WO2000028143A2 - Method for the hydrophilic finishing of fibres on the basis of polyolefins or polyester, using alkylethoxylates - Google Patents

Method for the hydrophilic finishing of fibres on the basis of polyolefins or polyester, using alkylethoxylates Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a process for the hydrophilic finishing of fibers which contain polyolefins or polyesters exclusively or entirely. Special alkyl ethoxylates are used.
  • the surface of plastic products must be provided with special effects that can either not be created at all or only incompletely for technical reasons, or can only be produced disadvantageously for economic reasons.
  • One such effect is, for example, the improvement of wettability with polar liquids such as water - technical applications are, for example, in the field of the manufacture of hygiene articles.
  • absorbent materials are used to absorb aqueous liquids.
  • this material is covered with a thin, water-permeable nonwoven.
  • nonwovens are usually made from synthetic fibers, such as polyolefin or polyester fibers, because these fibers are inexpensive to produce are, have good mechanical properties and are thermally resilient.
  • untreated polyolefin or polyester fibers are not suitable for this purpose because their hydrophobic surface means that they do not have sufficient permeability to aqueous liquids.
  • the fiber surface must be made hydrophilic by an appropriate preparation. It is also desirable that the hydrophilic finish of the fiber is preserved as long as possible without the water permeability of the nonwoven being reduced. If such nonwovens are processed, for example, in diapers, they can be used several times without becoming water-impermeable. In this way, the wearing time of the diapers is increased and the waste caused by used diapers is reduced.
  • US-A-5,045,387 describes, for example, an agent for the hydrophilic finishing of polyolefin fibers which contains a mixture of an alkoxylated ricinoleic acid derivative, a hydrogenated ricinoleic acid derivative, a Cjg fatty acid and a polyalkoxylated polymethylsiloxane. This agent must be applied from the outside to the surface of the fibers or films.
  • EP-A-400,622 describes a method for imparting hydrophilic properties to nonwoven materials containing hydrophobic fibers.
  • a composition containing special polyoxyalkylated secondary or tertiary amines is introduced into a molten composition containing polyolefin before spinning.
  • EP-B-372 890 describes fibers based on polyolefin or polyester with a lubricant adhered to the surface.
  • This lubricant comprises a mixture of (1) fatty acid diethanolamide, (2) a polyether-modified silicone, (3) a sorbitan fatty acid ester and (4) a metal salt of an alkyl sulfonate; Components (1) to (4) are available in special proportions. According to page 3, lines 20-26, the mixture of components (1) to (4) is applied to the surface. This technique of applying the mixture containing the four components to the surface of finished fibers is also explained in more detail on page 4, lines 6-9. There are listed as application techniques: a) the use of rollers, b) spraying and c) immersion.
  • EP-B-616 622 relates to extrudable, compostable polymer compositions comprising an extrudable, thermoplastic polymer, copolymer or mixtures thereof which contains a degradation-promoting system composed of an autooxidative component and a transition metal.
  • the autooxidative system comprises a fatty acid, a substituted fatty acid or derivatives or mixtures thereof, the fatty acid 10 to Has 22 carbon atoms and contains at least 0.1% by weight of unsaturated compounds and at least 0.1% by weight of free acid.
  • the transition metal is contained in the composition in an amount of 5-500 ppm in the form of a salt and selected from the group cobalt, manganese, copper, cerium, vanadium and iron.
  • the composition should be in the form of a film about 100 microns thick at 60 ° C and a relative humidity of at least 80% biodegradable within 14 days for embrittlement.
  • WO 98/42898 describes the use of amphiphiles for the permanent hydrophilization of the surfaces of polyolefin-based moldings, fibers and films.
  • a mixture comprising (a) predominantly one or more polyolefins, (b) 0.01 to 10% by weight, based on the polyolefins, of one or more migratable amphiphiles and (c) 0.01 to 1000 ppm, are subjected several transition metal compounds - metal content of the transition metal compounds based on the polyolefins - at temperatures in the range from 180 to 320 ° C. in a customary manner in shaping processing such as extrusion, calendering, injection molding and the like.
  • hydrophobic fibers are made wettable by water by means of hydrophilization, which, for example, improves the washability of Synthetic fiber articles as well as for a better wearing comfort of such articles are useful.
  • measurement-technical indicators of successful hydrophilization are, for example, wetting (the surface spread of a liquid) or the height of rise (a measure of the speed with which water is transported in textile fabrics against gravity ).
  • hydrophilization synonymously for this also the term “hydrophilic finishing” is used below - is understood to mean that polyolefin or polyester surfaces which form a wetting angle of more than 90 ° with water - that is "Hydrophobic" interfaces - be modified by a special measure so that their critical angle is shifted to smaller values after this measure. These are rather dynamic interactions of appropriately modified polymer surfaces with molecules or substrates not immobilized, but in flexible contact with the polymer surface. In this regard, the effects that fall under the concept of hydrophilization are expressly differentiated from phenomena in which molecules or substrates are in permanent fixation in contact with the polymer surface, such as is the case with coatings and bonds or with dyeing and printing is.
  • the invention relates to a process for the hydrophilic finishing of fibers which exclusively or entirely contain polyolefins or polyesters, a mixture comprising (a) predominantly polyolefins or polyesters and (b) 0.01 to 10% by weight, based on the Sum of polyolefin and polyester - a composition which contains at least one compound from the class of alkyl ethoxylates, is subjected at a temperature in the range from 180 to 320 ° C. in a customary manner to shaping into fibers, where
  • the alkyl ethoxylates (b) have the general structure R-0- (CH2-CH2-O) x H, in which the radical R is an alkyl radical having 8 to 14 carbon atoms and x is a number in the range from 4 to 10 and that
  • the alkyl ethoxylates (b) need at least four cycles in the individual wetting test to fail.
  • the "individual wetting test” is carried out as follows:
  • twin screw In addition to water cooling, which is intended to prevent premature melting of the granules or powder, there is also a counter-rotating twin screw, which is divided lengthways into three heating zones.
  • the temperature of the heating zones and the speed of the twin screw can be controlled via a PL 2000 data processing plast corder, which is connected to the extruder via a PC interface.
  • the heating zones I, II and III are each set to a temperature of 200 ° C., the three heating zones being air-cooled in order to keep the temperature constant.
  • the mixture of polyopropylene granules and test substance is automatically drawn into the extruder by the twin screw running against each other and transported along the screw.
  • the speed is set to 25 revolutions per minute to ensure thorough mixing and homogenization.
  • This homogeneous and practically bubble-free mixture finally reaches a nozzle, which is a fourth heating zone.
  • the temperature of this nozzle is set to 200 ° C - at this temperature the mixture leaves the extruder.
  • the nozzle is selected so that the average diameter of the strand after it emerges from this nozzle is in the range of approximately 2-3 mm.
  • This strand is granulated, ie cut into small pieces, with lengths of about 2-4 mm being set. The granules obtained are allowed to cool to 20 ° C.
  • These granules are gravimetrically (ie by gravity) converted into fibers in a melt spinning system at a processing temperature of 280 ° C (ie both the melt star temperature and the temperature of the spinneret are set to 280 ° C).
  • the fibers obtained have a fiber titer in the range from about 10 to 30 dtex (1 dtex corresponds to 1 g fiber per 10,000 m Fiber length).
  • 500 m of this fiber are wound on a roll with a diameter of 6.4 cm.
  • This fiber wound on the roll is withdrawn from the roll and the withdrawn circular structure is stabilized by central knotting, whereby a structure which has the shape of an "8" is obtained; this structure is referred to below as "strands".
  • a 1-1 measuring cylinder (glass cylinder with an inner diameter of 6.0 cm) is filled with distilled water at 20 ° C up to the 1000 ml mark. Now hold the strand to be tested in such a way that its longitudinal direction corresponds to the vertical of the measuring cylinder, ie that the strand appears as vertical "8".
  • a weight consisting of Cu wire is now attached to the bottom part of this "8", the mass of the Cu wire being 0.2064 g of Cu per gram of strand.
  • This copper wire is attached to the strand in the form of turns, the diameter of the copper wire turns being approximately 1 to 2 cm; then these copper wire turns are pressed together by lightly pressing between the thumb and forefinger.
  • the strand is left go and use a stopwatch to measure the time in seconds it takes for the strand to move from the 1000 ml mark to the 200 ml mark.
  • the start and end of the measuring time are defined by the fact that the bottom end of the strand passes the 1000 ml and 200 ml mark, respectively. In the present test arrangement, this means that the strand has covered an immersion distance of 28.3 cm on its way between the markings mentioned.
  • This first measured value is referred to as the Cl value (“value of the first wetting cycle”). 3.
  • step 2 is repeated.
  • the value now obtained in seconds of the 28.3 cm sink time is referred to as the C2 value ("value of the second wetting cycle"). Drying and determination of the 28.3 cm sink time are now repeated again, the C3 value ("value of the third wetting cycle") being obtained. Drying and determination of the 28.3 cm sink time are now repeated again, giving the C4 value ("value of the fourth wetting cycle").
  • the individual wetting test is passed if the values for Cl, C2 and C3 each question a maximum of 50 seconds or less.
  • a test substance suitable according to the invention ie an alkyl ethoxylate (b), for the hydrophilic finishing of the polypropylene, a value above 50 seconds is reached at the earliest when passing through the fourth cycle (C4 value).
  • An alkyl ethoxylate (b) is suitable for the purposes of the present invention if a failure, ie a 28.3 cm sink time value above 50 seconds, occurs at the earliest at the C4 value.
  • the alkyl ethoxylates (b) to be used according to the invention are structurally - as already mentioned - characterized by the general structure R-0- (CH2-CH2-O) x H, in which the radical R is an alkyl radical having 8 to 14 carbon atoms and x is a number in the range from 4 to 10 mean.
  • the radical R can be saturated or unsaturated, straight-chain or branched. These compounds can be used both individually and in combination with one another.
  • alkyl ethoxylates of the general structure RO- (CH2-CH2-O) x H are used, in which the radical R is an alkyl radical having 12 to 14 carbon atoms.
  • x is a number in the range from 4 to 7.
  • Particularly preferred compounds of this class are addition compounds of 4 to 7 moles of ethylene oxide to 1 mole of lauryl alcohol, myristyl alcohol or mixtures of these alcohols. The compounds mentioned are used in particular in technical quality.
  • compounds (b) are used which require at least six cycles in the individual wetting test to fail.
  • all the values C1, C2, C3, C4 and C5 in the individual wetting test described above are below 50 seconds.
  • the compounds (b) to be used according to the invention are capable of migration. This is to be understood to mean that these compounds are able to reach the surface of the resulting polyolefin or polyester molded body in the course of the production of the fibers by, for example, extrusion processes. As a result, they accumulate on the surface or the areas close to the surface of the plastic matrix, which has been verified by the applicant by successive removal of surface layers in the order of magnitude of a few nanometers each and subsequent scanning techniques.
  • the polyolefin or polyester fibers which can be obtained by the process according to the invention and textile fabrics which can be produced therefrom — for example nonwovens — are distinguished by excellent wettability by aqueous media.
  • the alkyl ethoxylates (b) are incorporated into the plastic matrix in the course of customary shaping processing processes such as extrusion processes and the like. It may be desirable to use a pre-assembled mixture of components a) and b).
  • Other customary auxiliaries which have been used and which have proven themselves generally in the processing of plastics and which are known to the person skilled in the art, for example slip agents, antistatic agents, lubricants, mold release agents, UV stabilizers, antioxidants, fillers, fire retardants, mold release agents, nucleating agents and antiblocking agents can be pre-assembled accordingly in separate form and added during the final mixing of the finished products.
  • Polyolefins are preferred as component a) in the context of the invention. All known polymer and copolymer types based on ethylene or propylene are suitable here. Mixtures of pure polyolefins with copolymers are also generally suitable. Polymer types which are particularly suitable for the teaching according to the invention are listed in the following compilation:
  • Poly (ethylene) such as HDPE (high density polyethylene), LDPE (low density polyethylene), VLDPE (very low density polyethylene), LLDPE (linear low density polyethylene), MDPE (medium density polyethylene), UHMPE (ultra high molecular polyethylene), VPE (cross-linked polyethylene), HPPE (high pressure polyethylene); isotactic polypropylene; syndiotactic polypropylene; Metallocene-catalyzed polypropylene, impact modified polypropylene, random copolymers based on ethylene and propylene, block copolymers based on ethylene and propylene; EPM (poly [ethylene-co-propylene]); EPDM (Poly [ethylene-co-propylene-co-conjugated diene]).
  • HDPE high density polyethylene
  • LDPE low density polyethylene
  • VLDPE very low density polyethylene
  • LLDPE linear low density polyethylene
  • MDPE medium density polyethylene
  • UHMPE ultra high molecular polyethylene
  • polystyrene poly (styrene); Poly (methylstyrene); Poly (oxymethylene); Metallocene-catalyzed alpha-olefin or cycloolefin copolymers such as norbornene-ethylene copolymers; Copolymers containing at least 80% ethylene and / or styrene and less than 20% monomers such as vinyl acetate, acrylic acid esters, methacrylic acid esters, acrylic acid, acrylonitrile, vinyl chloride.
  • polymers examples include: poly (ethylene-co-ethyl acrylate), poly (ethylene-co-vinyl acetate), poly (ethylene-co-vinyl chloride), poly (styrene-co-acrylonitrile).
  • Graft copolymers and polymer blends are also suitable, ie mixtures of polymers which contain, inter alia, the abovementioned polymers, for example polymer blends based on polyethylene and polypropylene.
  • homopolymers and copolymers based on ethylene and propylene are particularly preferred.
  • only polyethylene is used as the polyolefin, in another embodiment only polypropylene, in another embodiment, copolymers based on ethylene and propylene.
  • component a) is polypropylene.
  • Another object of the invention is the use of the hydrophilized polyolefin or polyester-based fibers produced by the process described above and wettable by aqueous media for the production of textile fabrics.
  • the textile fabrics are preferably nonwovens. In a particularly preferred embodiment, these textile fabrics are intended for use in diapers.
  • the individual wetting test represents a suitable simulation. Diapers are usually worn over a period of 3 to 5 hours, the inside of which is wetted with urine on average up to 3 times. It must then be ensured that a hydrophilically finished fleece based on an otherwise hydrophobic plastic is sufficiently wettable so that the urine can penetrate through the fleece and be bound by the absorber material of the diaper.
  • Nonwovens can be produced by all methods of nonwoven production known in the prior art, as described, for example, in Ullraann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. A 17, VCH Weinheim 1994, pages 572-581.
  • Nonwovens which are produced either by the so-called “dry laid” process or by the spunbonded process or spunbond process are preferred.
  • the “dry laid” process starts with staple fibers, which are usually separated into individual fibers by carding and then folded together using an aerodynamic or hydrodynamic process to form the unconsolidated nonwoven. This is then bonded, for example, to the finished nonwoven by a thermal treatment (the so-called “thermobonding”).
  • the synthetic fibers are either heated to such an extent that their surface melts and the individual fibers are bonded to one another at the contact points, or the fibers are mixed with an additive Coated, which melts during the heat treatment and thus connects the individual fibers to one another.
  • the connection is fixed by cooling.
  • all other methods that are used in the prior art for connecting nonwovens are of course also suitable individual filaments, which are formed by the melt spinning process from extruded polymers which are pressed under high pressure through spinnerets.
  • the filaments emerging from the spinnerets are bundled, stretched and laid down to form a fleece, which is usually by "thermobonding" v is established.

Abstract

The invention relates to a method for the hydrophilic finishing of fibres which consist exclusively or entirely of polyolefins or polyester. According to the invention a mixture containing (a) mostly polyolefins or polyester and (b) between 0.01 and 10 % by weight, in relation to the sum of polyolefin or polyester, of a composition containing at least one compound from the class of alkylethoxylates, is subjected at temperatures of between 180 and 320 °C and in the usual manner to a moulding process yielding fibres. The invention is characterized in that (i) no transition-metal compounds are added to the mixture subjected to the moulding process, either before or during said process; (ii) the alkylethoxylates (b) have the general structure R-O-(CH2-CH2-O)xH, where the rest R is an alkyl rest with between 8 and 14 carbon atoms and x is a number between 4 and 10; and (iii) in the individual wetting test the alkylethoxylates (b) require at least four wetting cycles until failure.

Description

"Verfahren zur hydrophilen Ausrüstung von Fasern auf Basis von Polyolefinen oder Polyester unter Einsatz von Alkylethoxylaten" "Process for the hydrophilic finishing of fibers based on polyolefins or polyester using alkyl ethoxylates"
Gebiet der ErfindungField of the Invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur hydrophilen Ausrüstung von Fasern, die ausschließlich oder ganz Polyolefine oder Polyester enthalten. Dabei kommen spezielle Alkylethoxylate zum Einsatz.The invention relates to a process for the hydrophilic finishing of fibers which contain polyolefins or polyesters exclusively or entirely. Special alkyl ethoxylates are used.
Stand der TechnikState of the art
In zahlreichen Fällen muß die Oberfläche von Kunststoff-Erzeugnissen mit speziellen Effekten versehen werden, die sich während der Formgebung entweder aus technischen Gründen gar nicht bzw. nur unvollkommen oder aber aus wirtschaftlichen Gründen nur unvorteilhaft erzeugen lassen. Ein solcher Effekte ist beispielsweise die Verbesserung der Benetzbarkeit mit polaren Flüssigkeiten wie Wasser - technische Anwendungen liegen hier beispielsweise auf dem Gebiet der Herstellung von Hygieneartikeln.In numerous cases, the surface of plastic products must be provided with special effects that can either not be created at all or only incompletely for technical reasons, or can only be produced disadvantageously for economic reasons. One such effect is, for example, the improvement of wettability with polar liquids such as water - technical applications are, for example, in the field of the manufacture of hygiene articles.
Bei der Herstellung von Hygieneartikeln, wie Windeln oder Damenbinden, werden absorbierende Materialien verwendet, um wäßrige Flüssigkeiten aufzunehmen. Um den direkten Kontakt mit dem absorbierenden Material beim Tragen zu verhindern und den Tragekomfort zu erhöhen wird dieses Material mit einem dünnen, wasserdurchlässigen Vliesstoff umhüllt. Derartige Vliesstoffe werden üblicherweise aus synthetischen Fasern, wie Polyolefin- oder Polyesterfasern hergestellt, da diese Fasern preiswert zu produzieren sind, gute mechanische Eigenschaften aufweisen und thermisch belastbar sind. Allerdings eignen sich unbehandelte Polyolefin- oder Polyesterfasern für diesen Einsatzzweck nicht, da sie aufgrund ihrer hydrophoben Oberfläche keine ausreichende Durchlässigkeit für wäßrige Flüssigkeiten aufweisen.In the manufacture of hygiene articles, such as diapers or sanitary napkins, absorbent materials are used to absorb aqueous liquids. In order to prevent direct contact with the absorbent material during wear and to increase comfort, this material is covered with a thin, water-permeable nonwoven. Such nonwovens are usually made from synthetic fibers, such as polyolefin or polyester fibers, because these fibers are inexpensive to produce are, have good mechanical properties and are thermally resilient. However, untreated polyolefin or polyester fibers are not suitable for this purpose because their hydrophobic surface means that they do not have sufficient permeability to aqueous liquids.
Zu diesem Zweck muß die Faseroberfläche durch eine entsprechende Präparation hydrophil ausgerüstet werden. Gewünscht ist weiterhin, daß die hydrophile Ausrüstung der Faser möglichst lange erhalten bleibt, ohne daß die Wasserdurchlässigkeit des Vliesstoffs verringert wird. Werden derartige Vliesstoffe beispielsweise in Windeln verarbeitet, können diese mehrfach beansprucht werden, ohne wasserundurchlässig zu werden. Auf diese Weise wird die Tragezeit der Windeln erhöht und der durch verbrauchte Windeln verursachte Abfall verringert.For this purpose, the fiber surface must be made hydrophilic by an appropriate preparation. It is also desirable that the hydrophilic finish of the fiber is preserved as long as possible without the water permeability of the nonwoven being reduced. If such nonwovens are processed, for example, in diapers, they can be used several times without becoming water-impermeable. In this way, the wearing time of the diapers is increased and the waste caused by used diapers is reduced.
US-A-5,045,387 beschreibt beispielsweise ein Mittel zur hydrophilen Ausrüstung von Polyolefinfasern welches eine Mischung aus einem alkoxyliertem Ricinolsäurederivat, einem hydrierten Ricinolsäurederivat, einer Cjg-Fettsäure und einem polyalkoxylierten Polymethylsiloxan enthält. Dieses Mittel muß von außen auf die Oberfläche der Fasern oder Folien aufgebracht werden.US-A-5,045,387 describes, for example, an agent for the hydrophilic finishing of polyolefin fibers which contains a mixture of an alkoxylated ricinoleic acid derivative, a hydrogenated ricinoleic acid derivative, a Cjg fatty acid and a polyalkoxylated polymethylsiloxane. This agent must be applied from the outside to the surface of the fibers or films.
US-A-5,654,086 beschreibt die hydrophile Ausrüstung von ansonsten hydrophoben Fasern auf Basis thermoplastischer Kunststoffe, wobei man die hydrophobe Faser mit einer Mischung aus fünf oberflächenaktiven Substanzen (Tensiden) behandelt. Dabei handelt es sich um (A) Polyoxyalkylen-Addukte von C28-50~Alkoholen oder -Alkylaminen oder Fettsäureamiden auf Basis von C30-50-Fettsäuren, (B) Polyoxyalkylen-Addukte von Fettsäureamiden auf Basis von C20-28-Fettsäuren > (Q Fettsäureamide auf Basis von Cl6-28"Fettsäuren und Alkanolaminen, (D) Polyoxyalkylen-Addukte C JO-22" Alkylphosphat-Salzen und (E) Ci2-16"Alkylsulfonatsalzen. EP-A-400,622 beschreibt ein Verfahren, um nichtgewebten Materialien, die hydrophobe Fasern enthalten, hydrophile Eigenschaften zu verleihen. Dabei wird eine Zusammensetzung, die spezielle polyoxyalkylierte sekundäre oder tertiäre Amine enthält, vor dem Verspinnen in eine geschmolzene Zusammensetzung eingebracht, die Polyolefin enthält.US Pat. No. 5,654,086 describes the hydrophilic finishing of otherwise hydrophobic fibers based on thermoplastic plastics, the hydrophobic fiber being treated with a mixture of five surface-active substances (surfactants). It is to (A) polyoxyalkylene adducts of C28-50 ~ alcohols or alkyl amines or fatty acid amides based on C30-50-F e ttsäuren, (B) polyoxyalkylene adducts of fatty acid amides based on C20-28-F ettsäuren > (Q fatty acid amides "ettsäuren F and alkanolamines, (D) polyoxyalkylene adducts C JO-22" based on Cl6-28 alkyl phosphate salts, and (e) Ci2-16 "Alkylsulfonatsalzen. EP-A-400,622 describes a method for imparting hydrophilic properties to nonwoven materials containing hydrophobic fibers. A composition containing special polyoxyalkylated secondary or tertiary amines is introduced into a molten composition containing polyolefin before spinning.
EP-B-372 890 beschreibt Fasern auf Polyolefin- oder Polyester-Basis mit einem mit der Oberfläche verhafteten Schmiermittel. Dieses Schmiermittel umfaßt eine Mischung aus (1) Fettsäurediethanolamid, (2) einem Polyether-modifizierten Silikon, (3) einem Sorbi- tan-Fettsäureester und (4) einem Metallsalz eines Alkylsulfonats; dabei liegen die Komponenten (1) bis (4) in speziellen Mengenverhältnissen vor. Gemäß Seite 3, Zeilen 20-26 wird die Mischung der Komponenten (1) bis (4) auf die Oberfläche aufgebracht. Diese Technik des Aufbringens der die vier Komponenten enthaltenden Mischung auf die Oberfläche bereits fertiger Fasern wird auch auf Seite 4, Zeilen 6-9 nochmals näher erläutert. Dort sind als Aufbring-Techniken genannt: a) der Einsatz von Rollen, b) ein Aufsprühen und c) das Eintauchen. Es handelt sich demnach um ein Verfahren, bei dem eine Mischung der Komponenten (1) bis (4) in einem zusätzlichen Verarbeitungsschritt auf die Oberfläche von Polyolefm-Formteilen aufgebracht wird. Der in Anspruch 1 der EP-B-372 890 verwendete Ausdruck „mit der Faseroberfläche verhaftet" ist demnach vom Fachmann klar in der Weise zu verstehen, daß es sich dabei lediglich um eine lockere und temporäre Haftung - etwa durch relativ schwache Adhäsionskräfte - handelt, keinesfalls aber um eine dauerhafte Verankerung.EP-B-372 890 describes fibers based on polyolefin or polyester with a lubricant adhered to the surface. This lubricant comprises a mixture of (1) fatty acid diethanolamide, (2) a polyether-modified silicone, (3) a sorbitan fatty acid ester and (4) a metal salt of an alkyl sulfonate; Components (1) to (4) are available in special proportions. According to page 3, lines 20-26, the mixture of components (1) to (4) is applied to the surface. This technique of applying the mixture containing the four components to the surface of finished fibers is also explained in more detail on page 4, lines 6-9. There are listed as application techniques: a) the use of rollers, b) spraying and c) immersion. It is therefore a process in which a mixture of components (1) to (4) is applied to the surface of polyolefin moldings in an additional processing step. The expression "adhered to the fiber surface" used in claim 1 of EP-B-372 890 is accordingly to be clearly understood by the person skilled in the art in such a way that it is merely a loose and temporary adhesion - for example due to relatively weak adhesive forces. by no means a permanent anchoring.
EP-B-616 622 betrifft extrudierbare, kompostierbare Polymerzusammensetzungen, umfassend ein extrudierbares, thermoplastisches Polymer, Copolymer oder Mischungen davon, die ein abbauförderndes System aus einem autooxidativen Bestandteil und einem Übergangsmetall enthält. Das autooxidative System umfaßt dabei eine Fettsäure, eine substituierte Fettsäure oder Derivate oder Mischungen davon, wobei die Fettsäure 10 bis 22 C-Atome aufweist und mindestens 0, 1 Gew.-% ungesättigter Verbindungen und mindestens 0,1 Gew.-% freie Säure enthält. Das Übergangsmetall ist in der Zusammensetzung in einer Menge von 5-500 ppm in Form eines Salzes enthalten und ausgewählt aus der Gruppe Kobalt, Mangan, Kupfer, Cer, Vanadium und Eisen. Die Zusammensetzung soll in Form einer Folie einer Dicke von etwa 100 Mikron bei 60 °C und einer relativen Feuchtigkeit von mindestens 80% innerhalb von 14 Tagen oxidativ zur Versprödung abbaubar sein.EP-B-616 622 relates to extrudable, compostable polymer compositions comprising an extrudable, thermoplastic polymer, copolymer or mixtures thereof which contains a degradation-promoting system composed of an autooxidative component and a transition metal. The autooxidative system comprises a fatty acid, a substituted fatty acid or derivatives or mixtures thereof, the fatty acid 10 to Has 22 carbon atoms and contains at least 0.1% by weight of unsaturated compounds and at least 0.1% by weight of free acid. The transition metal is contained in the composition in an amount of 5-500 ppm in the form of a salt and selected from the group cobalt, manganese, copper, cerium, vanadium and iron. The composition should be in the form of a film about 100 microns thick at 60 ° C and a relative humidity of at least 80% biodegradable within 14 days for embrittlement.
WO 98/42898 beschreibt die Verwendung von Amphiphilen zur dauerhaften Hydrophili- sierung der Oberflächen von Polyolefin-basierten Formkörpern, Fasern und Folien. Dabei unterwirft man eine Mischung enthaltend (a) überwiegend ein oder mehrere Polyolefine, (b) 0,01 bis 10 Gew.-% - bezogen auf die Polyolefine - ein oder mehrerer migrationsfähiger Amphiphile und (c) 0,01 bis 1000 ppm ein oder mehrerer Übergangsmetall- Verbindungen - Metallgehalt der Übergangsmetall-Verbindungen bezogen auf die Polyolefine - bei Temperaturen im Bereich von 180 bis 320 °C auf übliche Weise einer formgebenden Verarbeitung wie Extrusions-, Kalandrier-, Spritzgußverfahren und dergleichen. Gemäß der technischen Lehre der WO 98/42898 ist bei der Herstellung der hy- drophilisierten Polyolefin-Formkörper zwingend, daß alle drei Merkmale (a), (b) und (c) beachtet werden, d.h. daß bei der Herstellung zwingend eine Übergangsmetall- Verbindung, die als Katalysator anzusehen ist, eingesetzt wird.WO 98/42898 describes the use of amphiphiles for the permanent hydrophilization of the surfaces of polyolefin-based moldings, fibers and films. A mixture comprising (a) predominantly one or more polyolefins, (b) 0.01 to 10% by weight, based on the polyolefins, of one or more migratable amphiphiles and (c) 0.01 to 1000 ppm, are subjected several transition metal compounds - metal content of the transition metal compounds based on the polyolefins - at temperatures in the range from 180 to 320 ° C. in a customary manner in shaping processing such as extrusion, calendering, injection molding and the like. According to the technical teaching of WO 98/42898, it is imperative in the production of the hydrophilized polyolefin moldings that all three features (a), (b) and (c) are observed, i.e. that a transition metal compound, which is to be regarded as a catalyst, is mandatory in the production.
Es ist auch bekannt, die Eigenschaften der Kunststoff-Oberfläche zur Erzielung spezieller Effekte durch beispielsweise oxidative Nachbehandlungsverfahren wie Corona- oder Plasmabehandlung zu verbessern. Hierbei wird der Kunststoff in Gegenwart von Gasen und Entladungen an der Oberfläche oxidiert oder chemisch modifiziert, wodurch sich gewisse Oberflächen-Eigenschaften des Kunststoffs modifizieren lassen. Diese Methoden erfordern jedoch neben einem hohen Energieeinsatz stets einen zusätzlichen Arbeitsgang und führen zu Ozonemissionen bei der Fertigung von Kunststoffteilen. Daneben sind - b -It is also known to improve the properties of the plastic surface in order to achieve special effects by, for example, oxidative aftertreatment methods such as corona or plasma treatment. Here, the plastic is oxidized or chemically modified in the presence of gases and discharges on the surface, which means that certain surface properties of the plastic can be modified. However, these methods always require an additional operation in addition to high energy consumption and lead to ozone emissions in the manufacture of plastic parts. Are next to it - b -
chemische Vorbehandlungsverfahren wie z.B. das Behandeln mit Fluor- oder Chlorgas, mit Chromschwefelsäure oder Fluorsulfonsäure, usw. seit längerem bekannt.chemical pretreatment processes such as the treatment with fluorine or chlorine gas, with chromosulfuric acid or fluorosulfonic acid, etc. has been known for a long time.
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, Arbeitsmittel bereitzustellen, mit denen Fasern auf Basis von Polyolefinen oder Polyester sowie davon abgeleitete Werkstoffe wie Vliese nachhaltig hydrophil ausgerüstet und der mehrfachen Benetzung durch wäßrige Medien - beispielsweise Urin - zugänglich gemacht werden können.It was an object of the present invention to provide tools with which fibers based on polyolefins or polyester and materials derived therefrom, such as nonwovens, can be given a hydrophilic finish and made accessible to multiple wetting by aqueous media, for example urine.
Der Begriff der Hydrophihsierung - in jüngerer Zeit spricht man auch oft von Hydrophi- lierung - ist dem Fachmann wohlvertraut. Hierzu wird in dem bekannten Standardwerk „Lexikon für Textilveredlung" (Herausgeber: Hans-Karl Rouette; Band 1 ; Dülmen 1995, Seiten 859-862) ausgeführt, daß durch Hydrophihsierung hydrophobe Fasern für Wasser benetzbar gemacht werden, was etwa für eine bessere Auswaschbarkeit von Synthesefaserartikeln wie auch für einen besseren Tragekomfort solcher Artikel sinnvoll ist. Beispiele für meßtechnische Indikatoren einer erfolgreichen Hydrophihsierung sind etwa das Netzen (die Oberflächenausbreitung einer Flüssigkeit) oder die Steighöhe (ein Maß für die Geschwindigkeit, mit der Wasser in textilen Flächengebilden entgegen der Schwerkraft transportiert wird).The term “hydrophilization” - more recently “hydrophilization” is often used - is well known to the person skilled in the art. For this purpose, in the well-known standard work "Lexikon für Textilveredlung" (publisher: Hans-Karl Rouette; Volume 1; Dülmen 1995, pages 859-862) it is stated that hydrophobic fibers are made wettable by water by means of hydrophilization, which, for example, improves the washability of Synthetic fiber articles as well as for a better wearing comfort of such articles are useful. Examples of measurement-technical indicators of successful hydrophilization are, for example, wetting (the surface spread of a liquid) or the height of rise (a measure of the speed with which water is transported in textile fabrics against gravity ).
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter Hydrophihsierung - synonym hierfür wird im folgenden auch der Begriff der "hydrophilen Ausrüstung" verwendet - verstanden, daß Polyolefin- bzw. Polyester-Oberflächen, die mit Wasser einen Benetzungswin- kel von mehr als 90° bilden - also „hydrophobe" Grenzflächen - durch eine spezielle Maßnahme so modifiziert werden, daß ihr Grenzwinkel nach dieser Maßnahme zu kleineren Werten hin verschoben ist. Es handelt sich hier um eher dynamische Wechselwirkungen entsprechend modifizierter Polymeroberflächen mit Molekülen oder Substraten, die nicht immobilisiert, sondern in flexibler Weise mit der Polymeroberfläche in Kontakt stehen. In dieser Hinsicht grenzen sich die Wirkungen, die unter den Begriff der Hydrophihsierung fallen, ausdrücklich von Phänomenen ab, bei denen Moleküle oder Substraten in dauerhafter Fixierung mit der Polymeroberfläche in Kontakt stehen, wie es etwa bei Beschichtungen und Verklebungen oder beim Färben und Bedrucken der Fall ist.In the context of the present invention, hydrophilization - synonymously for this also the term “hydrophilic finishing” is used below - is understood to mean that polyolefin or polyester surfaces which form a wetting angle of more than 90 ° with water - that is "Hydrophobic" interfaces - be modified by a special measure so that their critical angle is shifted to smaller values after this measure. These are rather dynamic interactions of appropriately modified polymer surfaces with molecules or substrates not immobilized, but in flexible contact with the polymer surface. In this regard, the effects that fall under the concept of hydrophilization are expressly differentiated from phenomena in which molecules or substrates are in permanent fixation in contact with the polymer surface, such as is the case with coatings and bonds or with dyeing and printing is.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur hydrophilen Ausrüstung von Fasern, die ausschließlich oder ganz Polyolefine oder Polyester enthalten, wobei man eine Mischung enthaltend (a) überwiegend Polyolefine oder Polyester und (b) 0,01 bis 10 Gew.-% - bezogen auf die Summe von Polyolefin und Polyester - einer Zusammensetzung, die mindestens eine Verbindung aus der Klasse der Alkylethoxylate enthält, bei Temperaturen im Bereich von 180 bis 320 °C auf übliche Weise einer formgebenden Verarbeitung zu Fasern unterwirft, wobeiThe invention relates to a process for the hydrophilic finishing of fibers which exclusively or entirely contain polyolefins or polyesters, a mixture comprising (a) predominantly polyolefins or polyesters and (b) 0.01 to 10% by weight, based on the Sum of polyolefin and polyester - a composition which contains at least one compound from the class of alkyl ethoxylates, is subjected at a temperature in the range from 180 to 320 ° C. in a customary manner to shaping into fibers, where
(i) man der Mischung, die man der formgebenden Verarbeitung unterwirft, vor oder während dieser formgebenden Verarbeitung keine Ubergangsmetallverbindungen zudosiert,(i) no transition metal compounds are metered into the mixture which is subjected to the shaping processing before or during this shaping processing,
(ii) die Alkylethoxylate (b) die allgemeine Struktur R-0-(CH2-CH2-O)xH aufweisen, worin der Rest R einen Alkylrest mit 8 bis 14 C-Atomen und x eine Zahl im Bereich von 4 bis 10 bedeuten und daß(ii) the alkyl ethoxylates (b) have the general structure R-0- (CH2-CH2-O) x H, in which the radical R is an alkyl radical having 8 to 14 carbon atoms and x is a number in the range from 4 to 10 and that
(iii) die Alkylethoxylate (b) im individuellen Benetzungstest mindestens vier Cyclen bis zum Versagen benötigen.(iii) the alkyl ethoxylates (b) need at least four cycles in the individual wetting test to fail.
Der "individuelle Benetzungstest" ist wie folgt durchzuführen:The "individual wetting test" is carried out as follows:
1. Man vermengt 600 g eines hochmolekularen Polypropylen-Granulates (Handelsprodukt "Eltex PHY 671" der Firma Solvay) mit 9,0 g (=1,5 Gew.-%) der - hinsichtlich einer hydrophilen Ausrüstung - zu prüfenden Substanz. Diese Mischung wird durch einen Trichter in einen Extruder eingebracht (Doppelschneckenextruder DSK 42/7 der Firma Brabender OHG / Duisburg). Ein Extruder ist - wie dem Fachmann hinlänglich bekannt - eine Kunststoff- Verarbeitungsmaschine, welche zum kontinuierlichen Mischen und Plastifizieren sowohl von pulver- als auch granulatförmigen Thermoplasten geeignet ist. Unter dem Einfülltrichter befindet sich neben einer Wasserkühlung, die ein verfrühtes Schmelzen des Granulates bzw. Pulvers verhindern soll, auch eine gegenläufige Doppelschnecke, die der Länge nach in drei Heizzonen aufgeteilt ist. Die Temperatur der Heizzonen und die Drehzahl der Doppelschnecke lassen sich über einen Datenverarbeitungs-Plast-Corder PL 2000 regeln, der über eine PC- Schnittstelle mit dem Extruder verbunden ist. Dabei werden die Heizzonen I, II und III auf eine Temperatur von jeweils 200°C eingestellt, wobei die drei Heizzonen luftgekühlt werden, um die Temperatur konstant zu halten. Die Mischung von Polyopropylen- Granulat und Prüfsubstanz wird automatisch durch die gegeneinander laufende Doppelschnecke in den Extruder eingezogen und entlang der Schnecke befördert. Die Drehzahl wird auf 25 Umdrehungen pro Minute eingestellt, um eine gute Durchmischung und Homogenisierung zu gewährleisten. Diese homogene und praktisch bläschenfreie Mischung gelangt schließlich in eine Düse, die eine vierte Heizzone darstellt. Die Temperatur dieser Düse wird auf 200 °C eingestellt - bei dieser Temperatur verläßt also die Mischung den Extruder. Die Düse wird so gewählt, daß der mittlere Durchmesser des Stranges nach dem Austritt aus dieser Düse im Bereich von etwa 2 - 3 mm liegt. Dieser Strang wird granuliert, d.h. in kleine Stücke geschnitten, wobei man Längen von etwa 2-4 mm einstellt. Das erhaltene Granulat läßt man auf 20 °C abkülen. Dieses Granulat wird in einer Schmelzspinnanlage bei einer Verarbeitungstemperatur von 280 °C (d.h man stellt sowohl die Schmelzsterntemperatur als auch die Temperatur der Spinndüse auf 280 °C ein) gravimetrisch (d.h. durch Schwerkrafteinwirkung) in Fasern überführt. Die erhaltenen Fasern weisen einen Fa- sertiter im Bereich von etwa 10 - 30 dtex auf (1 dtex entspricht 1 g Faser pro 10000 m Faserlänge). Anschließend werden 500 m dieser Faser auf eine Rolle mit einem Durchmesser von 6,4 cm aufgewickelt. Diese auf die Rolle aufgewickelte Faser wird von der Rolle abgezogen und das abgezogene kreisförmige Gebilde durch mittiges Verknoten stabilisiert, wobei ein Gebilde erhalten wird, das die Form einer "8" hat; dieses Gebilde wird nachfolgend als "Strängchen" bezeichnet.1. 600 g of high-molecular polypropylene granules (commercial product "Eltex PHY 671" from Solvay) are mixed with 9.0 g (= 1.5% by weight) of the substance to be tested with regard to a hydrophilic finish. This mix is made by introduced a hopper into an extruder (twin screw extruder DSK 42/7 from Brabender OHG / Duisburg). An extruder is - as is well known to the person skilled in the art - a plastic processing machine which is suitable for the continuous mixing and plasticizing of both powder and granular thermoplastics. In addition to water cooling, which is intended to prevent premature melting of the granules or powder, there is also a counter-rotating twin screw, which is divided lengthways into three heating zones. The temperature of the heating zones and the speed of the twin screw can be controlled via a PL 2000 data processing plast corder, which is connected to the extruder via a PC interface. The heating zones I, II and III are each set to a temperature of 200 ° C., the three heating zones being air-cooled in order to keep the temperature constant. The mixture of polyopropylene granules and test substance is automatically drawn into the extruder by the twin screw running against each other and transported along the screw. The speed is set to 25 revolutions per minute to ensure thorough mixing and homogenization. This homogeneous and practically bubble-free mixture finally reaches a nozzle, which is a fourth heating zone. The temperature of this nozzle is set to 200 ° C - at this temperature the mixture leaves the extruder. The nozzle is selected so that the average diameter of the strand after it emerges from this nozzle is in the range of approximately 2-3 mm. This strand is granulated, ie cut into small pieces, with lengths of about 2-4 mm being set. The granules obtained are allowed to cool to 20 ° C. These granules are gravimetrically (ie by gravity) converted into fibers in a melt spinning system at a processing temperature of 280 ° C (ie both the melt star temperature and the temperature of the spinneret are set to 280 ° C). The fibers obtained have a fiber titer in the range from about 10 to 30 dtex (1 dtex corresponds to 1 g fiber per 10,000 m Fiber length). Then 500 m of this fiber are wound on a roll with a diameter of 6.4 cm. This fiber wound on the roll is withdrawn from the roll and the withdrawn circular structure is stabilized by central knotting, whereby a structure which has the shape of an "8" is obtained; this structure is referred to below as "strands".
2. Man füllt einen 1-1-Meßzylinder (Glaszylinder mit einem Innendurchmesser von 6,0 cm) mit destilliertem Wasser von 20 °C und zwar bis zur 1000-ml-Markierung. Nun hält man das zu prüfende Strängchen in der Weise, das seine Längsrichtung mit der Vertikale des Meßzylinders übereinstimmt, d.h. daß das Strängchen als vertikale "8" erscheint. An den untersten Teil dieser "8" hängt man nun ein Gewicht, das aus Cu- Draht besteht, wobei die Masse des Cu-Drahtes 0,2064 g Cu pro Gramm Strängchen beträgt. Dieser Cu-Draht wird in Form von Windungen an dem Strängchen befestigt, wobei der Durchmesser der Cu-Draht- Windungen etwa 1 bis 2 cm beträgt; anschließend werden diese Cu-Draht- Windungen durch leichtes Drücken zwischen Daumen und Zeigefinger zusammengepreßt. Nun hält man das Strängchen mit dem Cu- Gewicht über die Wasseroberfläche des Meßzylinders und zwar so, daß der untere Teil des Cu-Gewichtes in das Wasser eintaucht und der unterste Teil des Strängchens sich etwa 2 mm über der Wasseroberfläche befindet Dann läßt man das Strängchen los und mißt mit einer Stoppuhr die Zeit in Sekunden, die das Strängchen benötigt, um von der 1000-ml-Markierung bis zur 200-ml-Markierung zu gelangen. Beginn und Ende der Meßzeit sind dadurch definiert, daß das unterste Ende des Strängchens jeweils die 1000-ml- bzw. die 200-ml-Marke passiert. In der vorliegenden Versuchsanordnung bedeutet das, daß das Strängchen auf seinem Weg zwischen den genannten Markierungen eine Tauchstrecke von 28,3 cm zurückgelegt hat. Dieser erste Meßwert wird als Cl-Wert ("Wert des ersten Benetzungscyclus") bezeichnet. 3. Das Strängchen wird unmittelbar nach Bestimmung des Cl -Wertes aus dem Meßzylinder genommen, mit Zellstoff abgetupft und 1 Stunde in einem Umlufttrocken- schrank (Typ UT 5042 EK der Firma Heraeus) bei 40 °C getrocknet. Anschließend wird Schritt 2 wiederholt. Der jetzt erhaltene Wert in Sekunden der 28,3-cm-Sinkzeit wird als C2-Wert ("Wert des zweiten Benetzungscyclus") bezeichnet. Trocknung und Bestimmung der 28,3-cm-Sinkzeit werden nun erneut wiederholt, wobei man den C3- Wert ("Wert des dritten Benetzungscyclus") erhält. Trocknung und Bestimmung der 28,3-cm-Sinkzeit werden nun erneut wiederholt, wobei man den C4-Wert ("Wert des vierten Benetzungscyclus") erhält. Trocknung und Bestimmung der 28,3-cm-Sinkzeit werden nun erneut wiederholt, wobei man den C5-Wert ("Wert des fünften Benetzungscyclus") erhält. Gewünschtenfalls kann die beschriebene Prozedur auch noch mehrfach wiederholt werden, es können also bei Bedarf auch noch C5-, C6-, C7- usw. Werte bestimmt werden.2. A 1-1 measuring cylinder (glass cylinder with an inner diameter of 6.0 cm) is filled with distilled water at 20 ° C up to the 1000 ml mark. Now hold the strand to be tested in such a way that its longitudinal direction corresponds to the vertical of the measuring cylinder, ie that the strand appears as vertical "8". A weight consisting of Cu wire is now attached to the bottom part of this "8", the mass of the Cu wire being 0.2064 g of Cu per gram of strand. This copper wire is attached to the strand in the form of turns, the diameter of the copper wire turns being approximately 1 to 2 cm; then these copper wire turns are pressed together by lightly pressing between the thumb and forefinger. Now hold the strand with the Cu weight over the water surface of the measuring cylinder so that the lower part of the Cu weight is immersed in the water and the lowest part of the strand is about 2 mm above the water surface. Then the strand is left go and use a stopwatch to measure the time in seconds it takes for the strand to move from the 1000 ml mark to the 200 ml mark. The start and end of the measuring time are defined by the fact that the bottom end of the strand passes the 1000 ml and 200 ml mark, respectively. In the present test arrangement, this means that the strand has covered an immersion distance of 28.3 cm on its way between the markings mentioned. This first measured value is referred to as the Cl value (“value of the first wetting cycle”). 3. The strand is removed from the measuring cylinder immediately after the Cl value has been determined, blotted with cellulose and dried for 1 hour in a forced-air drying cabinet (type UT 5042 EK from Heraeus) at 40 ° C. Then step 2 is repeated. The value now obtained in seconds of the 28.3 cm sink time is referred to as the C2 value ("value of the second wetting cycle"). Drying and determination of the 28.3 cm sink time are now repeated again, the C3 value ("value of the third wetting cycle") being obtained. Drying and determination of the 28.3 cm sink time are now repeated again, giving the C4 value ("value of the fourth wetting cycle"). Drying and determination of the 28.3 cm sink time are now repeated again, giving the C5 value ("value of the fifth wetting cycle"). If desired, the described procedure can also be repeated several times, so that if necessary, C5, C6, C7, etc. values can also be determined.
4. Sofern 28,3-cm-Sinkzeiten (Cl- bis C5-Werte) oberhalb von 180 Sekunden liegen, wird der jeweilige Cyclus beendet.4. If 28.3 cm sink times (Cl to C5 values) are above 180 seconds, the respective cycle is ended.
5. Sofern an dem Strängchen, vorwiegend in dessen oberen Teil, beim Eintauchen in das Wasser des Meßzylinders Luftblasen hängenbleiben, werden diese sofort mittels eines Drahtes oder durch kurzes Berühren mit einem Finger entfernt.5. If air bubbles get stuck on the strand, mainly in its upper part, when immersed in the water of the measuring cylinder, these are immediately removed by means of a wire or by briefly touching it with a finger.
Der individuelle Benetzungstest gilt als bestanden, wenn die Werte für Cl, C2 und C3 jeweils maximal 50 Sekunden oder weniger befragen. Dies ist gleichbedeutend damit, daß beim Einsatz einer erfindungsgemäß geeigneten Prüfsubstanz, d.h eines Alkylethoxylates (b), zur hydrophilen Ausrüstung des Polypropylens frühestens beim Durchlaufen des vierten Cyclus (C4-Wert) ein Wert oberhalb von 50 Sekunden erreicht wird. Ein Alkyl- ethoxylat (b) ist dann geeignet im Sinne der vorliegenden Erfindung, wenn ein Versagen, also ein 28,3-cm-Sinkzeiten-Wert oberhalb von 50 Sekunden, frühestens beim C4-Wert eintritt. Die erfindungsgemäß einzusetzenden Alkylethoxylate (b) sind strukturell - wie bereits gesagt - durch die allgemeine Struktur R-0-(CH2-CH2-O)xH charakterisiert, worin der Rest R einen Alkyirest mit 8 bis 14 C-Atomen und x eine Zahl im Bereich von 4 bis 10 bedeuten. Der Rest R kann dabei gesättigt oder ungesättigt, geradkettig oder verzweigt sein. Diese Verbindungen können sowohl einzeln als auch in Kombination miteinander eingesetzt werden.The individual wetting test is passed if the values for Cl, C2 and C3 each question a maximum of 50 seconds or less. This is equivalent to the fact that when using a test substance suitable according to the invention, ie an alkyl ethoxylate (b), for the hydrophilic finishing of the polypropylene, a value above 50 seconds is reached at the earliest when passing through the fourth cycle (C4 value). An alkyl ethoxylate (b) is suitable for the purposes of the present invention if a failure, ie a 28.3 cm sink time value above 50 seconds, occurs at the earliest at the C4 value. The alkyl ethoxylates (b) to be used according to the invention are structurally - as already mentioned - characterized by the general structure R-0- (CH2-CH2-O) x H, in which the radical R is an alkyl radical having 8 to 14 carbon atoms and x is a number in the range from 4 to 10 mean. The radical R can be saturated or unsaturated, straight-chain or branched. These compounds can be used both individually and in combination with one another.
In einer bevorzugten Ausführungsform setzt man solche Alkylethoxylate der allgemeinen Struktur R-O-(CH2-CH2-O)xH ein, worin der Rest R einen Alkyirest mit 12 bis 14 C- Atomen bedeutet. In einer weiteren Ausführungsform ist x eine Zahl im Bereich von 4 bis 7. Besonders bevorzugte Verbindungen dieser Klasse sind Anlagerungsverbindungen von 4 bis 7 Mol Ethylenoxid an 1 Mol von Laurylalkohol, Myristylalkohol oder Gemische dieser Alkohole. Die genannten Verbindungen werden insbesondere in technischer Qualität eingesetzt.In a preferred embodiment, such alkyl ethoxylates of the general structure RO- (CH2-CH2-O) x H are used, in which the radical R is an alkyl radical having 12 to 14 carbon atoms. In a further embodiment, x is a number in the range from 4 to 7. Particularly preferred compounds of this class are addition compounds of 4 to 7 moles of ethylene oxide to 1 mole of lauryl alcohol, myristyl alcohol or mixtures of these alcohols. The compounds mentioned are used in particular in technical quality.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung setzt man solche Verbindungen (b) ein, die im individuellen Benetzungstest mindestens sechs Cyclen bis zum Versagen benötigen. Bei diesen Verbindungen sind also sämtliche Werte Cl, C2, C3, C4 und C5 im oben beschriebenen individuellen Benetzungstest unterhalb von 50 Sekunden.In a particularly preferred embodiment of the invention, compounds (b) are used which require at least six cycles in the individual wetting test to fail. In the case of these compounds, all the values C1, C2, C3, C4 and C5 in the individual wetting test described above are below 50 seconds.
Die erfindungsgemäß einzusetzenden Verbindungen (b) sind zur Migration befähigt. Darunter ist zu verstehen, daß diese Verbindungen in der Lage sind, im Zuge der Herstellung der Fasern durch beispielsweise Extrusionsverfahren an die Oberfläche des resultierenden Polyolefin- bzw. Polyester-Formkörpers zu gelangen. Sie reichern sich dadurch an der Oberfläche bzw. den Oberflächen-nahen Bereichen der Kunststoff-Matrix an, was durch sukzessives Abtragen von Oberflächenschichten in der Größenordnung von jeweils wenigen Nanometern und anschließende Abscan-Techniken von der Anmelderin verifiziert wurde. Die durch das erfindungsgemäße Verfahren zugänglichen Polyolefin- bzw. Polyesterfasern sowie daraus herstellbare textile Flächengebilde - etwa Vliese - zeichnen sich durch eine ausgezeichnete Benetzbarkeit durch wäßrige Medien aus.The compounds (b) to be used according to the invention are capable of migration. This is to be understood to mean that these compounds are able to reach the surface of the resulting polyolefin or polyester molded body in the course of the production of the fibers by, for example, extrusion processes. As a result, they accumulate on the surface or the areas close to the surface of the plastic matrix, which has been verified by the applicant by successive removal of surface layers in the order of magnitude of a few nanometers each and subsequent scanning techniques. The polyolefin or polyester fibers which can be obtained by the process according to the invention and textile fabrics which can be produced therefrom — for example nonwovens — are distinguished by excellent wettability by aqueous media.
Durch das technische Handeln im Sinne der erfindungsgemäßen Lehre wird einerseits sichergestellt, daß die angestrebte verbesserte und dauerhafte Oberflächen-Hydrophilie erreicht wird, andererseits, daß dies ohne Beeinträchtigung anderer Werkstoffparameter gelingt.The technical action within the meaning of the teaching according to the invention ensures on the one hand that the desired improved and permanent surface hydrophilicity is achieved, and on the other hand that this can be achieved without impairing other material parameters.
Die Einarbeitung der Alkylethoxylate (b) in die Kunststoff-Matrix geschieht im Rahmen üblicher formgebender Verarbeitungsprozesse wie Extrusionsverfahren und dergleichen. Dabei kann es gewünscht sein, eine vorkonfektionierte Mischung der Komponenten a) und b) einzusetzen. Mitverwendete weitere übliche Hilfsstoffe, die sich bei der Verarbeitung von Kunststoffen allgemein bewährt haben und die dem Fachmann bekannt sind, beispielsweise Slipmittel, Antistatika, Gleitmittel, Trennmittel, UV- Stabilisatoren, Anti- oxidantien, Füllstoffe, Brandschutzmittel, Entformungsmittel, Nukleirungsmittel und An- tiblockmittel können entsprechend in getrennter Form vorkonfektioniert und bei der abschließenden Aufmischung der Fertigprodukte zugegeben werden. Es kann aber - beispielsweise bei Anwendung der Extrudiertechnik - auch gewünscht sein, die Komponenten b) und/ oder andere Additive ganz oder teilweise direkt in die Polymerschmelze am Extruder einzudosieren, so daß die Mischung der Komponenten a) und b) - und gegebenenfalls weiterer Hilfsstoffe - nicht schon von vornherein als Vorkonfektionat vorhanden ist, sondern erst im Extruder selbst vorliegt. Eine derartige Technik bietet sich beispielsweise dann an, wenn die der Polymerschmelze zuzudosierenden Verbindungen b) in flüssiger Form vorliegen und ein Einspritzen dieser Komponente einfacher ist, als eine Vor- konfektionierung. Es kann auch gewünscht sein - obgleich zur Erzielung des erfindungsgemäßen Effektes nicht erforderlich - im Anschluß an den erfindungsgemäßen Einsatz der Komponenten a) und b) auf übliche Weise eine Corona- oder Plasmabehandlung vorzunehmen.The alkyl ethoxylates (b) are incorporated into the plastic matrix in the course of customary shaping processing processes such as extrusion processes and the like. It may be desirable to use a pre-assembled mixture of components a) and b). Other customary auxiliaries which have been used and which have proven themselves generally in the processing of plastics and which are known to the person skilled in the art, for example slip agents, antistatic agents, lubricants, mold release agents, UV stabilizers, antioxidants, fillers, fire retardants, mold release agents, nucleating agents and antiblocking agents can be pre-assembled accordingly in separate form and added during the final mixing of the finished products. However, it may also be desirable, for example when using the extrusion technology, to meter all or part of the components b) and / or other additives directly into the polymer melt on the extruder, so that the mixture of components a) and b) - and optionally other auxiliaries - is not already available as a ready-made product from the start, but is only present in the extruder itself. Such a technique is useful, for example, when the compounds b) to be metered into the polymer melt are in liquid form and injection of this component is easier than pre-assembly. It may also be desirable - although not necessary to achieve the effect according to the invention - to carry out a corona or plasma treatment in the usual way after the use of components a) and b) according to the invention.
Als Komponente a) sind im Rahmen der Erfindung Polyolefine bevorzugt. Hier eigenen sich an sich alle heute bekannten Polymer- und Copolymertypen auf Ethylen- beziehungsweise Propylen-Basis. Auch Abmischungen reiner Polyolefine mit Copolymeren sind grundsätzlich geeignet. Für die erfindungsgemäße Lehre besonders geeignete Polymertypen sind in der nachfolgenden Zusammenstellung aufgezählt:Polyolefins are preferred as component a) in the context of the invention. All known polymer and copolymer types based on ethylene or propylene are suitable here. Mixtures of pure polyolefins with copolymers are also generally suitable. Polymer types which are particularly suitable for the teaching according to the invention are listed in the following compilation:
Poly(ethylene) wie HDPE (high density polyethylene), LDPE (low density polyethylene), VLDPE (very low density polyethylene), LLDPE (linear low density polyethylene), MDPE (medium density polyethylene), UHMPE (ultra high molecular polyethylene), VPE (vernetztes Polyethylen), HPPE (high pressure polyethylene); isotaktisches Polypropylen; syndiotaktisches Polypropylen; Metallocen-katalysiert hergestelltes Polypropylen, schlagzäh-modifiziertes Polypropylen, Random-Copolymere auf Basis Ethylen und Pro- pylen, Blockcopolymere auf Basis Ethylen und Propylen; EPM (Poly[ethylen-co- propylen]); EPDM (Poly[ethylen-co-propylen-co-konjugiertes Dien]).Poly (ethylene) such as HDPE (high density polyethylene), LDPE (low density polyethylene), VLDPE (very low density polyethylene), LLDPE (linear low density polyethylene), MDPE (medium density polyethylene), UHMPE (ultra high molecular polyethylene), VPE (cross-linked polyethylene), HPPE (high pressure polyethylene); isotactic polypropylene; syndiotactic polypropylene; Metallocene-catalyzed polypropylene, impact modified polypropylene, random copolymers based on ethylene and propylene, block copolymers based on ethylene and propylene; EPM (poly [ethylene-co-propylene]); EPDM (Poly [ethylene-co-propylene-co-conjugated diene]).
Weitere geeignete Polymertypen sind: Poly(styrol); Poly(methylstyrol); Po- ly(oxymethylen); Metallocen-katalysierte alpha-Olefin- oder Cycloolefin-Copolymere wie Norbornen-Ethylen-Copolymere; Copolymere, die zu mindestens 80 % Ethylen und/oder Styrol enthalten und zu weniger als 20 % Monomere wie Vinylacetat, Acrylsäu- reester, Methacrylsäureester, Acrylsäure, Acrylnitril, Vinylchlorid. Beispiele solcher Polymeren sind: Poly(ethylen-co-ethylacrylat), Poly(ethylen-co-vinylacetat), Po- ly(ethylen-co-vinylchlorid), Poly(styrol-co-acrylnitril). Geeignet sind weiterhin Pfropfco- polymere sowie Polymerblends, das heißt, Mischungen von Polymeren, in denen unter anderem die vorgenannten Polymere enthalten sind, beispielsweise Polymerblends auf Basis von Polyethylen und Polypropylen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind Homo- und Copolymere auf Basis von Ethylen und Propylen besonders bevorzugt. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung setzt man dementsprechen als Polyolefin ausschließlich Polyethylen ein, in einer anderen Ausführungsform ausschließlich Polypropylen, in einer weiteren Ausfüh- rungsfrom Copolymere auf Basis von Ethylen und Propylen.Other suitable types of polymers are: poly (styrene); Poly (methylstyrene); Poly (oxymethylene); Metallocene-catalyzed alpha-olefin or cycloolefin copolymers such as norbornene-ethylene copolymers; Copolymers containing at least 80% ethylene and / or styrene and less than 20% monomers such as vinyl acetate, acrylic acid esters, methacrylic acid esters, acrylic acid, acrylonitrile, vinyl chloride. Examples of such polymers are: poly (ethylene-co-ethyl acrylate), poly (ethylene-co-vinyl acetate), poly (ethylene-co-vinyl chloride), poly (styrene-co-acrylonitrile). Graft copolymers and polymer blends are also suitable, ie mixtures of polymers which contain, inter alia, the abovementioned polymers, for example polymer blends based on polyethylene and polypropylene. In the context of the present invention, homopolymers and copolymers based on ethylene and propylene are particularly preferred. In one embodiment of the present invention, accordingly, only polyethylene is used as the polyolefin, in another embodiment only polypropylene, in another embodiment, copolymers based on ethylene and propylene.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist Komponente a) Polypropylen.In a very particularly preferred embodiment of the invention, component a) is polypropylene.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der gemäß dem oben beschriebenen Verfahren hergestellten hydrophilisierten und durch wäßrige Medien benetzbaren Fasern auf Polyolefin bzw. Polyester-Basis zur Herstellung textiler Flächengebilde. Vorzugsweise sind dabei die textilen Flächengebilde Vliesstoffe. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind diese textilen Flächengebilde zum Einsatz in Windeln bestimmt.Another object of the invention is the use of the hydrophilized polyolefin or polyester-based fibers produced by the process described above and wettable by aqueous media for the production of textile fabrics. The textile fabrics are preferably nonwovens. In a particularly preferred embodiment, these textile fabrics are intended for use in diapers.
Für den letztgenannten Fall, den Einsatz von textilen Flächengebilden in Windeln, stellt der individuelle Benetzungstest eine geeignete Simulation dar. Windeln werden nämlich üblicherweise über einen Zeitraum von 3 bis 5 Stunden getragen, wobei ihre Innenseite durchschnittlich bis zu 3-mal mit Urin benetzt wird. Es muß dann gewährleistet sein, daß ein hydrophil ausgerüstetes Vlies auf Basis eines ansonsten hydrophoben Kunststoffs jeweils ausreichend benetzbar ist, so daß der Urin durch das Vlies penetrieren und vom Absorbermaterial der Windel gebunden werden kann.For the latter case, the use of textile fabrics in diapers, the individual wetting test represents a suitable simulation. Diapers are usually worn over a period of 3 to 5 hours, the inside of which is wetted with urine on average up to 3 times. It must then be ensured that a hydrophilically finished fleece based on an otherwise hydrophobic plastic is sufficiently wettable so that the urine can penetrate through the fleece and be bound by the absorber material of the diaper.
Vliesstoffe können nach allen im Stand der Technik bekannten Verfahren der Vliesherstellung, wie sie beispielsweise in Ullraann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. A 17, VCH Weinheim 1994, Seiten 572 - 581, beschrieben werden, hergestellt werden. Bevorzugt sind dabei Vliese, die entweder nach dem sogenannte „dry laid"- oder dem Spinnvlies- oder spunbond- Verfahren hergestellt wurden. Das „dry laid"- Verfahren geht von Stapelfasern aus, die üblicherweise durch Kardieren in Einzelfasern getrennt und anschließend unter Einsatz eines aerodynamischen oder hydrodynamischen Verfahrens zum unverfestigten Vliesstoff zusammengelegt werden. Dieser wird dann beispielsweise durch eine thermische Behandlung zum fertigen Vlies verbunden (das sogenannte „thermobonding"). Dabei werden die synthetischen Fasern entweder soweit erwärmt, daß deren Oberfläche schmilzt und die Einzelfasern an den Kontakstellen miteinander verbunden werden, oder die Fasern werden mit einem Additiv überzogen, welches bei der Wärmebehandlung schmilzt und so die einzelnen Fasern miteinander verbindet. Durch Abkühlung wird die Verbindung fixiert. Neben diesem Verfahren sind natürlich auch alle anderen Verfahren geeignet, die im Stand der Technik zum Verbinden von Vliesstoffen eingesetzt werden. Die Spinnvliesbildung geht dagegen von einzelnen Filamenten aus, die nach dem Schmelzspinnverfahren aus extrudierten Polymeren gebildet werden, welche unter hohem Druck durch Spinndüsen gedrückt werden. Die aus den Spinndüsen austretenden Filamente werden gebündelt, gestreckt und zu einem Vlies abgelegt, welches üblicherweise durch „thermobonding" verfestigt wird. Nonwovens can be produced by all methods of nonwoven production known in the prior art, as described, for example, in Ullraann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. A 17, VCH Weinheim 1994, pages 572-581. Nonwovens which are produced either by the so-called “dry laid” process or by the spunbonded process or spunbond process are preferred. The “dry laid” process starts with staple fibers, which are usually separated into individual fibers by carding and then folded together using an aerodynamic or hydrodynamic process to form the unconsolidated nonwoven. This is then bonded, for example, to the finished nonwoven by a thermal treatment (the so-called “thermobonding”). The synthetic fibers are either heated to such an extent that their surface melts and the individual fibers are bonded to one another at the contact points, or the fibers are mixed with an additive Coated, which melts during the heat treatment and thus connects the individual fibers to one another. The connection is fixed by cooling. In addition to this method, all other methods that are used in the prior art for connecting nonwovens are of course also suitable individual filaments, which are formed by the melt spinning process from extruded polymers which are pressed under high pressure through spinnerets. The filaments emerging from the spinnerets are bundled, stretched and laid down to form a fleece, which is usually by "thermobonding" v is established.
B e i s p i e l eB e i s p i e l e
Mit unterschiedlichen Prüfsubstanzen (Bl = erfindungsgemäßes Beispiel; VI bis V3 = Vergleichsversuche) ausgerüstete Polypropylen-Prüfkörper wurden dem oben beschriebenen individuellen Benetzungstest unterworfen. Die Versuchsergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengestellt; angegeben sind dabei die 28,3-cm-Sinkzeiten (in Sekunden) nach ein, zwei, drei, vier und fünf Benetzungscyclen (Spalten Cl bis C5).Polypropylene test specimens equipped with different test substances (B1 = example according to the invention; VI to V3 = comparative tests) were subjected to the individual wetting test described above. The test results are summarized in Table 1; the 28.3 cm sink times (in seconds) after one, two, three, four and five wetting cycles (columns C1 to C5) are indicated.
Tabelle 1Table 1
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(1) Anlagerungsprodukt von 4 Mol Ethylenoxid an 1 Mol eines Gemisches von Lauryl- und Myristylalkohol ("Dehydol LS4" der Firma Henkel KGaA / Düsseldorf); (2) Anlagerungsprodukt von 6,5 Mol Ethylenoxid an 1 Mol Taigfettalkohol (bei dem Talgfettalko- hol handelt es sich um "Hydrenol D" der Firma Henkel KGaA / Düsseldorf); (3) Anlagerungsprodukt von 20 Mol Ethylenoxid an 1 Mol Taigfettalkohol ("Eumulgin B2" der Firma Henkel KGaA / Düsseldorf)(1) adduct of 4 moles of ethylene oxide with 1 mole of a mixture of lauryl and myristyl alcohol ("Dehydol LS4" from Henkel KGaA / Düsseldorf); (2) adduct of 6.5 moles of ethylene oxide with 1 mole of tallow fatty alcohol (the tallow fatty alcohol is "Hydrenol D" from Henkel KGaA / Düsseldorf); (3) Addition product of 20 moles of ethylene oxide with 1 mole of tallow fatty alcohol ("Eumulgin B2" from Henkel KGaA / Düsseldorf)
Es ist deutlich, daß die Werte Cl, C2 und C3 des Beispiels Bl deutlich unterhalb des kritischen Wertes von 50 Sekunden liegt und den entsprechenden Werten der Vergleichsbeispiele VI bis V3 deutlich überlegen sind. It is clear that the values C1, C2 and C3 of example B1 are clearly below the critical value of 50 seconds and are clearly superior to the corresponding values of comparative examples VI to V3.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Verfahren zur hydrophilen Ausrüstung von Fasern, die ausschließlich oder ganz Polyolefine oder Polyester enthalten, wobei man eine Mischung enthaltend (a) überwiegend Polyolefine oder Polyester und (b) 0,01 bis 10 Gew.-% - bezogen auf die Summe von Polyolefin und Polyester - einer Zusammensetzung, die mindestens eine Verbindung aus der Klasse der Alkylethoxylate enthält, bei Temperaturen im Bereich von 180 bis 320 °C auf übliche Weise einer formgebenden Verarbeitung zu Fasern unterwirft, dadurch gekennzeichnet, daß1. A process for the hydrophilic finishing of fibers which contain all or part of polyolefins or polyesters, a mixture comprising (a) predominantly polyolefins or polyesters and (b) 0.01 to 10% by weight, based on the sum of polyolefin and polyester - a composition which contains at least one compound from the class of alkyl ethoxylates, is subjected at a temperature in the range from 180 to 320 ° C in a conventional manner into a shaping process into fibers, characterized in that
(i) man der Mischung, die man der formgebenden Verarbeitung unterwirft, vor oder während dieser formgebenden Verarbeitung keine Ubergangsmetallverbindungen zudosiert,(i) no transition metal compounds are metered into the mixture which is subjected to the shaping processing before or during this shaping processing,
(ii) die Alkylethoxylate (b) die allgemeine Struktur R-0-(CH2-CH2-0)xH aufweisen, worin der Rest R einen Alkyirest mit 8 bis 14 C-Atomen und x eine Zahl im Bereich von 4 bis 10 bedeuten und daß(ii) the alkyl ethoxylates (b) have the general structure R-0- (CH2-CH2-0) x H, where the radical R is an alkyl radical having 8 to 14 carbon atoms and x is a number in the range from 4 to 10 and that
(iii) die Alkylethoxylate (b) im individuellen Benetzungstest mindestens vier Cy- clen bis zum Versagen benötigen.(iii) the alkyl ethoxylates (b) need at least four cycles in the individual wetting test to fail.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei man als Komponente a) Polypropylen einsetzt.2. The method according to claim 1, wherein polypropylene is used as component a).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei man als Komponente b) Anlagerungsprodukte von 4 bis 7 Mol Ethylenoxid an 1 Mol Lauryl- und/oder Myristylalkohol einsetzt.3. The method according to claim 1 or 2, wherein as component b) addition products of 4 to 7 moles of ethylene oxide to 1 mole of lauryl and / or myristyl alcohol.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei man bei der formgebenden Verarbeitung übliche weitere Hilfsstoffe zur Verarbeitung von Kunststoffen zusetzt und/oder als zusätzlichen weiteren Verarbeitungsschritt auf übliche Weise eine Coro- na- oder Plasmabehandlung vornimmt. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein customary additional auxiliaries for processing plastics are added during the shaping processing and / or corona or plasma treatment is carried out in the usual way as an additional further processing step.
5. Verfahren um nichtgewebten Materialien, die Fasern aus Polyolefin oder Polyester enthalten, hydrophile Eigenschaften zu verleihen und sie für wäßrige Medien durchlässig zu machen, dadurch gekennzeichnet, daß man die gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 hergestellten hydrophil ausgerüsteten Fasern auf Basis von Polyolefin oder Polyester auf übliche Weise - beispielsweise zu Vliesstoffen - weiterverarbeitet.5. A method for imparting hydrophilic properties to nonwoven materials containing fibers made of polyolefin or polyester and for making them permeable to aqueous media, characterized in that the hydrophilically finished fibers based on the method prepared according to one of claims 1 to 4 of polyolefin or polyester processed in the usual way - for example to nonwovens.
6. Verwendung der gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 hergestellten hydrophilisierten und durch wäßrige Medien benetzbaren Fasern auf Polyolefin- oder Polyester-Basis zur Herstellung textiler Flächengebilde.6. Use of the hydrophilized polyolefin or polyester-based fibers produced by the process according to one of claims 1 to 4 and wettable by aqueous media for the production of textile fabrics.
7. Verwendung nach Anspruch 6, wobei die textilen Flächengebilde Vliesstoffe sind.7. Use according to claim 6, wherein the textile fabrics are nonwovens.
8. Verwendung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die textilen Flächengebilde zum Einsatz in Windeln bestimmt sind. 8. Use according to claim 6 or 7, wherein the textile fabrics are intended for use in diapers.
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