EP2499283B1

EP2499283B1 - Spinngefärbte hmls-monofilamente, deren herstellung und anwendung

Info

Publication number: EP2499283B1
Application number: EP20100776561
Authority: EP
Inventors: Kurt-Günther BERNDT; Rex Delker; Reinhardt Schenzinger; Andreas Dirr
Original assignee: Nextrusion GmbH
Current assignee: Nextrusion GmbH
Priority date: 2009-11-12
Filing date: 2010-10-21
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2030-10-21
Also published as: DE102009052935A1; PT2499283E; US20120244336A1; WO2011057708A1; EP2499283A1; DK2499283T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft spinngefärbte HMLS-Monofilamente, deren Herstellung und Anwendung im Bausektor. Diese Monofilamente können bevorzugt im Bausektor in der Form von Textilien eingesetzt werden, z.B. für leichte Dachkonstruktionen für Abschattungen oder Fassadenverkleidungen.
Für technische Anwendungen werden synthetische Fäden aus schmelzspinnbaren Polymeren bevorzugt. Aus Kostengründen greift man auf seit langem bekannte Standardpolymere zurück, beispielsweise auf Polyolefine, wie Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), auf Polyamide, wie Polyamid 6 (PA 6), Polyamid 6.6 (PA 6.6) oder auf Polyester, wie Polyethylenterephthalat (PET), sofern Fäden aus diesen Polymeren die gewünschten Anforderungen erfüllen können.
In technisch textilen Anwendungen ist oftmals Dimensionsstabilität gewünscht. Ein textiler Faden ist umso dimensionsstabiler, je geringer seine mechanische Dehnung und sein Schrumpf bei Temperatureinwirkung ist.
Als Maß für diese Größen wird zum einen die Kraft-Dehnungskurve ("KD-Kurve") eines Textilfadens herangezogen. Je nach verwendetem Rohstoff steigt diese Kurve mehr oder weniger steil an. Der Beginn der Kurve ist meist reversibel. Hier befindet man sich näherungsweise im Gültigkeitsbereich des Hook'schen Gesetzes, d.h. dass die Dehnung proportional zur aufgewendeten Kraft ist.
Bei höheren Verdehnungen verläuft das Kraft-Dehnungs-Diagramm ("KD-Diagramm") nicht mehr linear. Die Verdehnung ist dann in der Regel nicht mehr reversibel. Mit zunehmender Kraft und Verdehnung erreicht die Kurve ein Maximum bis der Faden reißt.
Bei den meisten technischen Anwendungen ist man bemüht, im linearen Teil der KD-Kurve zu bleiben. Je steiler diese Kurve ansteigt, desto höher ist der Elastizitätsmodul. Er ist definiert als die Steigung der Tangente der KD-Kurve am Nullpunkt, also bei 0 % Dehnung. In der Praxis verwendet man meist die Sekante, welche die KD-Kurve bei 0% und 1 % Dehnung schneidet, oder auch die Sekante bei 0,5% und 1,0% Dehnung; die Steigungen dieser beiden Sekanten sowie der Tangente an die Kurve bei 0 % Dehnung unterscheiden sich meist kaum voneinander.
In der praktischen Anwendung versucht man Fäden bereitzustellen, die beim Einsatz im linearen Teil der KD-Kurve verbleiben. Eine Lösung besteht darin, den Titer der Fäden so stark zu wählen, dass bei den auftretenden Kräften der lineare Kurvenverlauf des KD-Diagramms nicht überschritten wird. Eine weitere Lösung besteht darin, Fäden mit hohen E-Moduli bereitzustellen. Einen hohen Modul erreicht man z.B. durch extrem hohe Verstreckungen der synthetischen Fäden, da hierbei die Molekülketten weitestgehend orientiert werden. Dadurch ergibt sich nur noch eine kleine Restdehnung bis zum Fadenbruch.
Ein weiteres Maß für die Dimensionsstabilität synthetischer Fäden ist der Thermoschrumpf: Bei hohen Temperaturen steigt die Beweglichkeit der Molekülketten. Je höher die Ketten orientiert sind, desto höher ist folglich der Schrumpf des Fadens.
Mit einer hohen Orientierung (Verstreckung) erzielt man zwar einen hohen Modul, erkauft sich dieses aber im Allgemeinen durch einen hohen Thermoschrumpf und umgekehrt.
Als Maß für die Dimensionsstabilität verwendet man deshalb bevorzugt die Summe aus der Dehnung und dem Schrumpf. Die Bruchdehnung ist dafür weniger geeignet, da sie gewissen Schwankungen unterliegt. Bevorzugt wird die Dehnung bei einer vorgegebenen Kraft, eine sogenannte Bezugsdehnung gewählt. Im Englischen spricht man vom EASL (Elongation At Specific Load).
Ähnliches betrifft den Schrumpf. Bevorzugt wird der freie Schrumpf angegeben, d.h. der Schrumpf ohne Vorspannung des Fadens, der bei der Behandlung des Fadens bei einer fixen Temperatur, z.B. bei 180° C, nach einer definierten Einwirkungsdauer, z.B.. von 30 min, auftritt. Jedoch hängt dies natürlich auch von verwendeten Polymer ab.
Bei einem normalen Polyesterfaden aus PET kann z.B. die Bezugsdehnung (BD) bei 27 cN/tex und der freie Thermoschrumpf (TS) von 180° C gewählt werden. Typische Werte für "langsam" gesponnene und anschließend verstreckte PET-Fäden liegen bei $BD + TS = 25 % .$
Dabei bleibt die Summe beider Größen näherungsweise konstant, wenn ein Parameter variiert wird. Diese Summe aus Bezugsdehnung und Thermoschrumpf eignet sich somit hervorragend als Maß für die Dimensionsstabilität.
Für technische Garne sind Fäden mit hochmoduligen und niedrig schrumpfenden Eigenschaften erstrebenswert, sogenannte High Modulus Low Shrinkage Typen ("HMLS-Typen").
Dem Fachmann ist bekannt, dass mit einem hohen Spinnverzug, also dem Verhältnis zwischen Abzugs- und Spritzgeschwindigkeit im Spinnprozess, die Molekülketten in Längsrichtung weitgehend orientiert werden. In einer anschließenden Nachverstreckung werden die Molekülketten weiter orientiert und kristallisiert. Damit erreicht man hohe Moduln und wegen des teilkristallinen Anteils auch geringe Schrumpfwerte.
HMLS-Monofilamente bzw. HMLS-Multifilamente und daraus hergestellte Corde sind bereits bekannt. Solche Fäden und deren Herstellung werden beispielsweise in den DE 196 53 451 A1 , DE 199 37 728 A1 , DE 691 26 914 T2 , DE 699 26 056 T2 , EP 1 571 243 A1 , WO 2004/046434 A1 und DE 691 08 785 T2 beschrieben. HMLS-Multifilamente wurden in der Vergangenheit hauptsächlich als Reifencord eingesetzt. Auch HMLS-Monofilamente wurden für diesen Einsatz bereits vorgeschlagen.
Beeinflusst wird der Spinnverzug und die Kristallisation durch die Viskosität des Polymeren, die Art des Polymeren, Vernetzungsmittel, weitere eventuelle Zuschlagstoffe und dem Abkühlprozess unterhalb der Spinndüse, wie dies in zahlreichen Dokumenten aufgeführt ist.
Ausgedrückt als Dimensionsstabilität aus BD + TS sind hier Werte von 6% bis 8% für PET erreichbar, wie sie z.B. für Reifencord Verwendung finden.
Um die hohen Spinnverzüge zu erreichen, sind Abzugsgeschwindigkeiten von > 2000 m/min typisch. Technische Multifilamentgarne haben im Allgemeinen einen Einzeltiter von 5-8 dtex. Mit der für Multiflamentgame üblichen Abkühlung im Luftstrom nach der Spinndüse ergeben sich bei diesen Abzugsgeschwindigkeiten auch keine Probleme.
Bei Monofilamenten liegen die Verhältnisse anders. Aufgrund des vergleichsweise hohen Titers dieser Einzelfilamente von beispielsweise zwischen 40 dtex und 1000 dtex bzw. bei Durchmessern von etwa 64 µm bis 300 µm ist eine ausreichende Luftabkühlung nicht mehr möglich, da die Energie nicht schnell genug wegtransportiert werden kann. Als Kühlmedium wird deshalb in der Regel ein Spinntank mit Wasser verwendet. Durch die damit verbundene Reibung sind Abzugsgeschwindigkeiten oberhalb von 2000 m/min nicht möglich. Abhängig vom Titer bzw. Durchmesser des Monofilaments sollte die Abzugsgeschwindigkeit 250 bis 300 m/min nicht übersteigen.
Monofilamente, die für den Einsatz im Bausektor vorgesehen sind, sollten flammhemmend ausgerüstet sein und müssen bestimmte Zuschlagsstoffe enthalten, wie Farbstoffe und vorzugsweise auch Stabilisatoren.
Der Fachmann erwartet, dass sich Zuschlagstoffe negativ auf die HMLS-Eigenschaften auswirken. Diese werden in der Regel als Masterbatch dem Grundpolymer vor dem Verspinnen zudosiert. Wegen der besseren Einarbeitung und Verteilung in den Grundpolyester basieren die Masterbatches häufig auf Polymeren, die weicher sind als der Grundpolyester, beispielsweise auf Polybutylenterephthalat ("PBT") oder auf Copolymeren. Der Einsatz dieser Polyester und führt somit zu einer Verschlechterung der Dimensionsstabilitäten im Vergleich mit Monofilamenten, die nur aus dem Grundpolyester aufgebaut sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung von HMLS-Monofilamenten die im Bausektor eingesetzt werden können und die sich durch gute HMLS-Eigenschaften auszeichnen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines einfachen Verfahrens zur Erzeugung von spinngefärbten HMLS-Monofilamenten.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein spinngefärbtes Polyester-Monofilament mit einem Titer von mindestens 40 dtex enthaltend mindestens ein Pigment ausgewählt aus der Gruppe der Phthalocyanin-, Metallphthalocyanin-, Pyrazolon-, Anthrachinon-, Dioxazin-, Schwefel-, Azo-, Dibenzanthron- und/oder Perylenpigmente, wobei die Summe aus freiem Thermoschrumpf nach 30 Minuten Behandlung bei 180°C und aus Bezugsdehnung bei 27 cN/tex aus dem Kraft-Dehnungsdiagramm des Polyester-Monofilaments weniger als 15 % beträgt.
Als Polyester für die erfindungsgemäßen Monofilamente können beliebige fadenbildende Polyester eingesetzt werden, sofern diese sich zu HMLS-Monofilamenten mit dem oben beschriebenen Eigenschaftsprofil verarbeiten lassen.
Typischerweise handelt es sich dabei um Monofilamente aus aromatischaliphatischen Polyesterhomo- oder -copolymeren. Beispiele dafür sind Polyethylenterephthalat-Homopolymere oder Copolymere enthaltend Ethylenterephthalateinheiten. Diese bevorzugten Polymeren leiten sich also ab von Ethylenglykol und gegebenenfalls weiteren Alkoholen sowie von Terephthalsäure oder deren polyesterbildenden Derivaten, wie Terephthalsäureestern oder -chloriden.
Neben oder anstelle von Ethylenglykol können diese Polyester von anderen geeigneten zweiwertigen Alkohole abgeleitete Struktureinheiten enthalten. Typische Vertreter dafür sind aliphatische und/oder cycloaliphatische Diole, beispielsweise Propandiol, 1,4-Butandiol, Cyclohexandimethanol oder deren Gemische.
Neben oder anstelle von Terephthalsäure oder deren polyesterbildenden Derivaten können diese Polyester von anderen geeigneten Dicarbonsäuren oder von deren polyesterbildenden Derivaten abgeleitete Struktureinheiten enthalten. Typische Vertreter dafür sind aromatische und/oder aliphatische und/oder cycloaliphatische Dicarbonsäuren, beispielsweise Naphthalindicarbonsäure, Isophthalsäure, Cyclohexandicarbonsäure, Adipinsäure, Sebacinsäure oder deren Gemische.
Es können also auch Monofilamente aus anderen Polyestern, wie Polybutylenterephthalat, Polypropylenterephthalat, Polyethylennaphtalat-Homopolymer oder Copolymere enthaltend Ethylennaphthalateinheiten, hergestellt werden.
Diese thermoplastischen Polyester sind an sich bekannt. Bausteine von thermoplastischen Copolyestern sind vorzugsweise die oben genannten Diole und Dicarbonsäuren, bzw. entsprechend aufgebaute polyesterbildende Derivate.
Die erfindungsgemäßen Monofilamente leiten sich bevorzugt von Polyestern ab, deren Lösungsviskositäten (IV-Werte) mindestens 0,60 dl/g, vorzugsweise von 0,80 bis 1,05 dl/g, besonders bevorzugt von 0,80 - 0,95 dl/g, betragen (gemessen bei 25°C in Dichloressigsäure (DCE)).
Die erfindungsgemäßen Monofilamente sind spinngefärbt. Die Farbe des Monofilaments, bevorzugt schwarz, ist insbesondere für Abschattungen erwünscht. Als Pigmente können die oben genannten Typen eingesetzt werden. Dabei handelt es sich hauptsächlich um Farbkörper, die im Grundpolymer nicht löslich sind und in der Form einer heterogenen Phase im Grundpolymer feinverteilt vorliegen.
Zum Herstellen der erfindungsgemäßen Monofilamente geeignete Pigmente sind dem Fachmann bekannt.
Bei direkter Sonneneinstrahlung wird insbesondere der IR-Anteil im Monofilament absorbiert, wobei sich dieses auf Temperaturen oberhalb der Glasumwandlung aufheizen kann. Damit wird die Konstruktion "weich" und kann sich verformen.
Um dem entgegen zu wirken wird erfindungsgemäß vorzugsweise ein Perylenpigment verwendet. Dieses wird besonders bevorzugt in Form eines Perylenpigment enthaltenden schwarzen Masterbatches eingesetzt; insbesondere eignet sich hierzu das Produkt Lifocolor schwarz VP 132-08 TPE der Fa. Lifocolor Farben GmbH & Co KG, Lichtenfels. Perylen ist wärmebeständig und absorbiert weniger IR-Strahlung als beispielsweise ein sonst üblicher Ruß als Farbstoff.
Als Perylenpigmente können alle beliebigen Verbindungen mit Perylengrundkörper verwendet werden, die bei Einarbeitung in eine Matrix enthaltend thermoplastische Polyester eine Einfärbung des Polyesters ergeben.
Besonders in Betracht kommende Klassen von Perylenpigmenten sind Perylen selbst, also peri-Dinaphthylen, der Perylenderivate. Beispiele für Perylenderivate sind Tetracarbonsäuren des Perylens, deren Derivate, wie Dianhydride, Diimide einschließlich der Bis-N-hydrocarbyldiimide wie der Bis-N-alkyldiimide, Tetracarbonsäureester oder Tetracarbonsäureamide; Di-, Tri- oder Tetraalkylderivate des Perylens, Di- oder Tetraketone des Perylens, Di-, Tri- oder Tetrahydroxyderivate des Perylens, Di-, Tri- oder Tetraether des Perylens.
Besonders bevorzugt werden Perylen, 3,4,9,10-Perylentetracarbonsäuren, 3,4,9,10-Tetracarbonsäuredianhydrid, 3,4,9,10-Tetracarbonsäurediimid und/oder N,N'-Dimethyl-3,4,9,10-tetracarbonsäurediimid eingesetzt.
Die im Einzelfall zur Verwendung ausgewählte Pigmenttype hängt von ihrer Verträglichkeit mit der Polyestermatrix und dem jeweils gewünschten Farbton ab, der für das Monofilament gewünscht wird. Dem Fachmann sind die Auswahlkriterien dafür bekannt.
Das Pigment im erfindungsgemäßen Monofilament kann allein oder in Form von Mischungen gegebenenfalls in Kombination mit weiteren Pigmenten eingesetzt werden. Die Pigmente können z.B. in Form von trockenen Pigmenten, flüssigen Pigmenten, eingekapselten Pigmenten, Pigment-Dispersionen oder ganz besonders bevorzugt in Form eines Masterbatches mit einem Trägerpolymeren, beispielsweise einem Polyolefin, einem thermoplastischen Polyester oder einem thermoplastischen elastomeren Polymeren, eingesetzt werden.
Das Einbringen des Pigments in den thermoplastischen Polyester kann nach verschiedenen im Stand der Technik beschriebenen Verfahren ausgeführt werden. Dazu zählen z.B. das Vermischen des Pigments mit dem Polyester oder das Auflösen und/oder das Dispergieren des Pigments in den Polyester.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das erfindungsgemäße Monofilament neben dem thermoplastischen Polyester und dem Pigment als weitere Komponente ein Polymer mit einem Schmelzpunkt im Bereich oder unterhalb des Schmelzpunktes des thermoplastischen Polyesters, vorzugsweise von wenigstens 10°C unterhalb des Schmelzpunkts des thermoplastischen Polyesters.
Als weitere Polymerkomponente kommen ausgewählte Polymere zum Einsatz. Dabei handelt es sich üblicherweise um die Polymerkomponente eines bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Monofilamente eingesetzten Masterbatches. Um eine ausreichende Verformbarkeit und Vermischbarkeit im Extruder zu gewährleisten, sollte der Schmelzpunkt des weiteren Polymeren im Bereich des Schmelzpunktes oder vorzugsweise mindestens 10 °C unterhalb des Schmelzpunktes der Polyesters der Grundkomponente liegen.
Beispiele für geeignete weitere Polymere sind Polyester, Polyamide, Polyolefine, wie Polyethylen oder Polypropylen, oder thermoplastische, elastomere Polymere. Ganz besonders bevorzugt enthält ein Masterbatch denselben Typ an Polymer wie das Grundpolymere.
Die Pigmente sind im erfindungsgemäss eingesetzten Masterbatch dispergiert. Das Masterbatch wird bei der Herstellung des Monofilaments in die Polyestermatrix eingebracht. Die Pigmentmoleküle färben das Monofilament ein. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass das Pigment das Monofilament einerseits einfärbt, andererseits hingegen Wärmestrahlung nur begrenzt absorbiert und den Hauptteil der Einstrahlung reflektiert, so dass sich das Monofilament durch Einstrahlung von Sonnenlicht weniger aufheizt als dieses bei der Einfärbung mittels Ruß der Fall wäre.
In einer weiteren bevorzugten Variante sind die erfindungsgemäßen Monofilamente flammhemmend ausgerüstet. In dieser Variante ist der Flammschutz eine weitere wichtige Eigenschaft des erfindungsgemäßen Monofilaments. Entsprechend ausgerüstete Monofilamente werden aus Gründen des Brandschutzes im Bausektor eingesetzt. Somit werden für textiles Bauen unbrennbare bzw. flammhemmende Materialien verwendet.
In diesen bevorzugten erfindungsgemäßen Monofilamenten kann der Brandschutz durch den Einsatz an sich bekannter Flammschutzmittel erzielt werden. Alternativ dazu oder ergänzend dazu kann auch der für die Herstellung des erfindungsgemäßen Monofilaments eingesetzte Polyesterrohstoff flammhemmend sein. Als flammhemmender PET-Rohstoff haben sich hier unterschiedlichste Rohstoffe bewährt; beispielsweise die Rohstofftypen RT 16, RT 18 und RT 1802 der Firma Trevira GmbH, Philipp-Reis-Straße 2, 65795 Hattersheim.
Diese flammhemmenden Polyesterrohstoffe enthalten phosphorhaltige Struktureinheiten im Polymergerüst und sind seit Jahren im Markt bekannt. Unter Verwendung dieser Rohstoffe erzielt man nahezu die gleichen textilphysikalischen Eigenschaften, wie sie oben mit "reinem" PET beschrieben sind.
Bevorzugt sind Monofilamente enthaltend flammhemmende Zusätze, insbesondere in Form von phosphorhaltigen und/oder von halogenhaltigen Verbindungen.
Besonders bevorzugt sind Monofilamente aufgebaut aus Phosphor enthaltendem Polyester aufgebaut ist, ganz besonders bevorzugt mit Phosphor enthaltenden Monomeren modifiziertes Polyethylenterephthalat.
In einer weiteren bevorzugten Variante sind die erfindungsgemäßen Monofilamente mit einem reibungsvermindernden Zusatz versehen. Besonders bevorzugt werden reibungsvermindernde Zusätze eingesetzt, die neben Fettsäureamid oder Mischungen verschiedener Fettsäureamide zusätzlich Phosphite und Mineralpulver, vorzugsweise Calciumcarbonat, enthalten. Phosphite wirken als Costabilisatoren und Mineralpulver wirken als Nukleierungsmittel. Besonders bevorzugt werden solche reibungsvermindernden Zusätze in der Form eines Masterbatches in das Monofilament eingearbeitet. Als Träger werden insbesondere Polyolefine, wie Polyethylen oder Polypropylen, oder Polyester, wie Polyethylenterephthalat oder wie Polybutylenterephthalat, eingesetzt. Als Fettsäureamide kommen insbesondere Amide von gesättigten oder ungesättigten Carbonsäuren mit sechs bis zwanzig Kohlenstoffatomen zum Einsatz. Bevorzugt wird Ölsäureamid eingesetzt, insbesondere in Kombination mit anderen Fettsäureamiden.
Die mit reibungsvermindernden und Fettsäureamide enthaltenden Zusätzen ausgerüsteten Monofilamente zeigen neben einer deutlich herabgesetzten Haft- und Gleitreibung zusätzlich eine deutlich gesteigerte Schmutzabweisung. Ohne auf eine Theorie festgelegt zu werden wird angenommen, dass aus der Polyestermatrix des Monofilaments ständig Fettsäureamid, insbesondere Ölsäureamid, migrieren kann, da dessen Oberflächenenergie größer ist als diejenige von Polyester. Dadurch kommt es zu einer dauerhaften Absenkung der Benetzbarkeit der Polyesteroberfläche, was zu einer Verringerung der Anschmutzbarkeit durch Flüssigkeiten führt.
Die erfindungsgemäßen Monofilamente können neben dem Polyestergrundstoff und dem Pigment, gegebenenfalls weiteren Polymeren, gegebenenfalls Flammschutzmitteln und gegebenenfalls reibungsvermindernden Zusätzen noch weitere Zusatzstoffe enthalten.
Beispiele für weitere Zusatzstoffe sind UV-Stabilisatoren, Hydrolysestabilisatoren, Verarbeitungshilfsmittel, Antioxidantien, Weichmacher, weitere Gleitmittel, weitere Pigmente, Viskositätsmodifizierer oder Kristallisationbeschleuniger.
Beispiele für UV-Stabilisatoren sind UV-absorbierende Verbindungen, wie Benzophenone oder Benztriazole, oder Verbindungen vom Typ HALS ("hindered amine light stabilizer").
Beispiele für Hydrolysestabilisatoren sind Carbodiimide oder epoxidierte Verbindungen.
Beispiele für Verarbeitungshilfsmittel sind Siloxane, Wachse oder längerkettige Carbonsäuren oder deren Salze, aliphatische, aromatische Ester oder Ether.
Beispiele für Antioxidantien sind Phosphorverbindungen, wie Phosphorsäureester, oder sterisch gehinderte Phenole.
Ein Beispiel für einen Weichmacher ist Dioctylphthalat.
Beispiele für weitere Gleitmittel sind Polyolefinwachse.
Beispiele für weitere Pigmente oder Mattierungsmittel sind anorganische Pigmente, wie Titandioxid, oder Ruß bzw. Graphit.
Beispiele für Viskositätsmodifizierer sind mehrwertige Carbonsäuren und deren Ester oder mehrwertige Alkohole.
Besonders bevorzugt enthält das erfindungsgemäße Monofilament mindestens einen UV-Stabilisator.
Der Titer der erfindungsgemäßen Monofilamente liegt bei mindestens 40 dtex, kann aber ansonsten in weiten Bereichen schwanken. Typische Titer bewegen sich im Bereich von 40 bis 300 dtex, insbesondere im Bereich von 45 bis 200 dtex.
Die Querschnittsform der erfindungsgemäßen Fäden kann beliebig sein. Es kann sich um unregelmäßige Querschnitte, punkt- oder achsensymmetrische Querschnitte handeln, beispielsweise um runde, ovale oder n-eckige Querschnitte, wobei n größer gleich 3 ist.
Die Mengen an Grundpolymer, Pigment, weiterem Polymer und weiteren Zusatzstoffen in den erfindungsgemäßen Monofilamenten können in weiten Bereichen gewählt werden.
Üblicherweise enthält das erfindungsgemäße Monofilament 70 bis 99,999 Gew. %, vorzugsweise 95 bis 99,98 Gew. %, an Grundpolymer, bezogen auf die Gesamtmasse des Monofilaments. Die Menge des Grundpolymers wird vom Fachmann in Abhängigkeit des gewünschten Verwendungszweckes und/oder der vorgesehenen Verarbeitung ausgewählt.
Die Menge des Pigments im erfindungsgemäßen Monofilament wird vom Fachmann ebenfalls in Abhängigkeit vom gewünschten Verwendungszweck und/oder der vorgesehenen Verarbeitung ausgewählt.
Üblicherweise beträgt die Menge des Pigments im erfindungsgemäßen Monofilament 0,0001 bis 5 Gew. %, bezogen auf Gesamtmasse des Monofilaments, vorzugsweise beträgt die Menge des Pigments 0,001 bis 3 Gew. %.
Die Menge des optional vorliegenden Flammschutzmittels im erfindungsgemäßen Monofilament wird vom Fachmann ebenfalls in Abhängigkeit vom gewünschten Verwendungszweck und/oder der vorgesehenen Verarbeitung ausgewählt.
Üblicherweise beträgt die Menge des Flammschutzmittels im erfindungsgemäßen Monofilament 0 bis 15 Gew. %, bezogen auf Gesamtmasse des Monofilaments, vorzugsweise beträgt die Menge des Flammschutzmittels 0,1 bis 10 Gew. % und insbesondere 1 bis 5 Gew. %.
Die Menge des optional vorliegenden weiteren Polymeren im erfindungsgemäßen Monofilament wird vom Fachmann ebenfalls in Abhängigkeit des gewünschten Verwendungszweckes und/oder der vorgesehenen Verarbeitung ausgewählt.
Üblicherweise beträgt die Menge dieser Komponente 0 bis 25 Gew. %, bezogen auf die Gesamtmasse des Monofilaments.
Auch der Anteil der optional eingesetzten weiteren Zusatzstoffe wird vom Fachmann nach dem beabsichtigen Verwendungszweck und/oder der vorgesehenen Verarbeitung ausgewählt. Üblicherweise beträgt der Anteil dieser Komponente bis zu 20 Gew. %, vorzugsweise bis zu 10 Gew. %, bezogen auf die Gesamtmasse des Monofilaments.
Beim Zusatz von UV-Stabilisatoren beträgt deren Menge im erfindungsgemäßen Monofilament üblicherweise 0,0001 bis 5 Gew. %, bezogen auf Gesamtmasse des Monofilaments, vorzugsweise beträgt die Menge des UV-Stabilisators 0,001 bis 2 Gew. %.
Die zur Herstellung der erfindungsgemäßen Monofilamente benötigten Komponenten sind an sich bekannt, teilweise kommerziell erhältlich oder können nach an sich bekannten Verfahren hergestellt werden.
Bevorzugt werden die erfindungsgemäßen Fäden zur Herstellung von textilen Flächengebilden, insbesondere von Geweben, Gelegen, Gewirken, Geflechten oder Gestricken, eingesetzt. Die Herstellung dieser Flächengebilde erfolgt nach bekannten Techniken.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Monofilamente kann durch eine Modifikation des herkömmlichen Schmelzspinnverfahrens erfolgen, kombiniert mit ein- oder mehrfachem Verstrecken und Fixieren der erhaltenen Monofilamente.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren der oben beschriebenen Polyester-Monofilamente. Dazu wird Polyesterrohstoff zusammen mit dem Farbstoff, vorzugsweise in Form eines Masterbatches in einen Extruder dosiert. Die Feinbohrung der Spinndüse ist von der Querschnittsfläche her größer als bei Spinndüsen, die üblicherweise für Monofilamente dieser Durchmesser Verwendung finden. Mit dieser Maßnahme wird die Spritzgeschwindigkeit des Polymeren bei gleichem Durchsatz herabgesetzt. Mit einer Abzugsgeschwindigkeit von ≤ 300 m/min, die sich mit Spinntanks mit Wasser noch umsetzen lässt, erreicht man einen Spinnverzug, wie er zur Herstellung von HMLS-Fäden erforderlich ist.
Im erfindungsgemäßen Verfahren beträgt der Durchmesser der Feinbohrungen in der Spinndüse typischerweise 0,4 bis 1,0 mm, vorzugsweise 0,4 bis 0,8 mm. Unter Feinbohrung ist die Bohrung am austrittsseitigem Ende der Polymermasse zu verstehen.
Integriert in den Prozess sind ein oder mehrere Verstreckungen mit thermischen Einwirkungen, die dem Faden die Endeigenschaften verleihen.
Bevorzugt wird der erhaltene Faden mehrfach verstreckt, insbesondere in einem Gesamt-Verstreckverhältnis im Bereich von 1: 5,0 bis 1 : 6,5.
Besonders bevorzugt schließt sich an die Verstreckstufen mindestens eine Relaxierstufe (Fixierstufe) an. Dabei werden die verstreckten Monofilamente unter Beibehaltung der Fadenspannung thermisch behandelt, so dass sich im Faden eingebaute Spannungen abbauen können.
Anschließend werden die erzeugten Monofilamente einer geeigneten Lagerform zugeführt, beispielsweise aufgespult.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung der oben beschriebenen spinngefärbten HMLS-Monofilamente umfassend die folgenden Maßnahmen:

i) Vermischen von thermoplastischem Polyester mit einem Masterbatch enthaltend ein fadenbildendes Polymer und mindestens ein Pigment ausgewählt aus der Gruppe der Phthalocyanin-, Metallphthalocyanin-, Pyrazolon-, Anthrachinon-, Dioxazin-, Schwefel-, Azo-, Dibenzanthron- und/oder Perylenpigmente in einem Extruder,
ii) Extrudieren des Gemisches aus Schritt i) durch eine Spinndüse mit einer oder mehreren Feinbohrungen, welche einen Durchmesser von 0,4 bis 1,0 mm aufweisen,
iii) Abziehen des gebildeten Filaments mit einer Abzugsgeschwindigkeit von kleiner gleich 300 m/min, vorzugsweise von 200 bis 300 m/min,
iv) ein- oder mehrfaches Verstrecken des gebildeten Monofilaments,
v) Relaxieren des gebildeten Monofilaments, und
vi) gegebenenfalls Aufspulen des gebildeten Monofilaments.

Für die Dimensionsstabilität der Monofilamente können durch die oben genannte Verfahrensweise typischerweise Werte für BD_27cN/tex + TS_180°C/30min von kleiner als 15 % erzielt werden. Bevorzugt sind Werte von kleiner als 12 %, insbesondere Werte zwischen 9,5 % bis 10,1 %
Diese Werte sind nicht ganz so günstig wie bei Multifilamenten, doch kann man diese Monofilamente immer noch als HMLS-Monofilamente ansehen, welche die geforderten Anforderungen beispielsweise im textilen Bauen erfüllen.
Überraschend ist, dass die Eigenschaften der gebildeten Monofilamente auch bei der Zudosierung von Masterbatches enthaltend weichere Polymere als das Grundpolymer, wie PBT oder PTE-E, das Anforderungsprofil an HMLS-Fäden noch erfüllen.
Die erfindungsgemäßen Monofilamente eignen sich hervorragend zum Einsatz im Bauwesen, insbesondere im textilen Bauen, ganz besonders bevorzugt für leichte Dachkonstruktionen, Abschattungen, Fassadenverkleidungen sowie für textile Dekorationsflächen in oder an Gebäuden.
Diese Verwendungen sind ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Erfindung wird durch die folgenden Beispiele ausführlicher beschrieben. Diese Beispiele dienen nur zur Erläuterung der Erfindung und sind nicht als Einschränkung zu verstehen.

Ausführungsbeispiele 1 und 2

Ausgangsrohstoff war in beiden Fällen die PET-Type RT 51 von INVISTA Resins & Fibres GmbH aus Hattersheim/M. Der Rohstoff wurde in einem Taumeltrockner auf einen Wert von IV = 0,823 feststoffkondensiert. Dem Polymerstrom wurden vor dem Extruder gravimetrisch 2,4 Gew. % Masterbatch Lifocolor schwarz 9000169 TPE (Fa. Lifocolor Farben GmbH & Co. KG; Lichtenfels, Deutschland), Compound eines Perylenpigments in einem thermoplastischem Copolyester, zudosiert; ebenso 4,0 Gew-% eines Masterbatches CESA-F Light NBAADH (Fa. Clariant, Frankfurt/M., Deutschland) als UV-Stabilisator.
Die polymere Mischung wurde in einen Extruder bei 280° C bis 295° C aufgeschmolzen, mittels einer Zahnradpumpe in ein Spinnpack gedrückt und anschließend in ein Wasserbad von 50° C versponnen. Es folgte eine mehrfache Verstreckung unter Wärmeeinwirkung mit Thermofixierung sowie anschließend die Aufspulung der Monofilamente.

In der nachfolgenden Tabelle sind Fahrdaten und die Textilwerte der erhaltenen Monofilamente angegeben.

Tabelle

	Monofil Beispiel 1	Monofil Beispiel 2
Durchmesser (mm)	0,064	0,126
Zudosierung, Additiv 1	Lifocolor schwarz 000169 TPE	Lifocolor schwarz 9000169 TPE
Zudosierung, Additiv 2	CESA-F Light	CESA-F Light
Extruder, Zonen 1-6 (°C)	250 - 295	250 - 295
Schneckendrehzahl (U/min)	29	45
Extruder, Druck (bar)	100	100
Spinnpack, Masse (°C)	296	298
Spinnpack, Durchsatz (g/min)	324	552,6
Zudosierung Additiv 1 (%)	2,4	2,4
Zudosierung Additiv 1 (g/min)	7,8	13,3
Zudosierung Additiv 2 (%)	4,0	4,0
Zudosierung Additiv 2 (g/min)	13,0	22,1
Düse, Lochzahl	60	40
Düse, Lochdurchmesser (mm)	0,5	0,6
Streckwerk 1, Galette (m/min)	215	143
1. Verstreckung (°C)	130	130
Streckwerk 2, Galette (m/min)	1030	685
2. Verstreckung (°C)	250	250
Streckwerk 3, Galette (m/min)	1275	850
Fixierung, Temperatur (°C)	238	240
Streckwerk 4, Galette (m/min)	1200	800

Feinheit (dtex)	45	172,7
spez. Festigkeit (cN/tex)	63	62
Höchstzugkraftdehnung (%)	18,3	19,8
Bezugsdehnung 27 cN/tex (%)	7,3	7,7
Thermoschrumpf 180°C/30'(%)	2,2	2,4
Dimensionsstabilität BD+TS	9,5	10,1

Zur Darlegung der geringen Absorption von IR-Strahlung durch Perylen im Vergleich mit dem üblicherweise eingesetzten Ruß als Farbstoff dient der nachstehende Vergleich.
In der nachstehenden Tabelle-werden die Aufheizraten von Monofilamenten mit Ruß ("Carbon Black") und Perylen enthaltendem Masterbatch gezeigt. Dabei zeigt sich, dass das Perylen enthaltende Monofilament eine ähnlich geringe Aufheizrate wie ein weißes Monofilament (hier TiO₂-enthaltend) aufweist. Tabelle: Vergleich der Aufheizrate von Monofilamenten mit unterschiedlichen färbenden Zusätzen

Zeit (min) 0 10 20 30 40

Carbon Black (°C) 22 60 73 75 80

Schwarz VP 132/08 TPE (°C) 22 45 52 54 55

TiO₂-Weiß (°C) 22 42 50 51 51

Ausführungsbeispiel 3

Die Herstellung der Monofilamente erfolgte entsprechend den Ausführungsbeispielen 1 und 2. Zusätzlich zu den Masterbatches Lifocolor schwarz 9000169 TPE und CESA-F Light NBAADH wurden zwischen 0 und 10 Gew. % eines Masterbatches auf PBT-Basis (Monoslip 230310 PET, U. Müller, Parkstr. 18, Coburg) dem Polymerstrom zudosiert. Dieser Masterbatch enthielt neben dem PBT 20 Gew. % einer Mischung aus Fettsäureamid und Ölsäureamid, 0,5 Gew. % eines phosphitischen Co-Stabilisators und 15 Gew. % an Calciumcarbonat als Nukleierungsmittel.
Die mit den Komponenten dieses Masterbatches ausgerüsteten Monofilamente wiesen im Vergleich zu den nicht damit ausgerüsteten Monofilamenten signifikant abgesenkte Reibungskoeffizienten sowohl für die Haftreibung als auch für die Gleitreibung auf. Dadurch konnte bei der Herstellung entweder ganz ohne Spinnpräparation gearbeitet werden oder es konnte mit wesentlich verringertem Präparationsauftrag gearbeitet werden. Darüber hinaus zeigten die mit diesem Masterbatch ausgerüsteten Monofilamente eine deutlich gesteigerte Schmutzabweisung.

Tabelle

	Monofil Beispiel 3
Durchmesser (mm)	0,126
Zudosierung, Additiv 1	Lifocolor schwarz 000169 TPE
Zudosierung, Additiv 2	CESA-F Light
Zudosierung, Additiv 3	Monoslip 230310 PET
Extruder, Zonen 1-6 (°C)	250-295
Schneckendrehzahl (U/min)	45
Extruder, Druck (bar)	100
Spinnpack, Masse (°C)	295
Spinnpack, Durchsatz (g/min)	553
Zudosierung Additiv 1 (%)	2,4
Zudosierung Additiv 1 (g/min)	13,3
Zudosierung Additiv 2 (%)	4,0
Zudosierung Additiv 2 (g/min)	22,1
Zudosierung Additiv 3 (%)	5,0
Zudosierung Additiv 3 (g/min)	27,7
Düse, Lochzahl	40
Düse, Lochdurchmesser (mm)	0,6
Streckwerk 1, Galette (m/min)	143
1. Verstreckung (°C)	130
Streckwerk 2, Galette (m/min)	690
2. Verstreckung (°C)	248
Streckwerk 3, Galette (m/min)	857
Fixierung, Temperatur (°C)	236
Streckwerk 4, Galette (m/min)	800

Feinheit (dtex)	170,9
spez. Festigkeit (cN/tex)	59
Höchstzugkraftdehnung (%)	20,8
Bezugsdehnung 27 cN/tex (%)	8,0
Thermoschrumpf 180°C/30'(%)	2,4
Dimensionsstabilität BD+TS	10,4

Claims

Spinngefärbtes Polyester-Monofilament mit einem Titer von mindestens 40 dtex enthaltend mindestens ein Pigment ausgewählt aus der Gruppe der Phthalocyanin-, Metallphthalocyanin-, Pyrazolon-, Anthrachinon-, Dioxazin-, Schwefel-, Azo-, Dibenzanthron- und/oder Perylenpigmente, wobei die Summe aus freiem Thermoschrumpf nach 30 Minuten Behandlung bei 180°C und aus Bezugsdehnung bei 27 cN/tex aus dem Kraft-Dehnungsdiagramm des Polyester-Monofilaments weniger als 15 % beträgt.
Polyester-Monofilament nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe aus freiem Thermoschrumpf nach 30 Minuten Behandlung bei 180°C und der Bezugsdehnung bei 27 cN/tex aus dem Kraft-Dehnungsdiagramm weniger als 12 % beträgt.
Polyester-Monofilament nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Titer des Monofilaments zwischen 45 und 300 dtex beträgt.
Polyester-Monofilament nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Monofilaments unregelmäßig, punkt- oder achsensymmetrisch ist, vorzugsweise rund, oval oder n-eckig, wobei n größer gleich 3 ist.
Polyester-Monofilament nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Monofilament mindestens einen UV-Stabilisator enthält, vorzugsweise in einer Menge von 0,0001 bis 5,0 Gew. %.
Polyester-Monofilament nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Pigment ein Perylenpigment ist.
Polyester-Monofilament nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Monofilament flammhemmend ausgerüstet ist.
Polyester-Monofilament nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Monofilament flammhemmende Zusätze enthält, insbesondere in Form von phosphorhaltigen und/oder von halogenhaltigen Verbindungen.
Polyester-Monofilament nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Monofilament aus Phosphor enthaltendem Polyester aufgebaut ist.
Polyester-Monofilament nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Monofilament Polyethylenterephthalat enthält, insbesondere mit Phosphor enthaltenden Monomeren modifiziertes Polyethylenterephthalat.
Polyester-Monofilament nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Monofilament einen reibungsvermindernden Zusatz enthält.
Polyester-Monofilament nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der reibungsvermindernde Zusatz eines oder mehrere Fettsäureamide enthält.
Polyester-Monofilament nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der reibungsvermindernde Zusatz zusätzlich Phosphit und Mineralpulver, insbesondere Calciumcarbonat, enthält.
Verfahren zur Herstellung von spinngefärbten Polyester-Monofilamenten nach Anspruch 1 umfassend die folgenden Maßnahmen:
i) Vermischen von thermoplastischem Polyester mit einem Masterbatch enthaltend ein fadenbildendes Polymer und mindestens ein Pigment ausgewählt aus der Gruppe der Phthalocyanin-, Metallphthalocyanin-, Pyrazolon-, Anthrachinon-, Dioxazin-, Schwefel-, Azo-, Dibenzanthron- und/oder Perylenpigmente in einem Extruder,

ii) Extrudieren des Gemisches aus Schritt i) durch eine Spinndüse mit einer oder mehreren Feinbohrungen, welche einen Durchmesser von 0,4 bis 1,0 mm aufweisen,

iii) ein- oder mehrfaches Verstrecken des gebildeten Monofilaments,

iv) Relaxieren des gebildeten Monofilaments, und

v) gegebenenfalls Aufspulen des gebildeten Monofilaments.
Verwendung von Polyester-Monofilamenten nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zur Herstellung von textilen Flächen zum Einsatz im Baubereich.
Verwendung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die textilen Flächen in Dachkonstruktionen, Abschattungen, Fassadenverkleidungen oder textilen Dekorationen für den Baubereich eingesetzt werden.