EP2758567A1 - Pillarme polyesterfaser - Google Patents

Pillarme polyesterfaser

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EP2758567A1
EP2758567A1 EP12766278.1A EP12766278A EP2758567A1 EP 2758567 A1 EP2758567 A1 EP 2758567A1 EP 12766278 A EP12766278 A EP 12766278A EP 2758567 A1 EP2758567 A1 EP 2758567A1
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EP
European Patent Office
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fiber
fiber according
salts
tours
kinkscrew
Prior art date
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Application number
EP12766278.1A
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English (en)
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EP2758567B1 (de
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Jörg Dahringer
Michael Klanert
Andreas LEPPERT
Antonius JAUMANN
Werner Stefani
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Trevira GmbH
Original Assignee
Trevira GmbH
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Publication date
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Publication of EP2758567A1 publication Critical patent/EP2758567A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2758567B1 publication Critical patent/EP2758567B1/de
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F1/00—General methods for the manufacture of artificial filaments or the like
    • D01F1/02—Addition of substances to the spinning solution or to the melt
    • D01F1/10—Other agents for modifying properties
    • 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
    • D01F6/88—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from mixtures of polycondensation products as major constituent with other polymers or low-molecular-weight compounds
    • D01F6/92—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from mixtures of polycondensation products as major constituent with other polymers or low-molecular-weight compounds of polyesters

Definitions

  • the invention relates to a pillar poor polyester fiber, a method for their
  • Polyester fibers have a high strength compared to natural fibers, especially a high transverse strength, possess.
  • Modifications can reduce pilling. These have the goal of preventing the emergence of the pills, or to favor a cancel and remove resulting Pills. Fibers with such a modification are called low-pill fibers. The aim of this invention is to provide such a low-pill fiber.
  • Integrate polycondensation in the molecular chain examples include multifunctional alcohols (pentaerythritol), polybasic acids and silicon or phosphorus compounds.
  • Another route taken is the subsequent hydrolysis of the polyester.
  • hydrolytically active compounds ascids, bases and organic derivatives are added to the polyester.
  • the principle of temporary bridging or branching is that one equips the polyester chain with a thermally or hydrolytically labile bond in the polymer chain, which after spinning, z. B. hydrolytically breaks up when dyeing the textile surface product or the flake.
  • Examples of such temporarily bridged polyesters are found, for. B. in FR-A-2,290,511, where before the transesterification 0.01 to 2 wt .-% diphenylsilanediol, based on dimethyl terephthalate (DMT) is introduced.
  • DMT dimethyl terephthalate
  • Crosslinker silicic acid esters used, known. Due to the correct modification height, excellent pilling behavior (low transverse strength) can be obtained with sufficient strength after staining. However, with multiple staining, or with altered or not constant
  • Pentaerythritol is used.
  • Crosslinking can increase the melt viscosity and thus are too
  • the object of the invention is therefore to provide a novel pillar-poor polyester fibers, which have the required pillar-poor properties,
  • the present invention is a pillar-poor fiber based on polyester containing 0.1 to 10 wt .-% of inorganic particles with a
  • polyester fibers The addition of inorganic or mineral particles in polyester fibers is a common method to modify the fibers to be obtained. Desirable properties such as matting, opacity, color, radiation absorption,
  • low molecular weight raw materials can also be modified in this way.
  • an additional improvement in pill behavior is also possible with raw materials, which can not be further improved due to their already low molecular weight, since otherwise their processability would no longer exist.
  • the additives according to the invention are present in the polyester matrix, so that no unforeseeable events can occur during further processing.
  • a targeted subsequent hydrolysis to improve the pill behavior may have the disadvantage that the desired
  • Suitable polyester materials are in principle all known types suitable for fiber production.
  • Melt-spinnable polyesters consist predominantly of building blocks derived from aromatic dicarboxylic acids and from aliphatic diols. Common aromatic dicarboxylic acid building blocks are the
  • Terephthalic acid and isophthalic acid are particularly suitable.
  • Common diols have 2 to 4 carbon atoms, with ethylene glycol and / or propane-1, 3-diol are particularly suitable.
  • polyester to at least 85 mol% of
  • PET Polyethylene terephthalate
  • PTT polytrimethylene terephthalate
  • Glycol units which act as so-called modifiers and which allow the skilled person to influence the physical and chemical properties of the filaments produced targeted. Examples of such
  • Dicarboxylic acid units are radicals of isophthalic acid or of aliphatic dicarboxylic acid, for example glutaric acid, adipic acid, sebacic acid;
  • modifying diol radicals are those of longer-chain diols, eg. Example of propanediol or butanediol, di- or triethylene glycol or, if present in small quantities, of polyglycol having a molecular weight of about 500 to 2000.
  • Particularly advantageous are polyesters which have been flame-retardant modified. Such polyesters are also already well known.
  • the flame-retardant modified polyesters used according to the invention are those in which phosphorus compounds are condensed in the polyester chain, ie they are covalently bonded.
  • Chain links to be understood in the linear chain of the polymer molecule
  • 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, arylalkyl or alkylaryl.
  • R is ethylene and R 1 is methyl, ethyl, phenyl, or o-, m- or p-methylphenyl, in particular methyl or phenyl.
  • Such polyesters are described, for example, in DE-A-39 40 713.
  • polyesters in which the polyester has fused-in phosphorus-containing chain links are, for example, from DE-A-2236 037, DE-A-2242002, DE-A-232800343, DE-A-2346787 and DE-A-2454189.
  • polyesters which are at least 95 mol%
  • PET Polyethylene terephthalate
  • polyesters which are modified with a crosslinker.
  • Such polyesters usually have a molecular weight corresponding to a specific viscosity (n sp ez) of 0.6 to 0.9 measured on solutions of 1 g / l polymer in dichloroacetic acid at 25 ° C.
  • polyesters used to prepare the fiber according to the invention are sufficiently dried and usually have a residual moisture content of less than 500 ppm of water.
  • the inorganic particles used according to the invention are, in particular, mineral materials.
  • the salts of the first and second main groups of the Periodic Table of the Elements are preferred. Especially, the salts of the first and second main groups of the Periodic Table of the Elements are preferred. Especially, the salts of the first and second main groups of the Periodic Table of the Elements are preferred. Especially, the salts of the first and second main groups of the Periodic Table of the Elements are preferred. Especially, the salts of the first and second main groups of the Periodic Table of the Elements are preferred. Especially
  • the chlorides, fluorides, bromides, iodides, carbonates, sulfates, phosphates, nitrates, bicarbonates, sulfites, nitrates and their mixed salts, in particular naturally occurring salts or mixed salts are preferred.
  • the mineral materials used according to the invention but in particular the carbonate salts and / or bicarbonate salts of calcium and / or magnesium, have a particle surface which has a
  • Fatty acid preferably a higher fatty acid of 10 to 28 Carbon atoms, was subjected.
  • the mineral materials used according to the invention but especially the carbonate salts and / or bicarbonate salts of calcium and / or magnesium, have an average particle diameter of
  • the proportion contained therein with a grain size of more than 5 ⁇ may not exceed 1 wt .-%, so that by this the spinning process is not disturbed
  • a suitable particle size analyzer for example is a Microtrac S 3500.
  • Comminution for example grinding, and / or produced by precipitation or crystallization of the underlying salts.
  • the above-described surface treatment with the higher fatty acid prevents aggregation of the mineral materials and ensures the most homogeneous possible distribution in the polyester material of the fiber.
  • Examples of the higher fatty acid may be saturated higher fatty acids
  • the fiber according to the invention preferably has 0.5 to 10% by weight of carbonate salts and / or bicarbonate salts of calcium and / or magnesium having a particle size in the range from 0.5 pm to 5 pm.
  • those which have about 1% by weight of the abovementioned salts are particularly preferred.
  • the fibers of the invention are pillar poor. This property is through
  • Coloring require only a maximum of 800 kinkscrew tours, preferably a maximum of 700 kinkscrew tours, in particular a maximum of 600
  • the fibers according to the invention usually require between 200 and 700 crease scouring tours, preferably 200 to 600 crease scouring tours, in particular 250 to 600 crease scraper tours.
  • the fibers of the invention show in particular an excellent
  • fibers according to the invention preferably have a strength of min. 25cN / tex in combination with the above-mentioned transverse strengths (kinks)
  • the preparation of the fiber of the invention can be accomplished by conventional methods and apparatus, i. essentially without additional
  • mineral material is for example via a mixing extruder in the
  • Polyester compounded Depending on the degree of filling, this compound can serve both as masterbatch and as sole raw material.
  • polyester and the mineral materials or compound described above are provided and melt-spun
  • Nozzle exit surface is tuned to the spinning speed to produce a fiber of the desired denier.
  • the conventionally stretched fibers and filaments can then be crimped, fixed and / or cut to the desired length into staple fibers by generally conventional methods.
  • Withdrawal speed is to produce staple fibers, usually min. 500 meters per minute and max. Spun 2200 meters per minute. In order to produce filaments, they can be removed much higher, at up to 8000 meters per minute.
  • the spinning temperature is typically 255 ° C or more and 305 ° C or less. More preferably, spinning is carried out at about 275-295 ° C.
  • the spinneret is a conventional spinneret of the type used in the art
  • the single denier of the fiber according to the invention is in its final form between 0.6 and 30 dtex, preferably 0.9 to 13 dtex, in particular 0.9 to 8 dtex, the titer due to the higher density of the present
  • inorganic particles increases with increasing dosage.
  • the determination of the titers was carried out in accordance with DIN EN ISO1973.
  • the fibers formed may have round, oval and other suitable cross-sections or other shapes, such as dumbbell, kidney-shaped, triangular or tri- or multilobal cross-sections. Also hollow fibers are possible. Likewise, fibers of two or more polymers can be used.
  • the geometry of the bicomponent fibers can be "core-shell” (centered and eccentric), “side by side”, or “island in the sea”.
  • the large spun fiber cables usually 10-600 ktex, can be used on conventional methods
  • Strip line are stretched, 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.
  • the temperature during the stretching is in the range of
  • Glass transition temperature of the tow to be stretched and in the case of polyester is preferably 40.degree. C. to 80.degree. C., particularly preferably 50-70.degree.
  • the V / can extend in one stage or optionally using a
  • two-stage stretching process are carried out (see, for example, US 3,816,486).
  • one or more finishes may be applied using conventional techniques.
  • Stretched fibers can be conventional methods of mechanical
  • Crimping be used with known crimping machines.
  • a mechanical device for fiber crimping is preferred
  • the cable is first heated to a temperature in the range from 50 ° to 100 ° C., preferably 70 ° to 85 ° C., more preferably to about 78 ° C., and with a pressure of the cable entry rollers of 1, 0 to 6, 0 bar, more preferably at about 2.0 bar, a pressure in the crimping of 0.5 to 6.0 bar, more preferably 1, 5- 3.0 bar, with steam at between 1, 0 and 2.0 kg / min., Particularly preferably 1, 5 kg / min. Treated.
  • the smooth, or optionally crimped, fibers are relaxed and / or fixed at 120 ° to 170 ° C in the oven or hot air stream.
  • the smooth, or optionally crimped, 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 preferred on one of the relaxation
  • the fibers of the invention continue to show a very good
  • Crimping (crimping) K1 a measure of the filling of the fiber that is imparted to it through a mechanical crimping process.
  • Fiber filling products in particular of staple fibers, is of importance.
  • the springing property of the fiber becomes
  • Circling in the context of the invention means the following ratio:
  • L k is the length of the crimped staple fiber in the relaxed exposed state and L v is the length of the same, but drawn fiber, that is, the fiber is then practically straight without crimp before.
  • the stretching is carried out using the so-called Entk Hurselungskraft. This will be in
  • the fibers produced according to the invention preferably have one
  • Crimp degree 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.
  • crimp values of about 5 to 5.5 sheets per cm are particularly preferred.
  • the crimp K1 according to the invention is preferably 15% or more, preferably 17% or more.
  • the fiber loses strength and elongation. However, reduced with
  • polyester fibers of the invention under conventional conditions, i. dispersed at 130 ° C for 60 minutes in acetic acid medium, dyed.
  • the polyester fibers of the invention show
  • the fibers according to the invention, dyed as described above, require only a maximum of 400 crease scouring tours, preferably a maximum of 300
  • the minimum number of crease scrapers, i. until breakage of the fiber is 150 crease scrapers, preferably 190
  • the fibers according to the invention (after dyeing) usually require between 150 and 400 kinkscrew tours, preferably 190 to 400 kinkscrew tours, in particular 190 to 300 kinkscrew tours.
  • the fiber according to the invention after dyeing, show that to a small extent damage to the surface takes place, but this is independent of the pH of the liquor. This indicates that isolated particles on the surface are broken out of the fiber by mechanical stress on the material become.
  • the polyester matrix of the fiber sufficiently integrates the particles to protect them from degradation by the dyeing liquor.
  • the fibers according to the invention require only a maximum of 400 crease scouring tours, preferably a maximum of 300 crease scouring tours, whereas a polyester without the
  • additive according to the invention (coloring as described above) min. 700 kinks to the breakage of the fiber needed.
  • the minimum number of crease scrapers, i. until the fiber breaks, is 150
  • the fibers according to the invention usually require between 150 and 400 kinkscrews, preferably 190 to 400 kinkscrews,
  • the dyed fibers according to the invention show in particular a
  • the fibers according to the invention preferably have a strength of min. 23cN / tex in combination with the
  • From the fibers of the invention can be appropriate textile
  • textile fabric is to be understood in this description in its broadest meaning. It may be all structures containing the fibers of the invention, which after a
  • the nonwoven fabric according to the invention can be constructed from continuous synthetic fibers (filaments) or from staple fibers.
  • staple fibers according to the invention are preferably used, the length of which is generally 1 to 200 mm, preferably 3 to 120 mm, particularly preferably 3 to 60 mm.
  • a low-molecular cross-linked PET raw material is modified with alkaline earth carbonates.
  • the raw material was, as is customary for PET, dried to a residual moisture content of at least 500 ppm.
  • the alkaline earth carbonate was added in the form of a masterbatch.
  • the obtained titre of the spun goods increased with increasing dosage due to the high density of the additive.
  • Titre was determined according to DIN EN ISO1973; Fiber strength and elongation according to DIN EN ISO 5079.
  • the fiber samples were dyed under acid conditions customary for PET at 130 ° C. for 60 minutes.
  • the following table shows the obtained textile data of the colored samples: 0% 1, 25% 2.5% 3.75% 5.0%
  • Knickscheuertouren has reduced by the coloring in all patterns by about half. A reduction in strength and elongation is still present and increases with increasing modification. However, those are
  • the PET matrix of the fiber sufficiently integrates the carbonate particles to protect them from decomposition by the dyeing liquor.
  • the kink chisels are reduced with increasing temperature. However, the dyeing conditions of 130 ° C. and 60 minutes usual for PET are sufficient. A further increase of these two parameters does not lead to an additional reduction of the transverse strength. In addition, it can be stated that the fiber strength is not affected by the dyeing. The fiber strength remains independent of dyeing time, dyeing temperature and pH.
  • the obtained fiber values of the fibers produced are comparable to other commercial low-pill polyester fibers.
  • the following table comparatively shows a few important fiber values.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Polyesterfasern die durch Zusatz von 0,5 bis 10 Gew.-% anorganischer Partikel mit einer Partikelgröße im Bereich 0,5μm bis 5μm pillarm modifiziert sind. Die erfindungsgemäßen pillarmen Polyesterfasern weisen gute Anwendungseigenschaften für textile Anwendungen auf, die auch nach Hochtemperaturfärbung in sauren Medien erhalten bleiben. Aus den erfindungsgemäßen Fasern können textile Flächengebilde hergestellt werden.

Description

Pillarme Polyesterfaser
Die Erfindung betrifft eine pillarme Polyesterfaser, ein Verfahren zu ihrer
Herstellung, daraus hergestellte textile Flächengebilde und deren Verwendung insbesondere im Bereich der gefärbten Textilien.
Zahlreiche Textilien zeigen nach längerem Gebrauch das sogenannte Pilling. Als Pilling werden unerwünschte, kugelförmige Faseransammlungen an der
Oberfläche von Textilien bezeichnet, welche das Erscheinungsbild der Textilien beeinträchtigen. Hierbei werden einzelne Fasern aus dem Garnverband herausgearbeitet, die sich an der Oberfläche durch Reibung zu einem Pill verformen. Dies tritt vor allem bei Synthesefasern aber auch bei Naturfasern auf, unabhängig von der Art und Weise der Flächenherstellung.
Aufgrund der großen Festigkeit der Polyesterfasern können diese Knötchen nicht abfallen, sondern verbleiben an der Oberfläche und bieten dem Betrachter ein unschönes Bild. Physikalisch deutet man dieses Phänomen damit, dass
Polyesterfasern eine im Vergleich zu Naturfasern große Festigkeit, insbesondere auch eine große Querfestigkeit, besitzen.
Es ist zwar grundsätzlich möglich, die Knötchen mechanisch zu beseitigen z. B. durch Bürsten oder Abschaben. Dies ist sehr mühsam und aufwendig und kann nicht verhindern, dass sich stets wieder neue Pills bilden.
Durch Modifikationen kann das Pilling vermindert werden. Diese haben zum Ziel die Entstehung der Pills zu verhindern, oder ein Abbrechen und Entfernen entstandener Pills zu begünstigen. Fasern mit einer solchen Modifikation werden als Lowpill-Fasern bezeichnet. Ziel dieser Erfindung ist die Bereitstellung einer solchen Lowpill-Faser.
Es wurden bereits zahlreiche Versuche unternommen die vorstehend genannten Nachteile zu beheben. Dabei stand vor allem im Mittelpunkt, die Querfestigkeit von Polyesterfasern zu reduzieren, wobei jedoch darauf zu achten ist, dass dabei die Reißfestigkeit der Fasern nicht zu stark zurückgenommen wird, um den Weiterverarbeitungsprozess ohne wesentliche Schädigung der Fasern in gleicher Weise wie z. B. bei den normalen Baumwolltypen durchführen zu können Wie bereits Eingangs erwähnt besteht ein gängiger Weg zur Reduktion der Querfestigkeit darin, das Molekulargewicht des Polymeren zu vermindern. Um trotz einer niedrigeren Molmasse eine gute Verarbeitbarkeit des Polymers zu erhalten, wird mittels Vernetzern die Viskosität der Polymerschmelze erhöht. Als Vernetzer dienen multifunktionelle Moleküle, welche sich bei einer
Polykondensation in die Molekülkette integrieren lassen. Beispiele hierfür sind multifunktionelle Alkohole (Pentaerythrit), mehrwertige Säuren und Silizium- oder Phosphorverbindungen. Ein anderer begangener Weg ist die nachträgliche Hydrolyse des Polyesters. Hierzu werden dem Polyester hydrolytisch aktive Verbindungen (Säuren, Basen und organische Derivate) zugesetzt.
Das Prinzip der temporären Überbrückung oder Verzweigung besteht darin, dass man die Polyesterkette mit einer thermisch oder hydrolytisch-labilen Bindung in der Polymerkette ausrüstet, welche nach dem Verspinnen, z. B. beim Färben des textilen Flächenprodukts oder auch der Flocke hydrolytisch aufbricht. Beispiele von derartigen temporär überbrückten Polyestern finden sich z. B. in FR-A- 2,290,511 , wo vor der Umesterung 0,01 bis 2 Gew.-% die Diphenylsilandiol, bezogen auf Dimethylterephthalat (DMT) eingeführt wird. Jedoch sind hier die Bruchdehnungen zu hoch, um eine Verarbeitbarkeit mit Baumwollfasern zu erlauben, ferner ist die Reißfestigkeit zu gering für das Weben der benötigten Stapelfasergarne.
Ein ähnliche Lehre mit temporären Verzweigungen findet sich in der FR-A- 1 ,589,057, wonach jedoch Fasern mit den gleichen Nachteilen, wie in der vorstehend erwähnten französischen Schrift, erhalten werden.
Weitere Ansätze zur Herstellung von pillarmen Polyesterfasern finden sich in EP- A-1 , 425,444. Dort werden Silizium-organische Verbindungen des Tetra- hydrofurfurylalkohols bei der Herstellung des Polyesters zugesetzt.
Im Markt sind bereits kommerzielle pillarme Polyester, die als temporäre
Vernetzer Kieselsäureester nutzten, bekannt. Durch die richtige Modifikationshöhe können ein hervorragendes Pillverhalten (niedrige Querfestigkeiten) bei ausreichender Festigkeit nach einer Färbung erhalten werden. Jedoch bei mehrfachem Färben, oder bei veränderten bzw. nicht konstanten
Färbebedingungen, reagieren diese Fasern abermals, so dass solche Produkte eine hohe Prozess-Stabilität erfordern. Bereits kleinere Schwankungen oder Abweichungen führen hierbei zu Problemen.
Zu den Verfahren, welche mit Permanentverzweigern arbeiten, gehören
Herstellungsmethoden, bei denen beispielsweise eine Verbindung wie
Pentaerythrit eingesetzt wird. Man nutzt hier den Effekt aus, dass Fasern aus niedermolekularen, verzweigten, steifen Materialien im fertigen Produkt früher abbrechen als solche aus entsprechenden linearen, höhermolekularen, flexiblen Polymeren.
Dieses Verfahren ist in seiner Wirkungsweise jedoch limitiert. Durch die
Vernetzung lässt sich die Schmelzviskosität erhöhen und somit sind auch
Polymere mit niedrigerem Molekulargewicht verspinnbar. Trotz Modifikation wird eine natürliche Grenze erreicht, bei welcher die Schmelze nicht mehr spinnbar ist, und der erzielte Lowpill-Effekt kann auf diese Weise nicht weiter gesteigert werden.
Obwohl bereits eine ganze Reihe von Verfahren bekannt sind, mittels derer pillarme Polyesterfasern hergestellt werden können, besteht noch ein Bedürfnis nach verbesserten Verfahren sowie Fasern mit verbesserten Pilleigenschaften und sonstigen guten Eigenschaften, insbesondere solchen, die in den
nachfolgenden Verarbeitungsschritten, wie beispielsweise Färben der Fasern, erhalten bleiben.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein neuartige pillarme Polyesterfasern bereitzustellen, die die geforderte pillarme Eigenschaften aufweisen,
insbesondere auch nach der Färbung der Faser, und darüber hinaus mittels bekannter Anlagen hergestellt und verarbeitet werden können.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine pillarme Faser auf Basis von Polyester, enthaltend 0,1 bis 10 Gew.-% anorganische Partikel mit einer
Partikelgröße im Bereich 0,5pm bis 5pm.
Der Zusatz von anorganischen bzw. mineralischen Partikeln in Polyesterfasern ist eine gängige Methode um die zu erhaltenden Fasern zu modifizieren. Erwünschte Eigenschaften wie Mattierung, Opazität, Farbe, Strahlungsabsorbtion,
Flammschutz und antimikrobielle Aktivität kann auf diese Weise erzielt werden.
Überraschenderweise gelingt durch Zusatz der erfindungsgemäßen Partikel das Verbessern des Pill-Verhaltens von Polyester-Fasern, welches auf diese Weise bislang nicht beschrieben worden ist.
Durch den erfindungsgemäßen Zusatz während des Schmelzspinnprozesses können auf diese Art und Weise auch niedermolekulare Rohstoffe modifiziert werden. Somit ist eine zusätzlich Verbesserung des Pill-Verhaltens auch bei Rohstoffen möglich, die auf Grund ihres bereits niedrigen Molekulargewichtes nicht weiter verbessert werden können, da ansonsten ihre Verarbeitbarkeit nicht mehr gegeben wäre.
Die erfindungsgemäßen Zusätze liegen in der Polyestermatrix eingeschlossen vor, so dass keine unvorhersehbaren Ereignisse während der Weiterverarbeitung vorkommen können. Eine gezielte nachträgliche Hydrolyse zur Verbesserung des Pill-Verhaltens hat unter Umständen den Nachteil, dass die erwünschten
Eigenschaftsprofile schwer einzustellen und zu reproduzieren sind. Dies ist bei der vorliegenden Erfindung nicht der Fall.
Als Polyestermaterial kommen im Prinzip alle zur Faserherstellung geeigneten bekannten Typen in Betracht. Schmelzspinnbare 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 C-Atome, wobei Ethylenglycol und/oder Propan-1 ,3-diol besonders geeignet sind.
Besonders vorteilhaft sind Polyester die zu mindestens 85 mol % aus
Polyethylenterephthalat (PET) und/oder Polytrimethylenterephthalat (PTT). Die restlichen 15 mol % bauen sich dann aus Dicarbonsäureeinheiten und
Glycoleinheiten 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 Dicarbonsäure wie z.B. Glutarsäure, Adipinsäure, Sebazinsäure; Beispiele für modifizierend wirkende Diolreste sind solche von längerkettigen Diolen, z. B. von Propandiol oder Butandiol, von Di- oder Triethylenglycol oder, sofern in geringer Menge vorhanden, von Polyglycol mit einem Molgewicht von ca. 500 bis 2000. Als besonders vorteilhaft sind auch Polyester zu nennen, die flammhemmend modifiziert sind. Derartige Polyester sind ebenfalls bereits hinreichend bekannt. Bei den erfindungsgemäß eingesetzten flammhemmend modifizierten Polyestern handelt es sich um solche, bei denen Phosphorverbindungen in der Polyesterkette einkondensiert sind, d.h. diese liegen kovalent gebunden vor.
Unter diesen einkondensierten phosphorhaltigen Kettengliedern sind
Kettenglieder zu verstehen, die in der linearen Kette des Polymermoleküls
(längste Kette), aber auch in ggf. vorhandenen Seitenketten und Verzweigungen angeordnet sind.
Bevorzugt sind flammhemmend modifizierte Polyester, die in der Kette
Baugruppen der Formel (I) und/oder (II) einkondensiert enthalten
O O
I I I I
-O-P-R-C- ( i )
R1
worin R Alkylen oder Polymethylen mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen oder Phenyl und R1 Alkyl mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, Aryl, Arylalkyl oder Alkylaryl bedeutet. Vorzugsweise bedeuten in der Formel (I) R Ethylen und R1 Methyl, Ethyl, Phenyl, oder o-, m- oder p-Methylphenyl, insbesondere Methyl oder Phenyl. Derartige Polyester werden z.B. in der DE-A-39 40 713 beschrieben.
Weitere geeignete flammhemmend modifizierte Polyester, bei denen der Polyester mitkondensierte phosphorhaltige Kettenglieder aufweist, sind beispielsweise aus DE-A-2236 037, DE-A-2242002, DE-A-232800343, DE-A-2346787 und DE-A- 2454189 bekannt.
Besonders bevorzugt sind Polyester, die mindestens 95 mol %
Polyethylenterephthalat (PET) enthalten, insbesondere Polyester, welche mit einem Vernetzer modifiziert sind.
Derartige Polyester haben üblicherweise ein Molekulargewicht entsprechend einer spezifischen Viskosität (nspez) von 0,6 bis 0,9 gemessen an Lösungen mit 1 g/l Polymer in Dichloressigsäure bei 25°C.
Die zur Herstellung der erfindungsgemäßen Faser eingesetzten Polyester werden hinreichend getrocknet und weisen üblicherweise einen Restfeuchtegehalt von weniger als 500 ppm Wasser auf.
Bei den erfindungsgemäß eingesetzten anorganischen Partikeln handelt es sich insbesondere um mineralische Materialien.
Innerhalb der mineralischen Materialien sind die Salze der ersten und zweiten Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente bevorzugt. Besonders
bevorzugt sind die Salze des Lithiums, Natriums, Kaliums, Rubidiums, Berylliums, Magnesiums, Calciums, Strontiums, Bariums sowie deren Mischsalze,
insbesondere natürlich vorkommende Salze bzw. Mischsalze.
Innerhalb der Salze sind die Chloride, Fluoride, Bromide, lodide, Carbonate, Sulfate, Phosphate, Nitrate, Hydrogencarbonate, Sulfite, Nitrate sowie deren Mischsalze, insbesondere natürlich vorkommende Salze bzw. Mischsalze bevorzugt.
Besonders bevorzugt sind Carbonat-Salze und/oder Hydrogencarbonat-Salze des Calciums und/oder Magnesiums.
Die erfindungsgemäß verwendeten mineralischen Materialien, insbesondere jedoch die Carbonat-Salze und/oder Hydrogencarbonat-Salze des Calciums und/oder Magnesiums, weisen eine Partikeloberfläche auf, die einer
Oberflächenbehandlung bzw. Oberflächenbeschichtung mit einer höheren
Fettsäure, vorzugsweise einer höheren Fettsäure mit 10 bis 28 Kohlenstoffatomen, unterzogen wurde.
Die erfindungsgemäß verwendeten mineralischen Materialien, insbesondere jedoch die Carbonat-Salze und/oder Hydrogencarbonat-Salze des Calciums und/oder Magnesiums, weisen einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von
0.5 bis 5 μιτι, vorzugsweise 1 ,0 bis 4 pm, insbesondere von 1 ,0 bis 3,0 μητι, auf. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser wird auch als mittlere Korngröße (= d5o) von bevorzugt 0,5 μιη bis 5 μιη, vorzugsweise 1 ,0 bis 4 μιη, insbesondere von 1 ,0 bis 3,0μιη, bezeichnet.
Der darin enthaltene Anteil mit einer Korngröße von mehr als 5 μηη darf 1 Gew.-% nicht übersteigen, damit durch diese der Spinnprozess nicht gestört wird
Besonders bevorzugt ist wenn die erfindungsgemäß verwendeten mineralischen Materialien, insbesondere jedoch die Carbonat-Salze und/oder
Hydrogencarbonat-Salze des Calciums und/oder Magnesiums, einen
durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 0,5 bis 5 μιη, vorzugsweise 1 ,0 bis 4 μιη, insbesondere von 1 ,0 bis 3,0μηι, aufweisen und in Mengen von 0,5 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,5 bis 5%, insbesondere 0,5 bis 2,5%, vorliegen. Auch hier ist der durchschnittliche Partikeldurchmesser ausgedrückt als mittlere Korngröße (= d50) bevorzugt zwischen 0,5 μιη und 5 μητι, vorzugsweise 1 ,0 und 4 μιτι,
insbesondere 1 ,0 und 3,0μιτΊ.
Die Bestimmung der durchschnittlichen Partikeldurchmesser bzw. der mittleren Korngröße (= d50) erfolgt durch ein Laserlichtstreuungsverfahren nach ISO 13320-
1. Ein geeignetes Messgerät zur Partikelgrößenanalyse ist beispielsweise ein Microtrac S 3500.
Bei den erfindungsgemäß verwendeten mineralischen Materialien, insbesondere jedoch die Carbonat-Salze und/oder Hydrogencarbonat-Salze des Calciums und/oder Magnesiums, handelt es sich überwiegend um Partikel, die durch
Zerkleinerung, beispielsweise Mahlen, und/oder durch Fällung bzw. Kristallisation der zugrundeliegenden Salze hergestellt werden.
Die vorstehend beschriebene Oberflächenbehandlung mit der höheren Fettsäure verhindert eine Aggregation der mineralischen Materialien und sorgt für eine möglichst homogene Verteilung im Polyestermaterial der Faser. Beispiele für die höhere Fettsäure können gesättigte höhere Fettsäuren
[CH3(CH2),COOH, n = 8 bis 26], wie Decansäure, Undecansäure, Laurinsäure, Tridecylsäure, Myristinsäure, Pentadecylsäure, Palmitinsäure, Heptadecylsäure, Stearinsäure, Nonadecansäure, Arachinsäure, Behensäure, Lignocerinsäure, Cerotinsäure, Heptacosansäure, und ungesättigte höhere Fettsäuren, wie Ölsäure (eis), Elaidinsäure (trans), Cetoleinsäure, Erucasäure (eis), Brassidinsäure (trans), Linolsäure, Linolensäure und Arachidonsäure, ein. Unter diesen werden gesättigte Fettsäuren, insbesondere Stearinsäure, bevorzugt.
Bevorzugt weist die erfindungsgemäße Faser 0,5 bis 10 Gew.-% Carbonat-Salze und/oder Hydrogencarbonat-Salze des Calciums und/oder Magnesiums mit einer Partikelgröße im Bereich 0,5pm bis 5pm. Innerhalb der vorstehend genannten Fasern sind solche besonders bevorzugt, die ca. 1 Gew.-% der vorstehend genannten Salze aufweisen. Innerhalb der vorstehend genannten Fasern sind solche besonders bevorzugt, die max. 2,5 Gew.-% der vorstehend genannten Salze aufweisen, da ansonsten bei der Herstellung der Fasern Ablagerungen auftreten können.
Die erfindungsgemäßen Fasern sind pillarm. Diese Eigenschaft wird durch
Messung der sogenannten Knickscheuertouren ermittelt und ist ein Maß für die Querfestigkeit der Faser. Hierbei wird eine einzelne Faser mit einer konstanten Kraft in Querrichtung belastet. Dies wird sooft wiederholt bis die Faser bricht. In diesen Versuchen wird der Mittelwert aus 50 Messungen angegeben. Die arithmetische Anzahl der benötigten Touren bis zum Bruch ist somit ein
proportionales Maß für die Querfestigkeit der Faser. Die Messung der
sogenannten Knickscheuertouren erfolgt gemäß Grünewald, CHEMIEFASERN, 1963, S. 853 (Prüfung am Drahtknickscheuergerät mit 20pm Draht und einer Belastung von 1100mg). Die erfindungsgemäßen Fasern (Rohweiß, keine
Färbung) benötigen lediglich maximal 800 Knickscheuertouren, vorzugsweise maximal 700 Knickscheuertouren, insbesondere maximal 600
Knickscheuertouren, wohingegen ein Polyester ohne den erfindungsgemäßen Zusatz (Rohweiß, ungefärbt) min. 1500 Knickscheuertouren bis zum Bruch der Faser benötigt. Die Mindestzahl der Knickscheuertouren, d.h. bis zum Bruch der Faser, beträgt 200 Knickscheuertouren, vorzugsweise 250 Knickscheuertouren. Somit benötigen die erfindungsgemäßen Fasern üblicherweise zwischen 200 und 700 Knickscheuertouren, vorzugsweise 200 bis 600 Knickscheuertouren, insbesondere 250 bis 600 Knickscheuertouren. Die erfindungsgemäßen Fasern zeigen insbesondere eine ausgezeichnete
Kombination von Pillarmut und gleichzeitig guter Festigkeit. Die
erfindungsgemäßen Fasern (Rohweiß, ungefärbt) haben vorzugsweise eine Festigkeit von min. 25cN/tex in Kombination mit den vorstehend genannten Querfestigkeiten (Knickscheuertouren)
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Faser kann mittels üblicher Verfahren und Vorrichtungen erfolgen, d.h. im Wesentlichen ohne zusätzliche
Investitionskosten betrieben werden. Das erfindungsgemäß zugesetzte
mineralische Material wird beispielsweise über einen Mischextruder in den
Polyester eincompoundiert. Dieser Compound kann je nach Füllgrad sowohl als Masterbatch als auch als alleiniger Rohstoff dienen.
Zunächst werden der Polyester und das mineralischen Materialien bzw. der zuvor beschriebene Compound bereitgestellt und durch Schmelzspinnen
Polyesterfilamente gesponnen. Dabei werden übliche Vorrichtungen mit entsprechenden Düsen verwendet. Die Austrittsgeschwindigkeit an der
Düsenaustrittsfläche wird auf die Spinngeschwindigkeit so abgestimmt, dass eine Faser mit dem gewünschten Titer entsteht.
Unter Spinngeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit zu verstehen, mit welcher die erstarrten Fäden abgezogen werden. Die derart abgezogenen Fäden können entweder direkt der Verstreckung zugeführt oder auch nur aufgewickelt bzw.
abgelegt und zu einem späteren Zeitpunkt verstreckt werden. Die in üblicher Weise verstreckten Fasern und Filamente können sodann nach allgemein üblichen Verfahren gekräuselt, fixiert und/oder auf die gewünschte Länge zu Stapelfasern geschnitten werden. Die Spinngeschwindigkeit bzw. die
Abzugsgeschwindigkeit beträgt, um Stapelfasern zu erzeugen, üblicherweise min. 500 Meter pro Minute und max. 2200 Meter pro Minute gesponnen. Um Filamente herzustellen können diese deutlich höher, mit bis zu 8000 Meter pro Minute, abgezogen werden. Die Spinntemperatur beträgt im typischen Fall 255°C oder mehr und 305°C oder weniger. Besonders bevorzugt wird das Spinnen bei etwa 275 -295°C ausgeführt.
Die Spinndüse ist eine konventionelle Spinndüse vom Typ, wie sie bei
konventionellen Polyestern verwendet wird, wobei Lochgröße, Anordnung und Zahl von der gewünschten Faser und der Spinnanlage abhängen.
Der Einzeltiter der erfindungsgemäßen Faser beträgt in seiner endgültigen Form zwischen 0,6 und 30 dtex, vorzugsweise 0,9 bis 13 dtex, insbesondere 0,9 bis 8 dtex, wobei der Titer aufgrund der höheren Dichte der anwesenden
anorganischen Partikel mit zunehmender Dosage ansteigt. Die Bestimmung der Titer wurde gemäß DIN EN ISO1973 durchgeführt.
In diesem Zusammenhang hat sich gezeigt, dass bei einem Gehalt von mehr als 5 Gew.-% an anorganischen Partikeln das Material zu Filamentbrüchen neigt und zur Wickelbildung. Auch das Entstehen von Ablagerungen an feststehenden Anlagenteilen ist zu beobachten, so dass die Standzeiten der verwendeten
Apparaturen beeinträchtigt werden.
Das Abschrecken der auf diese Art und Weise aus der Schmelze gesponnenen Fasern, insbesondere handelt es sich um 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 Hilfsmittel bzw. Avivagen mit Hilfe von Standardmethoden aufgetragen werden.
Die gebildeten Fasern können runde, ovale und weitere geeignete Querschnitte oder auch andere Formen aufweisen, wie zum Beispiel hantel-, nierenförmige, dreieckige bzw. tri- oder multilobale Querschnitte. Auch Hohlfasern sind möglich. Ebenso können Fasern aus zwei oder mehreren Polymeren zum Einsatz kommen. Die Geometrie der Bikomponentenfasern kann„Kern-Mantel" (zentriert und exzentrisch),„side by side", oder„island in the sea" sein.
Die so hergestellten Faserfilamente werden zu Garnen zusammengefasst und diese wiederum zu Spinnkabeln. Die Spinnkabel werden zur weiteren
Verarbeitung zunächst in Kannen abgelegt. Die in den Kannen
zwischengelagerten Spinnkabel werden aufgenommen und ein großes Spinnkabel erzeugt. Anschließend können die großen Spinnfaserkabel, üblicherweise weisen diese 10-600 ktex auf, unter Anwendung konventioneller Methoden auf einer
Bandstrasse verstreckt werden, vorzugsweise bei 10 bis 110 m/min
Einlaufgeschwindigkeit. Hierbei können noch Präparationen aufgebracht werden, welche die Verstreckung begünstigen, aber die nachfolgenden Eigenschaften nicht nachteilig beeinflussen.
Die Streckverhältnisse reichen bevorzugt von 1 ,25 bis 4, besonders bevorzugt von 2,5 bis 3,5. Die Temperatur bei der Verstreckung liegt im Bereich der
Glasumwandlungstemperatur des zu verstreckenden Spinnkabels und beträgt bei Polyester bevorzugt 40°C bis 80°C, besonders bevorzugt 50-70°C.
Das V/erstrecken kann einstufig oder 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.
Zur gegebenenfalls durchzuführenden Kräuselung/Texturierung der so
verstreckten Fasern können konventionelle Methoden der mechanischen
Kräuselung mit an sich bekannten Kräuselmaschinen angewendet werden.
Bevorzugt ist eine mechanische Vorrichtung zur Faserkräuselung mit
Dampfunterstützung, wie beispielsweise eine Stauchkammer. Es können aber auch nach anderen Verfahren gekräuselte Fasern eingesetzt werden, so z.B. auch dreidimensional-gekräuselte Fasern. Zur Durchführung der Kräuselung wird das Kabel zunächst auf eine Temperatur im Bereich von 50° bis 100°C, bevorzugt 70° bis 85°C, besonders bevorzugt auf etwa 78°C temperiert und mit einem Druck der Kabeleinlaufwalzen von 1 ,0 bis 6,0 bar, besonders bevorzugt bei etwa 2,0 bar, einem Druck in der Kräuselkammer von 0,5 bis 6,0 bar, besonders bevorzugt 1 ,5- 3,0 bar, mit Dampf bei zwischen 1 ,0 und 2,0 kg/min., besonders bevorzugt 1 ,5 kg/min., behandelt.
Anschließend werden die glatten, oder gegebenenfalls gekräuselten, Fasern bei 120° bis 170°C im Ofen oder Heißluftstrom relaxiert und/oder fixiert.
Zur Herstellung von Stapelfasern werden die glatten, oder gegebenenfalls gekräuselten 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.
Die erfindungsgemäßen Fasern zeigen weiterhin eine sehr gute
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 Kräuseins 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:
... Lv - Lk
K1 =
Lv 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 erfindungsgemäß hergestellten Fasern besitzen 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 bis 5,5 Bögen pro cm besonders bevorzugt.
Die Einkräuselung K1 beträgt erfindungsgemäß vorzugsweise 15% oder mehr, bevorzugt 17% oder mehr. Wie bereits erwähnt, büßt die Faser mit zunehmendem Gehalt an anorganischen Partikeln an Festigkeit und an Dehnung ein. Jedoch reduziert sich mit
zunehmender Modifikation ebenfalls - wie erwünscht - die Querfestigkeit.
Von besonderem Interesse sind allerdings die textilen Daten nach einer
Hochtemperaturfärbung. Da diese Fasereigenschaften im Endprodukt zur Geltung kommen. Hierzu werden die erfindungsgemäßen Polyesterfasern unter üblichen Bedingungen, d.h. dispers bei 130°C für 60 Minuten im essigsauren Medium, gefärbt. Hierbei zeigen die erfindungsgemäßen Polyesterfasern nach
vorstehender Färbung eine weitere Reduktion der Querfestigkeit, namentlich die Knickscheuertouren, auf bis zu 400 Knickscheuertouren wohingegen ein identisch gefärbter Polyester ohne den erfindungsgemäßen Zusatz min. 700
Knickscheuertouren bis zum Bruch der Faser benötigt.
Die erfindungsgemäßen Fasern, wie vorstehend beschrieben gefärbt, benötigen lediglich maximal 400 Knickscheuertouren, vorzugsweise maximal 300
Knickscheuertouren, wohingegen ein Polyester ohne den erfindungsgemäßen Zusatz (Färbung wie vorstehend beschrieben) min. 700 Knickscheuertouren bis zum Bruch der Faser benötigt. Die Mindestzahl der Knickscheuertouren, d.h. bis zum Bruch der Faser, beträgt 150 Knickscheuertouren, vorzugsweise 190
Knickscheuertouren. Somit benötigen die erfindungsgemäßen Fasern (nach Färbung) üblicherweise zwischen 150 und 400 Knickscheuertouren, vorzugsweise 190 bis 400 Knickscheuertouren, insbesondere 190 bis 300 Knickscheuertouren.
Bei Verwendung von wasserlöslichen, alkalischen, anorganischen Partikeln ist während des Färbeprozesses ein Anstieg des pH-Wert erkennbar. Dies zeigt, dass die in der Faser vorliegenden wasserlöslichen, alkalischen, anorganischen Partikel sich mit der Färbeflotte umsetzen. Ein Einfluss des pH-Wertes auf die textilen Daten der gefärbten Faser ist nicht feststellbar obwohl ein Anstieg des pH- Wertes bei saurer Färbung stattfindet.
Mikroskopische Untersuchungen (Rasterelektronenmikroskop) der
erfindungsgemäßen Faser, nach Färbung, zeigen dass in geringem Maße eine Schädigung der Oberfläche stattfindet, dies ist jedoch unabhängig vom pH-Wert der Flotte. Dies spricht dafür, dass vereinzelte Partikel an der Oberfläche durch mechanische Beanspruchung des Materials aus der Faser herausgebrochen werden. Die Polyester-Matrix der Faser integriert die Partikel in ausreichender Weise, um diese vor einer Zersetzung durch die Färbeflotte zu schützen.
Wie bereits dargelegt benötigen die erfindungsgemäßen Fasern, wie vorstehend beschrieben gefärbt, lediglich maximal 400 Knickscheuertouren, vorzugsweise maximal 300 Knickscheuertouren, wohingegen ein Polyester ohne den
erfindungsgemäßen Zusatz (Färbung wie vorstehend beschrieben) min. 700 Knickscheuertouren bis zum Bruch der Faser benötigt. Die Mindestzahl der Knickscheuertouren, d.h. bis zum Bruch der Faser, beträgt 150
Knickscheuertouren, vorzugsweise 190 Knickscheuertouren. Somit benötigen die erfindungsgemäßen Fasern (nach Färbung) üblicherweise zwischen 150 und 400 Knickscheuertouren, vorzugsweise 190 bis 400 Knickscheuertouren,
insbesondere 190 bis 300 Knickscheuertouren.
Die erfindungsgemäßen, gefärbten Fasern zeigen insbesondere eine
ausgezeichnete Kombination von Pillarmut und gleichzeitig guter Festigkeit. Die erfindungsgemäßen Fasern (wie vorstehend beschrieben gefärbt) haben vorzugsweise eine Festigkeit von min. 23cN/tex in Kombination mit den
vorstehend genannten Querfestigkeiten (Knickscheuertouren)
Aus den erfindungsgemäßen Fasern lassen sich entsprechende textile
Flächengebilde herstellen, die ebenfalls Gegenstand der Erfindung sind.
Der Begriff "textiles Flächengebilde" ist im Rahmen dieser Beschreibung in seiner breitesten Bedeutung zu verstehen. Dabei kann es sich um alle Gebilde, enthaltend die erfindungsgemäßen Fasern handeln, die nach einer
flächenbildenden Technik hergestellt worden sind. Beispiele für solche textilen Flächengebilde sind Gewebe, Gelege, Gestricke und Gewirke, sowie Vliese.
Der erfindungsgemäße Vliesstoff kann aus Endlos-Synthesefasern (Filamente) oder aus Stapelfasern aufgebaut sein. Für den Vliesstoff werden bevorzugt Stapelfasern gemäß der Erfindung eingesetzt, deren Länge im allgemeinen 1 bis 200 mm, vorzugsweise 3 bis 120 mm, besonders bevorzugt 3 bis 60 mm, beträgt.
Die Erfindung wird durch das nachstehende Beispiel verdeutlicht ohne diese in ihrem Umfang darauf zu beschränken. Beispiele
Ein niedermolekularer, vernetzter PET-Rohstoff wird mit Erdalkalikarbonaten modifiziert. Der Rohstoff wurde, wie für PET üblich ist, getrocknet bis zu einem Restfeuchtegehalt von mindestens kleiner 500 ppm.
Anschließend werden aus diesem Rohstoff Fasern gesponnen, wobei die nachfolgende Tabelle die bedeutendsten Parameter des Schmelzspinnprozesses wiedergibt:
Die Zugabe des Erdalkalikarbonates erfolgte in Form eines Masterbatches. Der erhaltene Titer der Spinnware stieg mit zunehmender Dosage aufgrund der hohen Dichte des Additives.
Bei einer Modifikationshöhe von 2,5 % war die Prozessfähigkeit des Materials vergleichbar bzw. nur geringfügig beeinträchtigt im Vergleich zu unmodifiziertem Material. Bei einer Modifikationshöhe von 5 % neigt das Material allerdings zu Filamentbrüchen und zur Wickelbildung. Vor allem die Entstehung von
Ablagerungen an feststehenden Anlagenteilen führte zu einer Beeinträchtigung der Prozessfähigkeit.
Die erhaltene Spinnware wurde durch Fachen zu einem 59ktex Kabel zusammen geführt. Das Material ließ sich auf der Bandstrasse analog einer unmodifizierten Faser verstrecken, kräuseln und fixieren. Die Verarbeitbarkeit war unauffällig. Folgende Tabelle gibt die wichtigsten Bandstrassenparameter wieder:
Folgende Tabelle beinhaltet die erzielten textilen Daten sowie die zweier unmodifizierten, vergleichbaren PET Typen:
Titer wurde gemäß DIN EN ISO1973 bestimmt; Faser Festigkeit und Dehnung gemäß DIN EN ISO 5079.
Die Bestimmung der Knickscheuertouren erfolgte wie durch Grünewald beschrieben, (CHEMIEFASERN, 1963, S. 853) durch Prüfung am
Drahtknickscheuergerät mit 20pm Draht und einer Belastung von 1100mg.
Die Fasermuster wurden unter für PET üblichen Bedingungen dispers bei 130°C für 60 Minuten im essigsauren gefärbt. Folgende Tabelle gibt die erhaltenen textilen Daten der gefärbten Muster wieder: 0 % 1 ,25 % 2,5 % 3,75 % 5,0 %
Einheit
Zusatz Zusatz Zusatz Zusatz Zusatz
Titer dtex 2,63 2,68 2,70 2,72 2,82
Festigkeit cN/tex 28,6 24,7 25,0 24,4 23,5
Reißdehnung % 31 ,1 24,7 28,1 23,9 26,4 pH-Wert der Flotte
4,77 - 4,9 5,2 nach Färbung
Knickscheuertouren 745 233 281 228 198
Gut zu erkennen ist, dass sich die Querfestigkeit, namentlich die
Knickscheuertouren, durch die Färbung bei allen Mustern etwa um die Hälfte reduziert hat. Eine Verminderung in Festigkeit und Dehnung ist weiterhin vorhanden und steigt mit zunehmender Modifikation. Jedoch sind die
Unterschiede zur unmodifizierten Type nach dem Färben weniger ausgeprägt, als in der Rohweißware.
Auffällig ist, dass während des Färbeprozesses der pH-Wert nachweislich ansteigt. Dies zeigt, dass das in der Faser vorliegende Erdalkalikarbonat sich mit der Färbeflotte umsetzt. Hieraus entsteht die Annahme, dass der pH-Wert der Färbeflotte einen Einfluss auf die textilen Daten und die Faserbeschaffenheit haben könnte. Somit wurden Färbungen mit unterschiedlichen pH-Werten durchgeführt. Folgende Tabelle gibt die erhaltenen textilen Daten dieser
Färbungen wieder:
Doppelte
Alkalische Essigsaure
Einheit Essigsäure
Färbung Färbung
menge pH-Wert der Flotte vor Färbung 9,3 4,56 4,37
Titer dtex 2,63 2,70 2,73
Festigkeit cN/tex 25,0 25,0 24,1
Reißdehnung % 26,5 28,1 28,0 pH-Wert der Flotte nach
8,1 4,9 4,64 Färbung
Knickscheuertouren 282 281 300 Anhand der erhaltenen Messwerte ist kein Einfluss des pH-Wertes auf die textilen Daten feststellbar, und dies, obwohl eine Anhebung des pH-Wertes bei saurer Färbung stattfindet. Somit ist der pH-Wert kein geeigneter Parameter, um Einfluss auf die textilen Daten zu nehmen. Untersuchungen am
Rasterelektronenmikroskop zeigen, dass in geringem Maße eine Schädigung der Oberfläche stattfindet, dies ist jedoch unabhängig vom pH-Wert der Flotte.
Die PET-Matrix der Faser integriert die Karbonat-Partikel in ausreichender Weise, um diese vor einer Zersetzung durch die Färbeflotte zu schützen.
Als weitere Einflussparameter sind die Färbetemperatur und die Färbedauer untersucht worden.
Folgende Tabelle gibt die textilen Daten bei unterschiedlicher Färbedauer bei 130°C wieder:
Folgende Tabelle gibt die textilen Daten bei unterschiedlichen Färbetemperaturen nach 60 min wieder:
Die Knickscheuertouren werden mit zunehmender Temperatur reduziert. Die für PET üblichen Färbebedingungen von 130°C und 60 min sind jedoch ausreichend. Eine weitere Erhöhung dieser beiden Parameter führt nicht zu einer zusätzlichen Reduktion der Querfestigkeit. Zusätzlich kann festgestellt werden, dass die Faserfestigkeit durch die Färbung nicht beeinträchtigt wird. Die Faserfestigkeit bleibt unabhängig von Färbedauer, Färbetemperatur und pH-Wert erhalten.
Die erzielten Faserwerte der hergestellten Fasern sind mit anderen kommerziellen Lowpill Polyesterfasern vergleichbar. Folgende Tabelle zeigt vergleichend einige wichtige Faserwerte.
Einheit 2,5 % Zusatz Vergleich 1 Vergleich 2
Vernetzer permanent temporär permanent
Dosage Karbonat % 2,5 ohne ohne
Knickscheuertouren rohweiß 568 978 1540
Festigkeit rohweiß cN/tex 25,2 27,1 29,6
Dehnung rohweiß % 38,1 44,7 42,1
Knickscheuertouren gefärbt 281 149 745
Festigkeit gefärbt cN/tex 25,0 23,7 28,6
Dehnung gefärbt % 28,1 22,1 31 ,1

Claims

Patentansprüche
1. Pillarme Faser auf Basis von Polyester, enthaltend 0,5 bis 10 Gew.-%
anorganische Partikel mit einer Partikelgröße im Bereich 0,5pm bis 5pm.
2. Faser gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Polyester zu mindestens 85 mol % Polyethylenterephthalat (PET) und/oder
Polytrimethylenterephthalat (PTT) aufweist.
3. Faser gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Polyester ein Molekulargewicht entsprechend einer spezifischen Viskosität (r|Spez) von 0,6 bis 0,9, gemessen an Lösungen mit 1 g/l in Dichloressigsäure bei 25°C, aufweist.
4. Faser gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die anorganischen Partikel mineralische Materialien umfassen.
5. Faser gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mineralischen Materialien Salze der ersten und zweiten Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente, bevorzugt Salze des Lithiums, Natriums, Kaliums, Rubidiums, Berylliums, Magnesiums, Calciums, Strontiums, Bariums sowie deren
Mischsalze, insbesondere natürlich vorkommende Salze bzw. Mischsalze, umfassen.
6. Faser gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Salze Chloride, Fluoride, Bromide, lodide, Carbonate, Sulfate, Phosphate, Nitrate,
Hydrogencarbonate, Sulfite, Nitrate sowie deren Mischsalze, insbesondere natürlich vorkommende Salze bzw. Mischsalze, umfassen.
7. Faser gemäß Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die
anorganischen Partikel Carbonat-Salze und/oder Hydrogencarbonat-Salze des Calciums und/oder Magnesiums.
8. Faser gemäß Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die
anorganischen Partikel Carbonat-Salze und/oder Hydrogencarbonat-Salze des Calciums und/oder Magnesiums, sind, die eine Partikeloberfläche aufweisen, die einer Oberflächenbehandlung mit einer höheren Fettsäure, vorzugsweise einer höheren Fettsäure mit 10 bis 28 Kohlenstoffatomen, unterzogen wurden.
9. Faser gemäß Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die
anorganischen Partikel Carbonat-Salze und/oder Hydrogencarbonat-Salze des Calciums und/oder Magnesiums sind, die einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 0,5 bis 5 pm, vorzugsweise 1 ,0 bis 4 pm, insbesondere von 1 ,0 bis 3,0pm, aufweisen.
10. Faser gemäß Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die
anorganischen Partikel Carbonat-Salze und/oder Hydrogencarbonat-Salze des Calciums und/oder Magnesiums sind, die einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 0,5 bis 5 pm, vorzugsweise 1 ,0 bis 4 pm, insbesondere von 1 ,0 bis 3,0pm, aufweisen und in Mengen von 0,1 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 1 ,0 bis 5%, insbesondere 1 ,0 bis 2,5%, vorliegen.
11. Faser gemäß Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die
rohweiße, nicht gefärbte Faser maximal 800 Knickscheuertouren,
vorzugsweise maximal 700 Knickscheuertouren, insbesondere maximal 600 Knickscheuertouren, bis zum Bruch der Faser benötigt.
12. Faser gemäß Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die
rohweiße, nicht gefärbte Faser 200 und 700 Knickscheuertouren,
vorzugsweise 200 bis 600 Knickscheuertouren, insbesondere 250 bis 600 Knickscheuertouren, bis zum Bruch der Faser benötigt.
13. Faser gemäß Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die
rohweiße, nicht gefärbte Faser 200 und 700 Knickscheuertouren,
vorzugsweise 200 bis 600 Knickscheuertouren, insbesondere 250 bis 600 Knickscheuertouren, bis zum Bruch der Faser benötigt und die Festigkeit von min. 25cN/tex beträgt.
14. Faser gemäß Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Faser einen Einzeltiter zwischen 0,6 und 30 dtex, vorzugsweise 0,9 bis 13 dtex, insbesondere 0,9 bis 8 dtex, aufweist.
15. Faser gemäß Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an anorganische Partikel mit einer Partikelgröße im Bereich 0,5μιη bis 5pm zwischen 0,5 und 5 Gew.-%, bevorzugt zwischen 1 ,0 und 2,5 Gew.-%, beträgt.
16. Faser gemäß Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Faser verstreckt und gekräuselt ist.
17. Faser gemäß Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Faser durch Hochtemperaturfärbung in saurem Medium gefärbt ist und maximal 400 Knickscheuertouren, vorzugsweise maximal 300 Knickscheuertouren bis zum Bruch der Faser benötigt.
18. Faser gemäß Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Faser durch Hochtemperaturfärbung in saurem Medium gefärbt ist und mindestens 150 Knickscheuertouren, vorzugsweise mindestens 190 Knickscheuertouren bis zum Bruch der Faser benötigt.
19. Faser gemäß Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Faser durch Hochtemperaturfärbung in saurem Medium gefärbt ist und zwischen 150 und 400 Knickscheuertouren, vorzugsweise 190 bis 400
Knickscheuertouren, insbesondere 190 bis 300 Knickscheuertouren, bis zum Bruch der Faser benötigt.
20. Faser gemäß Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Faser durch Hochtemperaturfärbung in saurem Medium gefärbt ist und zwischen 150 und 400 Knickscheuertouren, vorzugsweise 190 bis 400
Knickscheuertouren, insbesondere 190 bis 300 Knickscheuertouren, bis zum Bruch der Faser benötigt und die Festigkeit von min. 23cN/tex beträgt.
21. Verfahren zur Herstellung der pillarmen Faser gemäß Anspruch 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein Polyester, enthaltend 0,5 bis 10 Gew.-% anorganische Partikel mit einer Partikelgröße im Bereich 0,5pm bis δμηι, extrudiert und zu Filamenten versponnen, verstreckt, gekräuselt, fixiert sowie ggf. auf die gewünschte Länge geschnitten wird.
22. Textiles Flächengebilde enthaltend die pillarme Faser gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 20.
EP12766278.1A 2011-09-23 2012-09-05 Pillarme polyesterfaser Active EP2758567B1 (de)

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