ITMI960889A1

ITMI960889A1 - Metodo per la produzione di fibre e filamenti bicomponenti di poliestere e fibre e filamenti che si possono produrre con lo

Info

Publication number: ITMI960889A1
Application number: IT96MI000889A
Authority: IT
Inventors: Werner Kagi; Werner Stibal
Original assignee: Inventa Ag
Priority date: 1995-05-11
Filing date: 1996-05-06
Publication date: 1997-11-06
Also published as: IT1282958B1; TW297063B; US5716568A; CN1136095A; CN1063806C; ITMI960889A0; DE19517350C1; TR199600364A2; DE19517350C2

Description

Descrizione dell'invenzione avente per titolo:

METODO PER LA PRODUZIONE DI FIBRE E FILAMENTI BICOMPONENTI DI POLIESTERE E FIBRE E FILAMENTI CHE SI POSSONO PRODURRE CON LO STESSO"

L'invenzione riguarda l'oggetto citato nelle rivendicazioni. L'invenzione riguarda in particolare un nuovo metodo per la produzione di fibre e filamenti bicomponenti di poliestere a partire dalla massa fusa modificata e non modificata di uno stesso poliestere. Fibre e filamenti bicomponenti sono prodotti in particolare mediante modifica "in linea" di un flusso parziale con un comonomero appartenente alla classe di sostanze dei lattoni e filatura del flusso modificato e non modificato di massa fusa mediante almeno un gruppo di filiere per bicomponenti.

L'invenzione riguarda anche le fibre ed i filamenti che possono essere prodotti con questo nuovo metodo.

Lo sviluppo delle prime fibre sintetiche bicomponenti e delle filiere speciali e dei metodi richiesti per ciò incominciò circa 40 anni or sono. Tali fibre sono composte di due polimeri di strutture chimiche e/o fisiche differenti che sono connesse fra loro. A seconda della disposizione geometrica dei due componenti nella fibra, si fanno distinzioni fra i tipi affiancato (S/S), nucleo/copertura (C/C) e matrice/fibrille (M/F). Si possono considerare come componenti polimeri che sono di tipi differenti, degli stessi tipi o modificati. Nel campo dei poliesteri sono noti i tipi seguenti di accoppiamenti di materiali:

- due omopoliesteri differenti, ad esempio PET (polietilentereftelato) e PBT (polibutilentereftalato) o PET e PPT (polipropilentereftalato)

- un omopoliestere ed un copoliestere

- due copoliesteri differenti.

- due poliesteri della stessa composizione chimica ma di viscosità (di solvente) differente.

Le prime tre possibilità di combinazione hanno lo svantaggio che sono richiesti a tal fine rispettivamente due poliesteri differenti che devono essere immagazzinati, trattati e fusi in sistemi separati, cioè occorrono due cristallizzatori, due essiccatori e due estrusori. In aggiunta a ciò vi è il problema di cristallizzazione ed essiccazione di copoliesteri, che diventano chiaramente più viscosi a partire da solo poche parti di percentuale in moli di comonomero e che, nel caso di copoliesteri amorfi, possono essere soltanto essiccati al di sotto della loro temperatura di transizione vetrosa, con conseguenti tempi di essiccazione molto lunghi.

La quarta possibilità può anche essere effettuata "in linea" (DD 80515) o come in DE 1938 291, in cui un flusso fuso di prodotto intermedio di bassa viscosità viene deviato dal sistema di policondensazione in un sistema diretto continuo di filatura.

Un'altra variante di processo consiste nel portare alla bassa viscosità desiderata un flusso parziale di poliestere mediante glicolisi, ad esempio, dosando glicol etilenico nel tubo per massa fusa corrispondente o nell'estrusore per massa fusa separato. La variante "a due viscosità" viene usata solo nella produzione di fibre e filamenti autoincrespanti. Ciò è tuttavia problematico, poiché il flusso di massa fusa si incurva uscendo dai capillari della filiera a causa delle diverse viscosità affiancate. Se si supera una certa differenza di viscosità critica, non può verificarsi più filatura, poiché in quel momento le fibrille sono curvate così fortemente che aderiscono al portafiliera. Ad esempio, fibre cave di PET S/S possono essere ancora filate in modo sicuro con una differenza massima di viscosità relativa (con la stessa temperatura di fusione delle due metà) di 0,10 (viscosità relativa misurata all'1% in m-cresolo a 20°c, ad esempio viscosità iniziale =1,60 e viscosità ridotta del flusso parziale =1,50). Con fibre S/S che non sono cave, la differenza ammissibile è minore per ragioni fisiche.

Per realizzare la filatura con differenze di viscosità maggiori, si è proposto di realizzare le aperture delle filiere asimmetriche, in modo che il lato di fibra fusa con la viscosità più bassa abbia la maggiore superficie di contatto con la parete interna del foro per ridurre in tal modo la velocità di flusso su quel lato ed impedire la deviazione (GB 1091 367). Tali portafiliere sono tuttavia troppo costosi, sia per la loro costruzione speciale, sia, nel funzionamento, per la densità dei fori ridotta, cioè per il numero ridotto di fili.

E' perciò scopo dell'invenzione sviluppare un metodo economico che semplifichi in generale la produzione di fili bicomponenti di poliestere e li renda quindi più economici per una produzione industriale e migliori la friabilità alla filiera del tipo S/S.

Tale scopo si consegue col metodo secondo la rivendicazione 1) o con le fibre o filamenti bicomponenti di poliestere secondo la rivendicazione 19) o con le fibre o filamenti bicomponenti autoincrespanti secondo la rivendicazione 20) o con le fibre o filamenti adesivi fondenti a caldo secondo la rivendicazione 21).

Un uso speciale di queste nuove fibre e filamenti bicomponenti è contenuto nella rivendicazione 22). Forme di realizzazione vantaggiose dell'invenzione sono contenute nelle rivendicazioni dipendenti .

A partire da un solo e stesso tipo fondamentale di poliestere, secondo l’invenzione, una porzione della massa fusa viene modificata continuamente "in linea" con un comonomero della classe di sostanze dei lattoni prima della filatura ed i flussi di massa fusa modificata e non modificata sono forniti ad uno o più gruppi di filiere bicomponenti e filati a formare fili bicomponenti e, nel caso di filamenti di fibre S/S, si effettua infine l'autoincrespatura .

Risultò sorprendente che fosse sufficiente solo un singolo polimero, invece dei due usati finora, e che, malgrado ciò, si ottenessero fili bicomponenti adatti all'uso senza problemi di produzione. Malgrado la modifica "in linea" di un flusso parziale richiesta dall'invenzione, la differenza di viscosità col poliestere non modificato non deve superare certi limiti, come accennato, e contemporaneamente deve essere possibile effettuare la modifica in un tempo molto breve, cioè in meno di 30 minuti e le proprietà di polimero devono variare in misura sufficiente nel processo .

Lattoni in grado di reagire, in particolare l'€-caprolattone, si sono dimostrati sorprendentemente adatti per la modifica del poliestere durante la filatura di bicomponenti. Introdotti come monomero nella massa fusa di poliestere, lattoni adatti secondo l'invenzione reagiscono sotto pressione col poliestere in un tempo sorprendentemente breve, cioè minore di 30 minuti, a temperature insolitamente elevate, considerate di per sé nocive in base alla tecnica nota, di più di 260°C, in particolare da 265° a 310°C, preferibilmente da 270° a 295°C, e formano un copoliestere. Il tempo di reazione per la modifica è preferibilmente al massimo di 20 minuti, particolarmente preferiti sono tempi da 3 a 15 minuti. Oltre a ciò, nel processo la viscosità relativa come misura del peso molecolare rimane sorprendentemente costante e la viscosità della massa fusa diminuisce solo leggermente. Secondo l'invenzione, la lavorazione comune di poliesteri modificati e non modificati è possibile per la prima volta per le unità più piccole di una struttura di prodotto (fili bicomponenti), una modifica "in linea" relativamente forte essendo possibile nella filatura di bicomponenti, senza che l'eccessiva curvatura dei fili uscenti dalla filiera nuoccia alla filabilità.

Una forma di realizzazione vantaggiosa del principio del nuovo metodo per la produzione di fili bicomponenti di poliestere è rappresentata schematicamente in fig. 1, in cui i numeri di riferimento indicano:

1 flusso di massa fusa di poliestere

2 diramazione del flusso 1 in due flussi parziali

3 dosaggio del lattone nel flusso parziale da modificare

4 miscelatore statico

5 flusso parziale modificato (copoliestere)

6 flusso parziale non modificato

7 pompa di filatura per il flusso parziale modificato

8 pompa di filatura per il flusso parziale non modificato

9 gruppo di filiere con filiera per filatura di bicomponenti 10 fili bicomponenti {inizialmente sotto forma di massa fusa) Il flusso di poliestere 1 è costituito preferibilmente da polietilentereftalato (PET) con almeno 90, in particolare 95 o più di percentuale in moli di unità di etilentereftalato. Questo flusso proviene o da una policondensazione continua (durante la filatura diretta) o da un estrusore (durante una filatura con estrusore a partire da granuli). La diramazione 2 si verifica preferibilmente nella massa fusa; se vi è un impianto bicomponenti convenzionale con due estrusori di massa fusa, sarebbe anche possibile, secondo l'invenzione, distribuire i granuli di poliestere ai due estrusori (o agli essiccatori associati) (ciò corrisponde a una diramazione). Il dosaggio in 3 del lattone, preferibilmente ∈-caprolattone, nel flusso parziale da modificare ha luogo preferibilmente nel tubo per la massa fusa all'inizio del miscelatore statico 4, nel caso di due estrusori, è anche possibile un dosaggio senza pressione nell'entrata per il granulato di un estrusore. A scelta si possono sciogliere nel lattone additivi specifici per lavorazione e/o applicazione, quali catalizzatori, stabilizzatori, coloranti e schiarenti ad UV. Al lattone si aggiungono preferibilmente catalizzatori per accelerare la reazione di apertura di anello e di inserzione, a tal fine si preferiscono composti di stagno (II) quali diottato di stagno (II) o composti di zirconio (IV) quale acetilacetonato di zirconio (IV). Il flusso parziale modificato 5, un co-PET di lattone, si forma facendo reagire il lattone con la massa fusa di poliestere. Come il flusso parziale non modificato 6, esso è fornito mediante pompe di filatura 7 o 8 al gruppo di filiere per bicomponenti 9. In un impianto di produzione è, naturalmente, anche possibile distribuire i due flussi di massa fusa 5 e 6 a più gruppi di filiere 9 mediante un numero appropriato di pompe di filatura 7 o 8. Il rapporto tra i due flussi 5 e 6 ottenuti con le due pompe è circa 1:1 in molte applicazioni. A seconda della perdita di carico nel miscelatore statico 4, è possibile anche disporre vantaggiosamente la pompa di filatura 7 a monte invece che a valle del miscelatore statico. Il gruppo di filiere per bicomponenti 9 con la filiera può essere di una qualunque costruzione adatta a generare profili di filo quali S/S, S/S cavo o C/C. S/S cavo è un profilo come rappresentato, ad esempio, nella fig. 2 di DD 80515. I fili fusi bicomponenti appropriati 10 escono dalla filiera e vengono quindi raffreddati secondo metodi noti, parzialmente differenti (solidificati in fili) e quindi trattati in una o due fasi a formare fibre o filamenti aventi le proprietà di uso desiderate. Un'ulteriore lavorazione dei fili a formare fibre o filamenti viene effettuata in un modo noto in sé, quale descritto in Ullmann's Encylopedia of Industriai Chemistry, 5th Ed-, Voi. AIO, Fibers, 3rd General Production Technology, pp. 511-566, D-Weinheim, 1987. Dopo la filatura della massa fusa, le fasi generali di lavorazione consistono in stiro, increspatura e trattamento termico. I metodi e le macchine sono differenti, a seconda che riguardino fibre o filamenti (multifilamenti senza fine). Di regola, le fibre vengono prodotte in due fasi (cioè stiro separatamente da filatura) e vengono ovviamente infine tagliate.

Le fibre o filamenti finiti possono essere ulteriormente lavorati a loro volta per produrre vari articoli e loro applicazioni.

Varianti ed applicazioni preferite di fibre o filamenti prodotti a partire dai fili bicomponenti secondo l'invenzione sono, ad esempio, fibre cave S/S autoincrespate a piccola modifica parziale di flusso, preferibilmente circa dal 4 al 12% in moli di lattone, per uso come fibre di riempimento o, nel modo più preferibile filati a filamenti S/S autoincrespati con non più di circa l'll,5% in moli di lattone per la produzione di tendaggi o tessuti. Con una modifica elevata, preferibilmente circa dal 20 al 40% in moli di lattone, si ottengono fibre adesive fondenti a caldo nella configurazione nucleo/copertura (col co-PET come copertura), dette anche fibre di collegamento, per il rinforzo termico di non tessuti o filamenti adesivi analogamente fondenti a caldo.

Nel caso di modifica bassa, ma ancor più nel caso di modifica elevata, un grande vantaggio del metodo secondo l'invenzione risiede in ciò che si può omettere la cristallizzazione ed essiccazione del copoliestere viscoso, difficile in pratica.

L'uso di caprolattone come un co-componente possibile per il co-PET per la produzione di filamenti con grande ritiro è citato nel brevetto US 3927 167. Tuttavia, l'oggetto di questo brevetto è un filato misto che diventa voluminoso con un trattamento termico e viene ottenuto con una combinazione di singoli fili di PET e co-PÈT, filati da massa fusa simultaneamente, ma separatamente, a formare un filato. Non si tratta qui di filatura di bicomponenti ed i granuli di co-PET vengono prodotti nel modo convenzionale. Esempio 1

Si usò come base granulato tessile di PET opacizzato di tipo M760 della EMS-CHEMIE AG. Questo polietilentereftalato tessile standard ha una viscosità relativa di 1,60 {misurata all'1% in m-cresolo a 20°C) e contiene lo 0,4% in peso di Ti02 (biossido di titanio) come pigmento di opacizzazione. I granuli furono distribuiti sui due estrusori ad essiccatore o di massa fusa di una macchina-pilota per filatura di fibra bicomponenti convenzionale. Si dosò l'∈-caprolattone (ottenuto dalla SOLVAY INTEROX LTD.) nel connettore di introduzione di granulato (in corrispondenza della flangia fra il tubo proveniente dall'essiccatore e l'estrusore) dell'estrusore mediante una pompa di dosaggio di liquido. Dopo avere ottimizzato in prove precedenti la concentrazione dell'e-caprolattone rispetto a proprietà di increspatura e la quantità usata, si introdusse nella prova principale una quantità dosata dell '8% in moli (corrispondente al 4,9% in peso) rispetto al co-PET dopo la modifica (cioè alla portata del componente corrispondente alla filiera). I flussi parziali di poliestere modificato e non modificato furono forniti in un rapporto di 1:1 al collettore di filiera per filatura di bicomponenti mediante pompe di filatura, con tempo di residenza della massa fusa durante la modifica pari a circa 15 minuti. La stessa viscosità relativa fu misurata'in campioni dei due flussi parziali, cioè dalla modifica secondo l'invenzione non derivò alcuna riduzione del peso molecolare. Si usò per la filatura un gruppo di filiere costruito come descritto in DE 4022 898 Al, tuttavia senza la piastra intermedia K/M in esso rivendicata, in quanto nel presente esempio si effettuò la filatura affiancata e precisamente cava (con una filiera appropriata con profili La temperatura delle masse fuse per filatura era di 280°C, la portata totale di filiera era di 1.310 g/minuto. I 790 fili in tutto furono raffreddati sotto alla filiera mediante un dispositivo centrale di raffreddamento (vedi DE 3708 168 C2), furono asportati a 1.170 m/minuto e posti in un recipiente. Su una linea pilota per fibre si produssero quindi, a partire dal materiale di filatura, fibre tagliate finite.

Esempio 2

Analogamente all'esempio 1, su un impianto pilota per filamenti bicomponenti si ottenne un filato a filamenti. Si impiegò un granulato di PET opacizzato di tipo M762 della EMS-CHEMIE AG avente viscosità relativa di 1,62 (misurata all'1% in m-cresolo a 20°C). Si dosò l'∈-caprolattone (in una quantità dell'8% in moli (rispetto al co-PET) nel connettore di introduzione del granulato dell'estrusore. Si effettuò la filatura affiancata con un rapporto di componenti di 1:1 mediante un gruppo di filiere bicomponenti con 26 fori ed una portata totale di 44 g/min. In questo caso il tempo di residenza della massa fusa della modifica era di circa 25 minuti e la temperatura di fusione di 294°C. Si misurò la stessa viscosità relativa, ossia 1,585, per campioni fusi dei due flussi parziali, cioè non si notò alcuna ulteriore riduzione nel flusso parziale modificato rispetto al flusso non modificato. Benché la curvatura dei fili interi uscenti dalle filiere fosse maggiore che nell'esempio 1 con i fili cavi, non comportò problemi tecnici di filatura. Solo a partire da circa il 12% in moli i fili aderirono alla filiera quando venne a mancare la tensione dei fili. Nella prova di filatura effettiva con l'8% in moli di ∈-caprolattone i fili furono avvolti a 3.200 m/minuto dopo il raffreddamento, dando luogo ad un filato POY di titolo dtex 138 f 26. Dopo stiro ad un rapporto di 1:1,667 in un canale di riscaldamento a circa 170°C, si sviluppò un'intensa increspatura nel filato bicomponenti che poteva essere anche aumentata con successivo indurimento a caldo senza tensione.

Esempio 3

Questa volta si filarono fili bicomponenti nucleo/copertura, di nuovo sull'impianto pilota per fibre bicomponenti come nell'esempio 1, cioè con la piastra preliminare C/C nel gruppo di filiere secondo DE 4022 898 Al ed una filiera con 790 fori circolari. I granuli di PET erano gli stessi dell'esempio 1. Tuttavia il flusso parziale per il componente di copertura fu modificato col 30% in moli di e-caprolattone (rispetto al co-PET), in cui era stato disciolto come catalizzatore diottato di stagno (II) in una concentrazione di 100 ppm rispetto allo stagno elementare. Malgrado la forte modifica, i fili che uscivano dalla filiera rimanevano nettamente diritti data la loro sezione concentrica. La produttività totale era di 980 g/minuto (2x490 g/minuto), che corrispondeva ad un tempo di residenza della massa fusa di circa 20 minuti ad una temperatura di 280°C. I fili furono raffreddati mediante un'unità centrale di raffreddamento, allontanati a 1.200 m/minuto ed immagazzinati in un recipiente. Successivamente si produssero in una linea pilota di stiro di fibre, la cui copertura aveva punto di fusione misurato col DSC di circa 200°C, fibre tagliate adesive fondenti a caldo, increspate in una camera di compressione. Fu anche possibile produrre co-PET amorfi con temperatura di adesione nettamente ridotta con un ulteriore aumento della modifica di caprolattone nell'intervallo dal 35 al 40% in moli.

Claims

RIVENDICAZIONI 1) Metodo per la produzione di fibre e filamenti bicomponenti di poliestere a partire da una massa fusa modificata e non modificata di uno stesso poliestere mediante le fasi: - modifica di una quantità parziale del poliestere dopo l'aggiunta e la miscelazione omogenea di agenti modificanti ed eventuali altri additivi, - combinazione della quantità parziale di copoliestere e della quantità rimanente non modificata di poliestere in almeno un gruppo di filiere per bicomponenti, - filatura di filati bicomponenti, - combinazione dei singoli fili in un nastro per filatura o filato, e - ulteriore lavorazione del nastro per filatura o del filato con stiro, increspatura e trattamento termico.
2) Metodo come in 1), caratterizzato da ciò che le quantità parziali e rimanenti del poliestere vengono usate come 'massa fusa proveniente da policondensazione comune.
3) Metodo come in 1), caratterizzato da ciò che le quantità parziali e rimanenti sono presenti come granulati e che l'agente modificante è miscelato con la quantità parziale dei granuli.
4) Metodo come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato da ciò che l'agente modificante è miscelato nell'estrusore della massa fusa.
5) Metodo come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato da ciò che l'agente modificante è miscelato, in particolare in modo continuo, nel flusso di massa fusa e viene quindi miscelato omogeneamente nella massa fusa.
6) Metodo come in 5), caratterizzato da ciò che la miscelazione viene effettuata mediante un miscelatore statico.
7) Metodo come in una qualunque delle rivendicazioni da 1) a 6), caratterizzato da ciò che si usa come poliestere polietilentereftalato con almeno il 90% in moli, in particolare con almeno il 95% in moli di unità di etilentereftalato.
8) Metodo come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato da ciò che si usa come agente modificante un composto del gruppo dei lattoni.
9) Metodo come in 8), caratterizzato da ciò che si usa un lattone con da 6 a 12 atomi di carbonio, essendo preferito e-caprolattone, 10) Metodo come in una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato da ciò che i copoliesteri creati con la modifica hanno la stessa viscosità relativa dei poliesteri non modificati corrispondenti e contengono unità di acido ω-idrossicarbossilico distribuite statisticamente. 11) Metodo come in una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato da ciò che la modifica della quantità parziale si effettua in un periodo di tempo minore di 30 minuti, preferibilmente entro al massimo 20 minuti, meglio ancora entro da 3 a 15 minuti. 12) Metodo come in una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato da ciò che la temperatura di fusione della quantità parziale è nell'intervallo da 265° a 310°C, preferibilmente da 270° a 295°C. 13) Metodo come in una qualunque delle rivendicazioni precedenti da 1) a 12), caratterizzato da ciò che si preferiscono come additivi ulteriori additivi inerti solubili, in particolare quelli per il controllo del colore e catalizzatori. 14) Metodo come in 13), caratterizzato da ciò che si usa come catalizzatore un composto del gruppo costituito da composti di stagno (II) e zirconio (IV), essendo particolarmente preferiti il diottato di stagno (II) e l 'acetilacetonato di zirconio (IV). 15) Metodo come in una qualunque delle rivendicazioni precedenti da 1) a 14), caratterizzato da ciò che i fili bicomponenti sono filati nelle configurazioni del gruppo affiancato (S/S) o affiancato cavo (S/S cavo). 16) Metodo come nella rivendicazione 15), caratterizzato da ciò che, nel caso di fili bicomponenti affiancati, si dosa per la modifica una quantità di ∈-caprolattone dal 4 al 12% in moli, rispetto al flusso parziale modificato. 17) Metodo come in una qualunque delle rivendicazioni da 1) a 14), caratterizzato da ciò che i fili bicomponenti sono filati nella configurazione nucleo/copertura (C/C). 18) Metodo come in 17), caratterizzato da ciò che, nel caso di fili bicomponenti nucleo/copertura, viene dosata per la modifica una quantità di e-caprolattone dal 20 al 40% in moli, rispetto al flusso parziale modificato. 19) Fibre o filamenti bicomponenti che possono essere prodotti secondo il metodo di una delle rivendicazioni da 1) a 18). 20) Fibre o filamenti bicomponenti autoincrespanti di poliestere e copoliestere modificato con lattone che possono essere prodotti secondo il metodo delle rivendicazioni da 1) a 16). 21) Fibre o filameni adesivi fondenti a caldo di poliestere e copoliestere modificato con lattone che possono essere prodotti secondo il metodo delle rivendicazioni da 1) a 14) e da 17) a 18). 22) Uso dei prodotti ulteriormente lavorati, ottenuti da fili di fibre o filamenti bicomponenti di poliestere come nelle rivendicazioni da 19) a 21), come fibre di riempimento, filati increspati, fibre o filamenti adesivi fondenti a caldo, in particolare per la produzione di non tessuti, tendaggi e tessuti.