von E.I. du Pont de Nemours and Company, Wilmington, Delaware (Handelsname "Sonora"), sowie von Shell verkauft. Zum Einsatz im erfindungsgemäßen Verfahren ist insbesondere kristallines PTT geeignet.
  • Das Polytrimethylenterephthalat, das für die vorliegende Erfindung geeignet ist, hat üblicherweise eine Grenzviskosität (IV) von 0,60 Deziliter/Gramm (dl/g) bis 1,5 dl/g, bevorzugt 0,70 dl/g bis 1,4 dl/g, stärker bevorzugt 0,80 dl/g bis 1,2 dl/g und besonders bevorzugt 0,90 dl/g bis 1,1 dl/g (gemessen in 50:50 Phenol/1,1,2,2-Tetrachlorethan bei 20°C).
  • In der Praxis der vorliegenden Erfindung werden Polytrimethylenterephthalat-Homopolymere sowie Polytrimethylenterephthalat-Copolymere aus Polytrimethylenterephthalat und Polyethylenterephthalat und/oder Polybutylenterephthalat verwendet. Besonders vorteilhaft sind Fasern, die zu mindestens 85 mol-% aus Polytrimethylenterephthalat bestehen, vorzugsweise mindestens 90 mol-%, besonders bevorzugt mindestens 95 mol-%.
  • Die PTT-Fasern lassen sich herstellen, indem die Polymere, gegebenenfalls unter Anwendung von Gleitmitteln, zu Filamenten versponnen und dann zu Fasern verarbeitet werden, die Fasern verstreckt und gekräuselt werden und gegebenenfalls ein Glättungsmittel aufgebracht wird, die Fasern relaxiert werden (gegebenenfalls während das Glättungsmittel gehärtet wird) und gegebenenfalls ein Antistatikmittel auf die Fasern aufgebracht wird. Im Falle der Herstellung von Stapelfasern werden die Fasern dann geschnitten und in Ballen verpackt.
  • Die Herstellung der erfindungsgemäßen PTT-Fasern geschieht unter Verwendung konventioneller Methoden und Anlagen, wie sie im 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 und JP 11-189938 beschrieben.
  • Die Spinngeschwindigkeit bei PTT beträgt vorzugsweise 600 Meter pro Minute oder mehr und beträgt im typischen Fall 1200 Meter pro Minute oder weniger. Die Spinntemperatur beträgt im typischen Fall 245°C bis 285°C und bevorzugt 250°C bis 275°C. Besonders bevorzugt wird das Schmelzspinnen bei etwa 260°C ausgeführt.
  • Die Spinndüse ist eine konventionelle Spinndüse von dem 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 PTT-Filamente 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.
  • Nach dem Kühlen können konventionelle Spinnpräparationen mit Hilfe von Standardmethoden aufgetragen werden.
  • Die erhaltenen erfindungsgemäßen PTT-Faserfilamente, die für Bekleidungstextilien (z.B. Maschenware und gewebte Textilien) und für Vliesstoffe hergestellt werden, besitzen typischerweise eine Einzelfilament-Titer von 0,88 dtex bis 6,6 dtex, bevorzugt 1,7 dtex bis 3,6 dtex und besonders bevorzugt etwa 2,4 dtex. Fasern mit größeren Werten können für nichttextile Anwendungen, wie z.B. für Faserfüllstoffe, nützlich sein.
  • Die so hergestellten PTT-Faserfilamente werden zur weiteren Verarbeitung zunächst in Kannen abgelegt. Es ist jedoch auch möglich, diese direkt weiter zu verarbeiten.
  • Nach einem bevorzugten Verfahren werden die schmelzgesponnenen PTT-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 und stärker bevorzugt von 1,25 bis 2,5. Das Verstrecken erfolgt kalt, d.h. bei einer Temperatur von bis zu 70°C, vorzugsweise von bis zu 60°C, besonders bevorzugt bis zu 50°C, insbesondere bis zu 40°C, ganz besonders bevorzugt zwischen Raumtemperatur (20°C) und 40°C.
  • Nach dem Verstrecken ist darauf zu achten, dass die Temperatur von bis zu 85°C, vorzugsweise bis zu 70°C, besonders bevorzugt bis zu 60°C, insbesondere bis zu 40°C, nicht überschritten wird. Bevorzugt liegt die Temperatur nach dem Verstrecken zwischen Raumtemperatur (20°C) und bis zu 70°C, insbesondere zwischen Raumtemperatur (20°C) und bis zu 60°C, besonders bevorzugt Raumtemperatur (20°C) und 60°C, und ganz bevorzugt zwischen Raumtemperatur (20°C) und 40°C.
  • In einer alternativen Vorgehensweise kann das Faserkabel nach dem Verstrecken und vor dem Eintritt in die nachfolgende Kräuselkammer um mindestens 20°C erwärmt werden, jedoch auf nicht mehr als die oben angegebene maximale Temperatur von bis zu 85°C, vorzugsweise auf bis zu 70°C, besonders bevorzugt auf bis zu 60°C,besonders bevorzugt auf eine Temperatur im Bereich von 30°C bis 60°C. Vor und während des Verstreckens kann unter Anwendung konventioneller Methoden eine oder mehrere Appreturen aufgebracht werden.
  • Ein weiteres wichtiges Merkmal ist die Kräuselungsaufnahme (Einkräuselung) K1, ein Maß für die Füllung der Faser, die ihr durch einen mechanischen Kräuselungsprozess vermittelt wird. Die Kräuselungsaufnahme ist eine wichtige Eigenschaft, die sowohl für die Verarbeitung von Fasern als auch für die Merkmale von Textil- und Faserfüllprodukten, insbesondere aus Stapelfasern, von Bedeutung ist. Bei der Kräuselungsaufnahme wird an der Faser die Rückfederungseigenschaft gemessen, wie sie durch den mechanischen Prozess des Kräuselns übertragen wird. Dies wirkt sich dadurch auf deren Handhabungsmerkmale wie auf das Verarbeiten bei den nachfolgenden Prozessschritten aus.
  • Unter Einkräuselung im Rahmen der Erfindung versteht man folgendes Verhältnis: K ⁢ 1 = Lv - Lk Lv
    Figure imgb0001
    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 Faserkräuselung beeinflusst auch das Belastungsverhalten der dreidimensionalen Struktur. Die Faserkräuselung kann zweidimensional oder dreidimensional sein und wird konventionell mit Hilfe mechanischer Mittel erzeugt oder kann von sich aus aufgrund struktureller Verschiedenheiten oder Zusammensetzungsunterschiede in der Faser vorhanden sein. Unter der Annahme eines konstanten Fasergewichts, ähnlicher Fasergröße, Geometrie und Oberflächeneigenschaften wird in der Regel eine Faser mit geringer Kräuselung (d.h. einer hohen Amplitude, geringen Frequenz der Kräuselung) eine höhere Volumenhaltigkeit (d.h. eine hochwirksame Bauschung, dreidimensionale Struktur mit geringer Dichte, die sich leicht unter einer vorgegebenen Standardlast in Folge eines geringen Umfanges der Verknäulung der gekräuselten Fasern verformt) erzeugen. Im Gegensatz dazu erzeugen Fasern mit höherer Kräuselung (geringer Amplitude, hoher Frequenz) in der Regel dreidimensionale Strukturen mit höherer Dichte und verringerter Volumenhaltigkeit. Derartige dreidimensionale Strukturen höherer Dichte werden sich nicht so leicht verformen, wenn eine Standardlast aufgebracht wird, was auf ein höheres Maß an Faserverknäulung in der Struktur zurückzuführen ist. In typischen gefüllten Artikeln ist die aufgebrachte Last (d.h. die Last, für die der Artikel bemessen wurde, um diese zu halten) ausreichend hoch, um eine relative Verschiebung der Fasern in der Struktur zu bewirken. Diese Last ist jedoch nicht groß genug, um eine plastische Verformung der einzelnen Fasern hervorzurufen.
  • Der Kräuselungsgrad beeinflusst auch das Vermögen der Faser, sich nach Kompression zu erholen. Fasern mit geringem Kräuselungsgrad erholen sich nicht so leicht wie Fasern mit hoher Kräuselung, da den Fasern mit geringer Kräuselung die "Federung" fehlt, die durch höhere Kräuselung vermittelt wird. Andererseits sind Fasern mit geringer Kräuselung leichter aufzulockern, was auf den geringeren Betrag der Faserverknäulung zurückzuführen ist. Der Anwender von gefüllten Artikeln wünscht im typischen Fall sowohl Halt als auch Volumenhaltigkeit. Diese beiden Eigenschaften werden stark beeinflusst von der Kräuselungsfrequenz, jedoch in entgegengesetzter und sich widersprechender Weise. Um eine hohe Volumenhaltigkeit zu erhalten, verwendet man eine geringe Kräuselung. Dem gegenüber verwendet man eine hohe Kräuselung, um einen starken Halt zu erhalten. Weitere Variablen, die man modifizieren kann, schließen die Veränderung der mechanischen Eigenschaften der Faser ein, das Einstellen des Faserdurchmessers und/oder eine Veränderung des Faserquerschnittes.
  • Für die Kräuselung der wie oben beschrieben 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.
  • Um die erfindungsgemäß verbesserte Einkräuselung von feinen PTT-Fasern zu erhalten, werden die verstreckten Fasern vor dem Eintritt in die Kräuselkammer und zunächst auch in der Kräuselkammer erfindungsgemäß auf unterhalb von bis zu 85°C, bevorzugt unterhalb von bis zu 70°C, stärker bevorzugt unterhalb bis zu 60°C, insbesondere unterhalb bis zu 40°C, ganz besonders bevorzugt zwischen Raumtemperatur und 40°C, gehalten. Das Kräuseln selbst erfolgt in der Kräuselkammer durch Erwärmen, bevorzugt mit Dampf, auf unterhalb bis zu 100°C, bevorzugt unterhalb bis zu 95°C, besonders bevorzugt etwa 85° bis 90°C.
  • Unter Anwendung konventioneller Methoden kann in der Kräuselvorrichtung eine weitere Appretur aufgebracht werden.
  • Die erfindungsgemäß erhaltenen PTT-Faser besitzt bevorzugt einen Kräuselungsgrad von mindestens 3 Kräuselungen (Kräuselbögen) pro cm, bevorzugt 3 Bögen pro cm bis 9,8 Bögen pro cm und besonders bevorzugt 3,9 Bögen pro cm bis 8,9 Bögen pro cm. Bei Anwendungen zur Herstellung textiler Flächen werden Werte für den Kräuselungsgrad von etwa 5,5 Bögen pro cm besonders bevorzugt, für Faserfüllungen beträgt der Kräuselungsgrad besonders bevorzugt etwa 3,9 Bögen pro cm.
  • Die Einkräuselung K1 beträgt erfindungsgemäß vorzugsweise 15% oder mehr, bevorzugt 17% oder mehr.
  • Bevorzugt wird nach der Kräuselung und vor dem Relaxieren ein Glättungsmittel und/oder für die Weiterverarbeitung (Konvertieren) ein handelsübliches Gleitmittel aufgetragen. Beispielhafte Glättungsmittel, die in der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, werden in US 4 725 635 beschrieben.
  • Wahlweise kann auf die Filamente nach dem Relaxieren weitere textile Ausrüstung, z.B. 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 verpacken in Ballen. Die Stapelfasern der vorliegenden Erfindung werden bevorzugt auf einer der Relaxation nachgeschalteten mechanischen Schneidvorrichtung geschnitten. Kabeltypen werden ungeschnitten in Ballen verpackt und einem getrennten Schneidprozess (Konvertieren) zugeführt.
  • Die Stapelfasern können vor dem Schneiden fixiert werden. Die Hauptfixierung erfolgt erfindungsgemäß in der Kräuselkammer durch Einleiten von Heißdampf mittels üblicher Vorrichtungen. Danach kann vor dem Schneiden bei etwa 90°C bis 120°C nachfixiert werden, um Kräuselung und Schrumpf zu steuern. Methoden zum Fixieren und die verwendeten Zeiten können variieren und können unter Anwendung von UV-Vorrichtungen Sekunden betragen oder bei Verwendung eines Ofens noch länger. Ofentemperaturen betragen 80° bis 130°C, vorzugsweise 100°C bis 120°C, besonders bevorzugt 110°C bis 115°C.
  • Die Erfindung wird anhand des folgenden Beispiels näher erläutert:
    • Beispiel:
  • Trockenes PTT-Granulat (Restfeuchte <10 ppm, Trocknung bei maximal 130°C) mit einer Viskosität von IV = 0,92 (20°C, 50:50 Phenol/1,1,2,2-Tetrachlorethan) wird in einem Extruder aufgeschmolzen, durch eine Spinndüse mit 400-1200 Löchern versponnen und die erhaltene Fadenschar im Bereich von 900-1200 m/min abgezogen und in Spinnkannen abgelegt.
  • Um die gewünschte Zielkabelstärke von 90 ktex bei einem Fasereinzeltiter von 2,4 dtex nach der Verstreckung zu erreichen, wird das Spinnkabel an der Faserbandstrasse vorgelegt. Bei der Weiterverarbeitung, insbesondere während und nach der Verstreckung, wird das Faserkabel bis zum Erreichen der Stauchkammerkräuselmaschine keinen Temperaturen von mehr als 30°C ausgesetzt. In der Kräuselkammer selbst wird das Material durch Einleiten von Heißdampf in gekräuselter Form fixiert. Die Wahl des Kammer- und Walzendrucks hängt dabei von der gewünschten Einkräuselung ab. In einer Variante erfolgt am letzten Walzen-Septett vor der Kräuselkammer eine unterstützende Vortemperierung des Kabels bei 30-60°C.
  • Nach dem Kräuseln erfolgt eine Nachfixierung bei 90-120°C. Die Wahl der Temperatur hängt vom gewünschten Restschrumpf (gemessen als Thermoschrumpf bei 200°C) der Faser ab.

Claims (11)

  1. Verfahren zur Herstellung von Polytrimethylenterephthalat (PTT)-Fasern mit verbesserter Einkräuselung, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstreckung der mittels üblicher Schmelzspinnverfahren hergestellten PTT-Fasern bei einer Temperatur von bis zu 70°C erfolgt und die Fasern nach der Verstreckung und vor dem Eintritt in die Kräuselkammer auf einer Temperatur unterhalb von bis zu 85°C gehalten werden, dann in der Kräuselkammer auf bis zu 100°C erwärmt und während der Kräuselung noch in der Kräuselkammer fixiert werden.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur während der Verstreckung bis zu 60°C und nach der Verstreckung bis zu 70°C beträgt.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur vor dem Eintritt in die Kräuselkammer bis zu 70°C, bevorzugt bis zu 60°C, besonders bevorzugt zwischen Raumtemperatur und 40°C liegt, dann in der Kräuselkammer auf bis zu 95°C, bevorzugt 85° bis 90°C erwärmt und danach durch Einleiten von Heißdampf fixiert wird.
  4. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern vor dem Eintritt in die Kräuselkammer um mindestens 20°C gegenüber der Temperatur nach dem Verstrecken vorgewärmt werden, jedoch auf nicht mehr als bis zu 85°C.
  5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern vor dem Eintritt in die Kräuselkammer um mindestens 20°C gegenüber der Temperatur nach dem Verstrecken vorgewärmt werden, jedoch auf nicht mehr als bis zu 70°C, bevorzugt auf nicht mehr als bis zu 60°C, besonders bevorzugt auf zwischen 30 und 60°C.
  6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung in der Kräuselkammer mit Wasserdampf erfolgt.
  7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die PTT-Faserfilamente einen Einzelfilament-Titer von 0,88 dtex bis 6,6 dtex, bevorzugt 1,7 dtex bis 3,6 dtex und besonders bevorzugt etwa 2,4 dtex haben.
  8. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kräuselungsgrad mindestens 3 Bögen pro cm, bevorzugt im Bereich von 3 Bögen pro cm bis 9,8 Bögen pro cm, und besonders bevorzugt im Bereich von 3,9 Bögen pro cm bis 8.9 Bögen pro cm, beträgt.
  9. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kräuselungsgrad 5,5 Bögen pro cm beträgt.
  10. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkräuselung der Fasern mindestens 15% beträgt, bevorzugt mindestens 17%.
  11. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die PTT-Fasern nach der Fixierung geschnitten werden und als Stapelfasern vorliegen.
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