[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von synthetischen
Fäden aus einer auf faserbildenden Polymeren basierenden Mischung. Die Fäden können
einerseits als Endlosfäden verwendet oder aber zu Stapelfasern weiterverarbeitet werden.
[0002] Das Verspinnen von Polymermischungen zu synthetischen Fäden ist bereits bekannt.
Es hat das Ziel, bei einer bestimmten Spinngeschwindigkeit eine höhere Reißdehnung
im Spinnfaden zu erhalten als ohne Modifizierung durch Zusatz-Polymer. Dadurch soll
ein höheres Verstreckverhältnis zur Herstellung des Endgarns möglich sein, was eine
höhere Produktivität der Spinneinheit bewirken soll.
[0003] Die Produktionssteigerung zielt auf eine Verbesserung der Wirtschaftlichkeit des
Herstellungsprozesses. Diese wird durch Produktionserschwernisse und teurere Hochgeschwindigkeitseinrichtungen
in gewissem Maße wieder geschmäleit. Wesentlich von Einfluß sind die zusätzlichen
Kosten für das Additiv-Polymer, so daß es in Abhängigkeit von der Zugabemenge sogar
einen Nullpunkt für die Wirtschaftlichkeit gibt. Auch spielt die Verfügbarkeit der
Additiv-Polymere am Markt eine wichtige Rolle. Aus diesen Gründen scheiden eine Vielzahl
der in der Literatur beschriebenen Additive für die großtechnische Umsetzung aus.
[0004] Der Produzent oder Verfahrensgeber muß die gesamte Produktionskette berücksichtigen
und kann an der Produktionssteigerung eines Teilschrittes (z. B. der Spinnerei) nicht
haltmachen. Die Folgeprozesse dürfen nicht beeinträchtigt werden.
[0005] Insbesondere ist es ein Hauptziel dieser Erfindung, die Weiterverarbeitungsbedingungen
in den Folgeschritten nicht zu schmälern, bevorzugt zu verbessern, und das trotz erhöhter
Spinngeschwindigkeit.
[0006] So werden beispielweise für die Herstellung von POYs im Stand der Technik für Polymermischungen
sehr hohe Reißdehnungen auch für hohe Spinngeschwindigkeiten genannt, die eine starke
Reduzierung des Orientierungsgrades kennzeichnen. Derartige Spinnfäden sind bekannterweise
nicht lagerstabil und lassen sich in Strecktexturierprozessen bei hohen Geschwindigkeiten
nicht anlegen und verarbeiten. Bei hohen Spinngeschwindigkeiten angegebene Reißdehnungen
< 70 % wiederum weisen auf einen erheblichen Kristallisationsgrad hin, der die erzielbaren
Festigkeiten im Texturierprozeß reduziert.
[0007] Erste Ansätze zur Lösung dieser Probleme werden in den Druckschriften EP 0 047 464
B (Teijin), DE 197 07 447 (Zimmer), DE 199 37 727 (Zimmer), DE 199 37 728 (Zimmer)
und WO 99/07 927 (Degussa) offenbart. EP 0 047 464 B betrifft ein unverstrecktes Polyester-Garn,
wobei durch Zusatz von 0,2 - 10 Gew.-% eines Polymeren des Typs -(-CH
2―CR
1R
2-)
n-, wie Poly(4-methyl-1-penten) oder Polymethylmethacrylat, eine verbesserte Produktivität
durch Erhöhung der Reißdehnung des Spinnfadens bei Geschwindigkeiten zwischen 2500
- 8000 m/min und entsprechend höheren Verstreckverhältnissen erhalten wird Notwendig
ist eine feine und gleichmäßige Dispersion des Additiv-Polymers durch Mischen, wobei
der Teilchendurchmesser ≤ 1 µm zur Vermeidung von Fibrillenbildung sein muß. Maßgebend
für die Wirkung soll das Zusammenwirken dreier Eigenschaften sein - die chemische
Additivstruktur, die ein Verdehnen der Additivmoleküle kaum zuläßt, die geringe Mobilität
und die Kompatibilität von Polyester und Additiv. Die Maßnahmen dienen der Produktivitätssteigerung.
Anforderungen für das Strecktexturieren sind nicht offenbart. Die Nacharbeitung der
technischen Lehre im Rahmen von WO 99/07927 ergab einen hohen Additivverbrauch und
damit verbunden eine Beeinträchtigung der Qualität und Weiterverarbeitbarkeit.
[0008] DE 197 07 447 (Zimmer) betrifft die Herstellung von Polyester- oder Polyamid-Filamenten
mit einer Reißdehnung ≤ 180 %. Die Zugabe von 0,05 bis 5 Gew.-% eines Copolymers aus
0 bis 90 Gew.-% (Meth)acrylsäure-alkylester, 0 bis 40 Gew.-% Maleinsäure(anhydrid)
und 5 bis 85 Gew.-% Styrol zum Polyester oder Polyamid ermöglicht eine deutliche Erhöhung
der Spinnabzugsgeschwindigkeit.
[0009] In der Druckschrift DE 199 37 727 (Zimmer) wird die Herstellung von Polyester-Stapelfasern
aus einer Polymermischung offenbart, die 0,1 bis 2,0 Gew.-% eines inkompatiblen, amorphen,
polymeren Additivs enthält, welches eine Glasumwandlungstemperatur im Bereich von
90 bis 170°C aufweist. Dabei soll das Verhältnis der Schmelzeviskosität des polymeren
Additivs zur Schmelzeviskosität der Polyesterkomponente 1:1 bis 10:1 betragen.
[0010] DE 199 37 728 (Zimmer) bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von HMLS-Fäden
aus Polyester, polymeren Additiv und gegebenenfalls Zusatzstoffen mit einer Spinnabzugsgeschwindigkeit
von 2500 bis 4000 m/min. Dabei soll das polymere Additiv eine Glasumwandlungstemperatur
im Bereich von 90 bis 170°C aufweisen und das Verhältnis der Schmelzeviskosität des
polymeren Additivs zur Schmelzeviskosität der Polyesterkomponente 1:1 bis 7:1 betragen.
[0011] WO 99/07 927 betrifft die Herstellung von POYs durch Verspinnen von Polymermischungen
auf Polyesterbasis mit einer Abzugsgeschwindigkeit v von mindestens 2500 m/min, wobei
dem Polyester ein zweites, amorphes, thermoplastisch verarbeitbares Copolymer mit
einer Glasumwandlungstemperatur von mehr als 100°C zugesetzt wird. Dabei beträgt das
Verhältnis der Schmelzeviskosität des Copolymers zur Schmelzeviskosität des Polyesters
1 : 1 bis 10 : 1. Dem Polyester werden mindestens 0,05 Gew.-% Copolymer zugesetzt
und die dem Polyester zugesetzte maximale Menge M des Copolymers hängt von der Abzugsgeschwindigkeit
v ab und beträgt
[0012] Obwohl die zuletzt genannten Verfahren (Zimmer AG) schon gute und praxistaugliche
Fadenbruchraten während dem Verspinnen derartiger Polymermischungen zeigen, werden
von der Technik dennoch Verfahren zum Verspinnen von Polymermischungen mit einer noch
geringeren Anzahl an Fadenbrüchen gefordert, um die Effizienz des Spinnverfahrens
weiter zu steigern. Weiterhin soll auch das Weiterverbeitungsverhalten der synthetischen
Fäden, insbesondere bei der Strecktexturierung verbessert werden.
[0013] Bei den genannten Verfahren werden die eingesetzten Dehnungserhöhungsmittel vor der
Zudosierung zum Polyester üblicherweise granuliert, um die Rieselfähigkeit des Additivpolymers
zu erhöhen. Jedoch läßt sich auch das granulierte Additivpolymer aufgrund seiner großen
Korngröße nur relativ schlecht und ungleichmäßig dosieren. Dies führt zu einer Verschlechterung
der Garnkennwerte, insbesondere der Gleichmäßigkeit der synthetischen Fäden (z. B.
Anfärbeverhalten). Da darüber hinaus der Granulierungsschritt des Dehnungserhöhungsmittels
zeit- und kostenintensiv ist, werden von der Anwendung Verfahren zum Schmelzspinnen
von Polymermischungen gefordert, die den Einsatz von nicht granulierten Dehnungserhöhungsmitteln
ermöglichen.
Dabei sollen die Dehnungserhöhungsmittel gleichmäßig und kontinuierlich zudosierbar
sein.
[0014] In Anbetracht des Standes der Technik war es nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Verfahren zur Herstellung von synthetischen Fäden aus einer auf faserbildenden
Matrix-Polymeren basierenden Mischung zur Verfügung zu stellen, welches die Herstellung
synthetischer Fäden mit einer geringeren Fadenbruchrate auf einfache Art und Weise
ermöglicht. Insbesondere sollte das Verfahren die Herstellung von POYs auf Polyesterbasis
mit Reißdehnungswerten im Bereich von 90 % -165 %, einer hohe Gleichmäßigkeit bezüglich
der Filament-Kennwerte sowie einen geringen Kristallisationsgrad ermöglichen.
[0015] Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung war auch darin zu erblicken, ein Verfahren
zur Herstellung von synthetischen Fäden aus einer auf faserbildenden Matrix-Polymeren
basierenden Mischung zur Verfügung zu stellen, welches den Einsatz von nicht granulierten
Dehnungserhöhungsmitteln erlaubt, und somit wesentlich kostengünstiger als aus dem
Stand der Technik bekannte Verfahren ist.
[0016] Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand darin, ein Verfahren zum
Spinnen von synthetischen Fäden anzugeben, das großtechnisch und kostengünstig durchführbar
ist. Insbesondere sollte das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung von POYs mit
möglichst hohen Abzugsgeschwindigkeiten, vorzugsweise ≥ 2500 m/min ermöglichen.
[0017] Erfindungsgemäß sollten die synthetischen Fäden auf einfache Art und Weise weiterverarbeitet
werden können. Insbesondere sollten die erfindungsgemäß erhältlichen POYs eine Weiterverarbeitung
in einem Streck- oder einem Strecktexturierprozeß, vorzugsweise bei hohen Verarbeitungsgeschwindigkeiten,
mit einer geringen Anzahl an Fadenbrüchen ermöglichen.
[0018] Gelöst werden diese sowie weitere nicht explizit genannten Aufgaben, die jedoch aus
den hierin einleitend diskutierten Zusammenhängen ohne weiteres ableitbar oder erschließbar
sind, durch ein Verfahren zur Herstellung von synthetischen Fäden mit allen Merkmalen
des Patentanspruchs 1. Zweckmäßige Abwandlungen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden
in den auf Anspruch 1 rückbezogenen Unteransprüchen unter Schutz gestellt. Der durch
das Verfahren erhältliche synthetische Faden wird im unabhängigen Produktanspruch
beschrieben. Die Weiterverarbeitung des synthetischen Fadens in einem Streck- oder
einem Strecktexturierprozeß wird im Anspruch 12 geschützt, wohingegen sich Anspruch
13 auf die Verwendung des synthetischen Fadens zur Herstellung von Stapelfasern bezieht.
[0019] Dadurch, daß man bei einem Verfahren zur Herstellung von synthetischen Fäden aus
einer auf faserbildenden Matrix-Polymeren basierenden Schmelze-Mischung, bei welchem
Verfahren dem faserbildenden Matrix-Polymer wenigstens ein zweites amorphes Additiv-Polymer,
welches mit dem faserbildenden Matrix-Polymer unverträglich ist, in einer Menge von
0,05 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht an faserbildendem Matrix-Polymer
und mit diesem unverträglichen Additiv-Polymer, zugesetzt wird, wobei das Additiv-Polymer
durch mehrfache Initiierung erhältlich ist, gelingt es auf nicht ohne weiteres vorhersehbare
Weise, ein Verfahren zur Herstellung von synthetischen Fäden aus einer auf faserbildenden
Matrix-Polymeren basierenden Mischung zur Verfügung zu stellen, welches die Herstellung
synthetischer Fäden mit einer geringeren Fadenbruchrate auf einfache Art und Weise
ermöglicht. Insbesondere ist für das erfindungsgemäße Verfahren eine Granulierung
des Dehnungserhöhungsmittels nicht mehr erforderlich.
[0020] Zugleich besitzt das erfindungsgemäße Verfahren eine Reihe weiterer Vorteile. Hierzu
gehören unter anderem:
- Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf einfache Art und Weise, großtechnisch und kostengünstig
durchführbar. Insbesondere erlaubt das Verfahren das Spinnen und Aufspulen bei hohen
Abzugsgeschwindigkeiten.
- Aufgrund der hohen Gleichmäßigkeit des durch das Verfahren erhältlichen synthetischen
Fadens ist es auf einfache Art und Weise möglich, einen guten Spulenaufbau einzustellen,
der eine gleichmäßige und nahezu fehlerfreie Anfärbung und Weiterverarbeitung des
synthetischen Fadens erlaubt.
- Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere zur Herstellung von POYs auf Polyesterbasis
mit Reißdehnungswerten im Bereich von 90 % - 165 %, einer hohen Gleichmäßigkeit bezüglich
der Filament-Kennwerte sowie einem geringen Kristallisationsgrad geeignet.
- Die durch das Verfahren erhältlichen synthetischen Fäden können auf einfache Art und
Weise, großtechnisch und kostengünstig weiterverarbeitet werden. Beispielsweise können
die erfindungsgemäßen POYs bei hohen Geschwindigkeiten und einer geringen Anzahl an
Fadenbrüchen gestreckt oder strecktexturiert werden.
[0021] Das Verfahren der vorliegenden Erfindung betrifft die Herstellung von synthetischen
Fäden aus einer auf faserbildenden Matrix-Polymeren basierenden Schmelze-Mischung.
[0022] Das Verspinnen kann sowohl durch ein Direktspinnverfahren, bei welchem das Dehnungserhöhungsmittel
in Form einer Schmelze zur Schmelze des Matrix-Polymeren zudosiert wird, als auch
durch ein Extruderspinnverfahren, bei welchem das Dehnungserhöhungsmittel als Feststoff
zum Matrix-Polymer zudosiert und daran anschließend aufgeschmolzen wird, erfolgen.
Weitere Details zu den genannten Verfahren können dem Stand der Technik, beispielsweise
den Druckschriften EP 0 047 464 B, WO 99/07 927, DE 100 49 617 und DE 100 22 889 entnommen
werden, auf deren Offenbarung hiermit explizit bezug genommen wird.
[0023] Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bezeichnen synthetische Fäden alle Arten von
Fäden, die durch Verspinnen thermoplastisch verarbeitbarer Mischungen von synthetischen
Polymere erhältlich sind. Sie umfassen unter anderem Stapelfasern (Spinnfasern), textile
Filamente, wie Glattgarne, POYs, FOYs, und technische Filamente.
[0024] Weitere Details zu synthetischen Fäden sowie zu den genannten Gruppen, insbesondere
bezüglich ihrer Materialeigenschaften und den üblichen Herstellungsbedingungen können
aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus Fourne synthetische Fasern: Herstellung,
Maschinen und Apparate, Eigenschaften; Handbuch für Anlagenplanung, Maschinenkonstruktion
und Betrieb" München, Wien; Hanser Verlag 1995, sowie den Druckschriften DE 199 37
727 (Stapelfasern), DE 199 37 728 und DE 199 37 729 (technische Garne) und WO 99/07
927 (POYs) entnommen werden. Auf den Offenbanmgsgehalt dieser Schriften wird daher
explizit bezug genommen.
[0025] Im Rahmen einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Stapelfasern, Glattgarnen,
POYs, FOYs oder technischen Filamenten eingesetzt. Dabei hat es sich für die Herstellung
von POYs als ganz besonders geeignet erwiesen.
[0026] Als faserbildende Matrix-Polymere kommen erfindungsgemäß thermoplastisch verarbeitbare
Polymere, vorzugsweise Polyamide, wie Polyamid-6 und Polyamid-6,6 und Polyester in
Frage. Auch Mischungen verschiedener Polymere sind denkbar. Dabei werden im Rahmen
der vorliegenden Erfindung Polyester bevorzugt, insbesondere Polyethylenterephthalat
(PET), Polyethylennaphthalat, Polytrimethylenterephthalat (PTMT) und Polybutylenterephthalat
(PBT). In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist
das Matrix-Polymer Polyethylenterephthalat, Polytrimethylenterephthalat oder Polybutylenterephthalat,
insbesondere Polyethylenterephthalat.
[0027] Erfindungsgemäß bevorzugt werden Homopolymere. Es kommen aber auch Copolymere, vorzugsweise
Polyester-Copolymere mit einem Anteil bis zu etwa 15 Mol-% üblicher Comonomerer, wie
z. B. Diethylenglykol, Triethylenglykol, 1,4-Cyclohexandimethanol, Polyethylenglykol,
Isophthalsäure und/oder Adipinsäure, in Frage.
[0028] Die erfindungsgemäßen Polymere können als weitere Bestandteile Additive enthalten,
wie sie für thermoplastische Formmassen üblich sind und zur Verbesserung der Polymereigenschaften
beitragen. Als solche seien beispielsweise genannt: Antistatika, Antioxidantien, Flammschutzmittel,
Schmiermittel, Farbstoffe, Lichtstabilisatoren, Polymerisationskatalysatoren und -hilfsmittel,
Haftvermittler, Mattierungsmittel und/oder organische Phosphite. Diese Zusatzstoffe
werden in üblicher Menge, vorzugsweise in Mengen von bis zu 10 Gew.-%, bevorzugt <
1 Gew.-%, bezogen auf 100 Gew.-% der Polymermischung, eingesetzt.
[0029] Wird beim erfindungsgemäßen Verfahren ein Polyester eingesetzt, so kann dieser auch
einen geringen Anteil (maximal 0,5 Gew.-%) an Verzweigerkomponenten enthalten, also
z. B. polyfunktionelle Säuren, wie Trimellitsäure, Pyromellitsäure, oder tri- bis
hexavalente Alkohole, wie Trimethylolpropan, Pentaerythrit, Dipentaerythrit, Glycerin,
oder entsprechende Hydroxysäuren.
[0030] Erfindungsgemäß wird dem Matrix-Polymer ein Additiv-Polymer in einer Menge von mindestens
0,05 Gew.-% zugesetzt, wobei das Additiv-Polymer amorph und in dem Matrix-Polymer
weitgehend unlöslich sein muß. Im wesentlichen sind die beiden Polymere miteinander
nicht kompatibel und bilden zwei Phasen, die mikroskopisch unterschieden werden können.
Weiterhin muß das Additiv-Polymer eine
[0031] Glasumwandlungstemperatur (bestimmt durch DSC mit 10 °C/min Aufheizrate) von mehr
als 100 °C haben und thermoplastisch verarbeitbar sein. Die Schmelzeviskosität des
Additiv-Polymers ist dabei so zu wählen, daß das Verhältnis seiner auf die Meßzeit
Null extrapolierten Schmelzeviskosität, gemessen bei einer Oszillationsrate von 2,4
Hz und einer Temperatur, die gleich der Schmelztemperatur des Matrix-Polymers plus
34,0 °C ist (für Polyethylenterephthalat 290 °C) relativ zu derjenigen des Matrix-Polymers,
gemessen unter gleichen Bedingungen, zwischen 1 : 1 und 10 : 1 liegt. D. h. die Schmelzeviskosität
des Additiv-Polymers ist mindestens gleich oder bevorzugt höher als die des Matrix-Polymers.
[0032] Bevorzugt liegt das Verhältnis der Schmelzeviskosität des Copolymers zu der des Matrix-Polymers
unter oben genannten Bedingungen zwischen 1,4 : 1 und 8 : 1. Besonders bevorzugt ist
ein Verhältnis der Schmelzeviskositäten zwischen 1,7 : 1 und 6,5 : 1. Unter diesen
Bedingungen beträgt die mittlere Teilchengröße des Additivpolymers 140 - 350 nm.
[0033] Die dem Matrix-Polymer zuzusetzende Menge des Additiv-Polymers beträgt zwischen 0,05
Gew.-% und 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Polymermischung. Für viele
Anwendungen, beispielsweise für die Herstellung von POYs genügen Zugabemengen von
weniger als 1,5 %, bei Abzugsgeschwindigkeiten über 3500 und bis zu 6000 m/min und
mehr, sogar oftmals weniger als 1,0 %, was ein erheblicher Kostenvorteil ist.
[0034] Die Vermischung des Additiv-Polymers mit dem Matrix-Polymer erfolgt auf an sich bekannte
Weise. Sie wird beispielsweise in der WO 99/07 927 oder der DE 100 22 889 beschrieben,
auf deren Offenbarung hiermit explizit bezug genommen wird.
[0035] Das Verspinnen der Polymermischung erfolgt bei Temperaturen, je nach Matrix-Polymer,
im Bereich von 220 bis 320 °C.
[0036] Die im Rahmen der Erfindung dem faserbildenden Polymer zuzusetzenden Additiv-Polymere
können, sofern sie vorstehend genannte Eigenschaften besitzen, eine unterschiedliche
chemische Zusammensetzung aufweisen. Erfindungsgemäß besonders geeignete Additiv-Polymere
umfassen die nachfolgend genannten Polymere und/oder Copolymere:
1. Ein Polymer, das durch Polymerisation von Monomeren der allgemeinen Formel (I):
erhältlich ist, wobei R1 und R2 Substituenten bestehend aus den optionalen Atomen C, H, O, S, P und Halogenatomen
sind und die Summe des Molekulargewichts von R1 und R2 mindestens 40 beträgt. Beipielhafte Monomereinheiten umfassen Acrylsäure, Methacrylsäure,
und CH2 = CR - COOR', wobei R ein H-Atom oder eine CH3-Gruppe und R' ein C1-15-Alkylrest oder ein C5-12-Cycloalkylrest oder ein C6-14-Arylrest ist, sowie Styrol und C1-3-alkylsubstituierte Styrole.
2. Ein Copolymer, welches folgende Monomereinheiten enthält:
- A =
- Acrylsäure, Methacrylsäure oder CH2 = CR - COOR', wobei R ein H-Atom oder eine CH3-Gruppe und R' ein C1-15-Alkylrest oder ein C5-12-Cycloalkylrest oder ein C6-14-Arylrest ist,
- B =
- Styrol oder C1-3-alkylsubstituierte Styrole,
wobei das Copolymer aus 60 bis 98 Gew.% A und 2 bis 40 Gew.-% B, vorzugsweise aus
83 bis 98 Gew.% A und 2 bis 17 Gew.% B, und besonders bevorzugt aus 90 bis 98 Gew.
-% A und 2 bis 10 Gew.-% B (Summe =100 Gew.-%) besteht.
3. Ein Copolymer, welches folgende Monomereinheiten enthält:
- C =
- Styrol oder C1-3-alkylsubstituierte Styrole,
- D =
- eines oder mehrere Monomere der Formel II, III oder IV
wobei R
3, R
4 und R
5 jeweils ein H-Atom oder ein C
1-15-Alkylrest oder ein C
6-14-Arylrest oder ein C
5-12-Cycloalkylrest sind,
wobei das Copolymer aus 15 bis 95 Gew.-% C und 2 bis 80 Gew.-% D, vorzugsweise aus
50 bis 90 Gew.-% C und 10 bis 50 Gew.-% D und besonders bevorzugt aus 70 bis 85 -%
C und 15 bis 30 Gew.-% D besteht, wobei die Summe aus C und D zusammen 100 Gew.-%
ergibt.
4. Ein Copolymer, welches folgende Monomereinheiten enthält:
- E =
- Acrylsäure, Methacrylsäure oder CH2 = CR - COOR', wobei R ein H-Atom oder eine CH3-Gruppe und R' ein C1-15-Alkylrest oder ein C5-12-Cycloalkylrest oder ein C6-14-Arylrest ist,
- F =
- Styrol oder C1-3-alkylsubstitutierte Styrole,
- G =
- eines oder mehrere Monomere der Formel II, III oder IV
wobei R
3, R
4 und R
5 jeweils ein H-Atom oder ein C
1-15-Alkylrest oder ein C
5-12-Cycloalkylrest oder ein C
6-14-Arylrest sind,
- H =
- eines oder mehrerer etyhlenisch ungesättigter mit E und/oder mit F und/oder G copolymerisierbarer
Monomerer aus der Gruppe, welche aus α-Methylstyrol, Vinylacetat, Acrylsäureestern,
Methacrylsäureestern, die von E verschieden sind, Acrylnitril, Acrylamid, Methacrylamid,
Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, halogensubstituierten Styrolen, Vinylethern, Isopropenylethern
und Dienen besteht,
wobei das Copolymer aus 30 bis 99 Gew.-% E, 0 bis 50 Gew.-% F, 0 bis 50 Gew.-% G und
0 bis 50 Gew.-% H, vorzugsweise aus 45 bis 97 Gew.-% E, 0 bis 30 Gew.-% F, 3 bis 40
Gew.-% G und 0 bis 30 Gew.-% H und besonders bevorzugt aus 60 bis 94 Gew.-% E, 0 bis
20 Gew.-% F, 6 bis 30 Gew.-% G und 0 bis 20 Gew.-% H besteht, wobei die Summe aus
E, F, G und H zusammen 100 Gew.-% ergibt.
[0037] Es handelt sich bei der Komponente H um eine optionale Komponente. Obwohl die erfindungsgemäß
zu erzielenden Vorteile bereits durch Copolymere, welche Komponenten aus den Gruppen
E bis G aufweisen, erreicht werden können, treten die erfindungsgemäß zu erzielenden
Vorteile auch auf, wenn am Aufbau des erfindungsgemäß einzusetzenden Copolymere weitere
Monomere aus der Gruppe H beteiligt sind
[0038] Die Komponente H wird vorzugsweise so ausgewählt, daß sie keinen nachteiligen Effekt
auf die Eigenschaften des erfindungsgemäß zu verwendenden Copolymers hat.
[0039] Die Komponente H kann u. a. deswegen eingesetzt werden, um die Eigenschaften des
Copolymeren auf erwünschte Weise zu modifizieren, beispielsweise durch Steigerungen
oder Verbesserungen der Fließeigenschaften, wenn das Copolymer auf die Schmelztemperatur
erhitzt wird, oder zur Reduzierung einer Restfarbe im Copolymer oder durch Verwendung
eines polyfunktionellen Monomeren, um auf diese Art und Weise ein gewisses Maß an
Vernetzung in das Copolymer einzuführen.
[0040] Daneben kann H auch so gewählt werden, daß eine Copolymerisation von Komponenten
E bis G überhaupt erst möglich oder unterstützt wird, wie im Fall von MSA und MMA,
die an sich nicht copolymerisieren, jedoch bei Zusatz einer dritten Komponente wie
Styrol problemlos copolymerisieren.
[0041] Zu den für diesen Zweck geeigneten Monomeren gehören u. a. Vinylester, Ester der
Acrylsäure, beispielsweise Methyl- und Ethylacrylat, Ester der Methacrylsäure, die
sich von Methylmethacrylat unterscheiden, beispielsweise Butylmethacrylat und Ethylhexylmethacrylat,
Acrylnitril, Acrylamid, Methacrylamid, Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, Styrol, α-Methylstyrol
und die verschiedenen halogensubstituierten Styrole, Vinyl- und Isopropenylether,
Diene, wie beispielsweise 1,3-Butadien und Divinylbenzol. Die Farbverminderung des
Copolymeren kann beispielsweise besonders bevorzugt durch Einsatz eines elektronenreichen
Monomeren, wie beispielsweise eines Vinylethers, Vinylacetat, Styrol oder α-Methylstryrol,
erreicht werden.
[0042] Besonders bevorzugt unter den Verbindungen der Komponente H sind aromatische Vinylmonomere,
wie beispielsweise Styrol oder α-Methylstyrol.
[0043] Die Herstellung der erfindungsgemäß zu verwendenden Additiv-Polymere ist an sich
bekannt. Sie können in Substanz-, Lösungs-, Suspensions- oder Emulsionspolymerisation
hergestellt werden. Hilfreiche Hinweise finden sich hinsichtlich der Substanzpolymerisation
bei Houben-Weyl, Band E20, Teil 2 (1987), Seite 1145ff. Hinweise zur Lösungspolymerisation
findet man eben dort auf Seite 1156ff. Die Suspensionspolymerisationstechnik wird
eben dort auf Seite 1149ff beschrieben, während die Emulsionspolymerisation eben dort
auf Seite 1150ff ausgeführt und erläutert wird.
[0044] Besonders bevorzugt sind im Rahmen der Erfindung Perlpolymerisate, deren Teilchengröße
in einem besonders günstigen Bereich liegt. Besonders bevorzugt liegen die erfindungsgemäß
durch beispielsweise Einmischen in die Schmelze der Faserpolymeren zu verwendenden
Additiv-Polymere in Form von Teilchen mit einem mittleren Durchmesser von 0,1 bis
1,0 mm vor. Es sind jedoch auch größere oder kleinere Perlen einsetzbar.
[0045] Sämtliche erfindungsgemäßen Copolymere sind im Handel erhältlich oder nach einem
für den Fachmann geläufigen Verfahren herstellbar.
[0046] Für Polymermischungen aus Polyethylenterephthalat für textile Anwendungen, wie POYs
mit einer Grenzviskositätszahl von etwa 0,55 bis 0,75 dl/g und Additiv-Polymeren des
Typs 1, 2, 3 oder 4 werden Additiv-Polymere mit Viskositätszahlen im Bereich von 70
bis 130 cm
3/g bevorzugt.
[0047] Im erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Additiv-Polymer zusetzt, welches durch mehrfache
Initiierung erhältlich ist. Dabei umfaßt der Begriff "mehrfache Initiierung" sowohl
eine ein- oder mehrfache Nachinitiierung einer radikalischen Polymerisation, d. h.
die ein- oder mehrfache erneute Zugabe von Initiator zu späteren Reaktionszeiten,
als auch die radikalische Polymerisation in Gegenwart von einem Gemisch umfassend
mindestens zwei Initiatoren mit abgestuften Halbwertszeiten, die im Rahmen der vorliegenden
Erfindung besonders bevorzugt wird. Abgestufte Halbwertszeit bedeutet im Rahmen der
vorliegenden Erfindung, daß die mindestens zwei Initiatoren jeweils für sich bei einer
bestimmten Temperatur unterschiedliche Halbwertszeiten besitzen bzw. die gleiche Halbwertszeit
aufweisen, jedoch in unterschiedlichen Temperaturbereichen. Vorzugsweise werden Initiatoren
verwendet, die jeweils eine Halbwertszeit von einer Stunde in Temperaturbereichen
aufweisen, die mindestens 10 °C auseinander liegen. Als Initiator aus den einzelnen
Temperaturbereichen können jeweils eine einzelne Verbindung als Initiator verwendet
werden, es ist jedoch auch möglich, jeweils zwei oder mehrere Initiatoren mit den
entsprechenden Halbwertszeiten aus den entsprechenden Temperaturbereichen einzusetzen.
[0048] Derartige Polymerisationen werden beispielsweise in den Druckschriften US 4 588 798,
US 4 605 717, EP 489 318, DE 199 17 987 und den darin zitierten Schriften beschrieben.
Auf den Offenbarungsgehalt der genannten Druckschriften wird hiermit explizit Bezug
genommen.
[0049] Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat es sich als besonders zweckmäßig erwiesen,
ein Initiatorengemisch zu verwenden, welches einen Initiator I, mit einer Halbwertszeit
T
1 von einer Stunde im Bereich 70 bis 85°C und einen weiteren Initiator I
2 mit einer Halbwertszeit T
2 von einer Stunde im Bereich 85 bis 100°C aufweist. Weitere Initiatoren I
n, die gegebenenfalls eingesetzt werden können, besitzen vorzugsweise Zerfallstemperaturen
T
n zwischen T
1 und T
2 auf.
[0050] Die Menge des zu verwendenden Initiatorgemischs kann in verhältnismäßig weiten Grenzen
variiert werden; es kann damit die Polymerisationszeit gesteuert werden, auch läßt
sich die Polymerisationstemperatur durch die Menge der verwendeten Initiatoren beeinflussen.
Die erfindungsgemäß verwendeten Mengenangaben sind in Gewichtsteile Initiator pro
100 Gewichtsteile Monomere angegeben. Vorteilhaft ist es, eine Gesamtmenge an Initiatorgemisch
von etwa 0,05 bis 1,0 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile Monomere einzusetzen, zweckmäßigerweise
0,05 bis 0,5 Gewichtsteile, insbesondere 0,15 bis 0,4 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile
Monomere.
[0051] Das Gewichtsverhältnis der einzelnen Initiatoren zueinander im Initiatorengemisch
kann ebenfalls innerhalb verhältnismäßig weiten Grenzen variiert werden; bevorzugt
liegt das Gewichtsverhältnis der einzelnen Initiatoren zueinander im Bereich von 1
: 1 bis 1 : 10, vorzugsweise 1 : 1 bis 1 : 4. Geeignete Mengen und Mischungsverhältnisse
können anhand einfacher Vorversuche bestimmt werden.
[0052] Geeignete Initiatoren, die erfindungsgemäß eingesetzt werden können, umfassen die
an sich üblichen Initiatoren, die für die Radikalbildung bei radikalisch initiierten
Polymerisationen verwendet werden. Dazu gehören Verbindungen wie organische Peroxide,
wie Dicumylperoxid, Diacylperoxide, wie Dilauroylperoxid, Peroxydicarbonate wie Diisopropylperoxydicarbonat,
Perester wie tert. Butylperoxy-2-ethylhexanoat und dergleichen. Auch weitere Verbindungstypen,
welche Radikale bilden können, sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung geeignet.
Hierzu gehören insbesondere Azo-Verbindungen wie 2,2'-Azobisisobutyronitril und 2,2'-Azobis-(2,4-dimethylvaleronitril).
[0053] Besonders bewährt haben sich Initiatorengemische, deren Komponenten ausgewählt sind
aus den folgenden Initiatoren:
tert. Amylperoxy-pivalat Halbwertszeit T (1 Stunde) = 71°C,
2,2'-Azobis-(2,4-dimethylvaleronitril) T (1 Stunde) = 71°C,
Di-(2,4-dichlorbenzoyl)-peroxid T (1 Stunde) = 72°C,
tert. Butylperoxy-pivalat T (1 Stunde) = 74°C,
2,2'-Azobis-(2-amidinopropane)-dihydrochlorid T (1 Stunde) = 74°C,
Di-(3, 5, 5-trimethyl-hexanoyl)-peroxid T(1 Stunde) = 78°C,
Dioctanoylperoxid T (1 Stunde) = 79 °C ,
Dilauroylperoxid T (1 Stunde) = 80 °C,
Didecanoylperoxid T (1 Stunde) = 80 °C,
2,2'-Azobis-(N,N'-dimethylenisobutyramidine) T (1 Stunde) = 80°C,
Di-(2-methylbenzoyl)-peroxid T (1 Stunde) = 81°C,
2,2'-Azobisisobutyronitril T (1 Stunde) = 82°C,
Dimethyl-2,2'-azobisisobutyrat T (1 Stunde) = 83°C,
2,2'-Azobis-(2-methylbutyronitril) T (1 Stunde) = 84°C,
2,5-Dimethyl-2,5-di-(2-ethylhexanoylperoxy)-hexan T (1 Stunde) = 84°C,
4,4'-Azobis-(cyanopentansäure) T (1 Stunde) = 86°C,
Di-(4-methylbenzoyl)-peroxid T (1 Stunde) = 89°C,
Dibenzoyl-peroxid T (1 Stunde) = 91°C,
tert. Amylperoxy-2-ethylhexanoat T(1 Stunde) = 91°C,
tert. Butylperoxy-2-ethylhexanoat T (1 Stunde) = 92 °C,
tert. Butylperoxy-isobutyrat T(1 Stunde) = 96°C.
[0054] Erfindungsgemäß ganz besonders bevorzugt werden peroxidische Initiatoren.
[0055] Die Polymerisation kann weitgehend oder über weite Bereiche unter isothermen Bedingungen
durchgeführt werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung erfolgt die Polymerisation in mindestens zwei Schritten. In einem ersten
Schritt wird zunächst bei einer niedrigeren Temperatur, vorzugsweise bei einer Temperatur
zwischen 60 und weniger als 85°C, polymerisiert. In einem zweiten Schritt wird die
Polymerisation bei einer höheren Temperatur, vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen
85 und 120°C, fortgesetzt.
[0056] Vorzugsweise weist das Additiv-Polymer einen Restmonomergehalt von kleiner 0,62 Gew.-%,
zweckmäßigerweise kleiner 0,47 Gew.-%, vorzugsweise kleiner 0,42 Gew.-%, jeweils bezogen
auf das Gesamtgewicht des Additiv-Polymers, auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist der Restmonomergehalt des Additiv-Polymers kleiner
0,37 Gew.-%, vorzugsweise kleiner 0,30 Gew.-%, zweckmäßigerweise kleiner 0,25 Gew.-%,
insbesondere kleiner 0,20 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Additiv-Polymers.
[0057] Dabei bezeichnet erfindungsgemäß der Restmonomergehalt im Additiv-Polymer die Menge
an Monomer, die nach der Polymerisation und Polymerisolierung im Additiv-Polymer verbleibt.
Üblicherweise liegt er bei durch radikalische Polymerisation hergestellten Polymeren
im Bereich von 0,65 Gew.-% bis 1,0 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Polymers.
Verfahren zur Reduzierung des Restmonomergehaltes eines Polymers sind aus dem Stand
der Technik bekannt. Beispielsweise kann er durch Entgasen der Polymerschmelze, vorzugszuweise
im Extruder direkt vor dem Spinnen erniedrigt werden. Darüber hinaus ist es auch durch
geeignete Wahl der Polymerisationsparameter möglich, Polymere mit einem reduzierten
Restmonomergehalt zu erhalten.
[0058] Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es weiterhin überaus vorteilhaft, dem Additiv-Polymer
eine Rieselhilfe beizumischen. Dabei bezeichnen Rieselhilfen alle Hilfsmittel, die
pulverförmigen oder granulierten, insbesondere hygroskopischen Substanzen in geringen
Mengen beigemischt werden, um deren Verklumpen oder Zusammenbacken zu verhindern und
so dauerhaftes freies Fließen zu gewährleisten. Als solche auch Antikleber, Antibackmittel
oder Fluidifikantien genannte Rieselhilfen kommen wasserunlösliche, hydrophobierende
oder Feuchtigkeit adsorbierende Pulver von Kieselgur, pyrogenen Kieselsäuren, Tricalciumphosphat,
Calciumsilicaten, Al
2O
3, MgO, M
gCO
3, ZnO, Stearaten, Fettaminen (s. CD Römpp Chemie Lexikon - Version 1.0, Stuttgart/New
York: Georg Thieme Verlag 1995) in Frage. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung haben
sich derartige Rieselhilfen als nur bedingt geeignet erwiesen, da sie für das Spinnverfahren
nachteilig sind. Zum einen können sie sich in der Spinnvorrichtung ablagern und auf
diese Weise zu Verstopfungen der Leitungen und Düsen und somit zu Betriebsstörungen
führen. Weiterhin besteht die Gefahr, durch die "Fremdstoffe" die Materialeigenschaften
der resultierenden synthetischen Fäden zu verschlechtern und die Fadenbruchrate während
dem Spinnen zu erhöhen.
[0059] Erfindungsgemäß werden daher Polymere und/oder Copolymere als Rieselhilfen besonders
bevorzugt. Dabei haben sich die nachfolgend genannten Polymere und/oder Copolymere
als ganz besonders zweckmäßig erwiesen:
1. Ein Polymer, das durch Polymerisation von Monomeren der allgemeinen Formel (I):
erhältlich ist, wobei R1 und R2 Substituenten bestehend aus den optionalen Atomen C, H, O, S, P und Halogenatomen
sind und die Summe des Molekulargewichts von R1 und R2 mindestens 40 beträgt. Beipielhafte Monomereinheiten umfassen Acrylsäure, Methacrylsäure,
und CH2 = CR - COOR', wobei R ein H-Atom oder eine CH3-Gruppe und R' ein C1-15-Alkylrest oder ein C5-12-Cycloalkylrest oder ein C6-14-Arylrest ist, sowie Styrol und C1-3-alkylsubstituierte Styrole.
2. Ein Copolymer, welches folgende Monomereinheiten enthält:
- A =
- Acrylsäure, Methacrylsäure oder CH2 = CR - COOR', wobei R ein H-Atom oder eine CH3-Gruppe und R' ein C1-15-Alkylrest oder ein C5-12-Cycloalkylrest oder ein C6-14-Arylrest ist,
- B =
- Styrol oder C1-3-alkylsubstituierte Styrole,
wobei das Copolymer aus 60 bis 98 Gew.-% A und 2 bis 40 Gew.% B, vorzugsweise aus
83 bis 98 Gew.-% A und 2 bis 17 Gew.% B, und besonders bevorzugt aus 90 bis 98 Gew.
-% A und 2 bis 10 Gew.-% B (Summe = 100 Gew.-%) besteht.
3. Ein Copolymer, welches folgende Monomereinheiten enthält:
- C =
- Styrol oder C1-3-alkylsubstituierte Styrole,
- D =
- eines oder mehrere Monomere der Formel II, III oder IV
wobei R
3, R
4 und R
5 jeweils ein H-Atom oder ein C
1-15-Alkylrest oder ein C
6-14-Arylrest oder ein C
5-12-Cycloalkylrest sind, wobei das Copolymer aus 15 bis 95 Gew.-% C und 2 bis 80 Gew.-%
D, vorzugsweise aus 50 bis 90 Gew.-% C und 10 bis 50 Gew.-% D und besonders bevorzugt
aus 70 bis 85 -% C und 15 bis 30 Gew.-% D besteht, wobei die Summe aus C und D zusammen
100 Gew.-% ergibt.
4. Ein Copolymer, welches folgende Monomereinheiten enthält:
- E =
- Acrylsäure, Methacrylsäure oder CH2 = CR - COOR', wobei R ein H-Atom oder eine CH3-Gruppe und R' ein C1-15-Alkylrest oder ein C5-12-Cycloalkylrest oder ein C6-14-Arylrest ist,
- F =
- Styrol oder C1-3-alkylsubstitutierte Styrole,
- G =
- eines oder mehrere Monomere der Formel II, III oder IV
wobei R3, R4 und R5 jeweils ein H-Atom oder ein C1-15-Alkylrest oder ein C5-12-Cycloalkylrest oder ein C6-14-Arylrest sind,
- H =
- eines oder mehrerer etyhlenisch ungesättigter mit E und/oder mit F und/oder G copolymerisierbarer
Monomerer aus der Gruppe, welche aus α-Methylstyrol, Vinylacetat, Acrylsäureestern,
Methacrylsäureestern, die von E verschieden sind, Acrylnitril, Acrylamid, Methacrylamid,
Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, halogensubstituierten Styrolen, Vinylethern, Isopropenylethern
und Dienen besteht,
wobei das Copolymer aus 30 bis 99 Gew.-% E, 0 bis 50 Gew.-% F, 0 bis 50 Gew.-% G und
0 bis 50 Gew.% H, vorzugsweise aus 45 bis 97 Gew.-% E, 0 bis 30 Gew.-% F, 3 bis 40
Gew.-% G und 0 bis 30 Gew.-% H und besonders bevorzugt aus 60 bis 94 Gew.-% E, 0 bis
20 Gew.-% F, 6 bis 30 Gew.-% G und 0 bis 20 Gew.-% H besteht, wobei die Summe aus
E, F, G und H zusammen 100 Gew.-% ergibt.
[0060] Es handelt sich bei der Komponente H um eine optionale Komponente. Obwohl die erfindungsgemäß
zu erzielenden Vorteile bereits durch Copolymere, welche Komponenten aus den Gruppen
E bis G aufweisen, erreicht werden können, treten die erfindungsgemäß zu erzielenden
Vorteile auch auf, wenn am Aufbau des erfindungsgemäß einzusetzenden Copolymere weitere
Monomere aus der Gruppe H beteiligt sind.
[0061] Die Komponente H wird vorzugsweise so ausgewählt, daß sie keinen nachteiligen Effekt
auf die Eigenschaften des erfindungsgemäß zu verwendenden Copolymers hat.
[0062] Die Komponente H kann u. a. deswegen eingesetzt werden, um die Eigenschaften des
Copolymeren auf erwünschte Weise zu modifizieren, beispielsweise durch Steigerungen
oder Verbesserungen der Fließeigenschaften, wenn das Copolymer auf die Schmelztemperatur
erhitzt wird, oder zur Reduzierung einer Restfarbe im Copolymer oder durch Verwendung
eines polyfunktionellen Monomeren, um auf diese Art und Weise ein gewisses Maß an
Vernetzung in das Copolymer einzuführen.
[0063] Daneben kann H auch so gewählt werden, daß eine Copolymerisation von Komponenten
E bis G überhaupt erst möglich oder unterstützt wird, wie im Fall von MSA und MMA,
die an sich nicht copolymerisieren, jedoch bei Zusatz einer dritten Komponente wie
Styrol problemlos copolymerisieren.
[0064] Zu den für diesen Zweck geeigneten Monomeren gehören u. a. Vinylester, Ester der
Acrylsäure, beispielsweise Methyl- und Ethylacrylat, Ester der Methacrylsäure, die
sich von Methylmethacrylat unterscheiden, beispielsweise Butylmethacrylat und Ethylhexylmethacrylat,
Acrylnitril, Acrylamid, Methacrylamid, Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, Styrol, α-Methylstyrol
und die verschiedenen halogensubstituierten Styrole, Vinyl- und Isopropenylether,
Diene, wie beispielsweise 1,3-Butadien und Divinylbenzol. Die Farbverminderung des
Copolymeren kann beispielsweise besonders bevorzugt durch Einsatz eines elektronenreichen
Monomeren, wie beispielsweise eines Vinylethers, Vinylacetat, Styrol oder α-Methylstryrol,
erreicht werden.
[0065] Besonders bevorzugt unter den Verbindungen der Komponente H sind aromatische Vinylmonomere,
wie beispielsweise Styrol oder α-Methylstyrol.
[0066] Die Herstellung der genannten Rieselhilfen ist an sich bekannt. Sie können in Substanz-,
Lösungs-, Suspensions- oder Emulsionspolymerisation hergestellt werden. Hilfreiche
Hinweise finden sich hinsichtlich der Substanzpolymerisation bei Houben-Weyl, Band
E20, Teil 2 (1987), Seite 1145ff. Hinweise zur Lösungspolymerisation findet man eben
dort auf Seite 1156ff. Die Suspensionspolymerisationstechnik wird eben dort auf Seite
1149ff beschrieben, während die Emulsionspolymerisation eben dort auf Seite 1150ff
ausgeführt und erläutert wird. Gegebenenfalls müssen die Polymere noch gemahlen werden.
[0067] Erfindungsgemäß werden insbesondere Rieselhilfen bevorzugt, deren Teilchengröße in
einem besonders günstigen Bereich liegt. Besonders bevorzugt liegen die in Form von
Teilchen mit einem mittleren Durchmesser von 0,01 bis kleiner 100 µm vor. Es sind
jedoch auch Rieselhilfen mit größeren oder kleineren Teilchengrößen einsetzbar.
[0068] Die imidisierten Copolymertypen 3 und 4 können sowohl aus den Monomeren unter Verwendung
eines monomeren Imids hergestellt werden als auch durch nachträgliche vollständige
oder bevorzugt partielle Imidisierung eines das entsprechende Maleinsäurederivat enthaltenden
Copolymers. Erhalten werden diese Rieselhilfen beispielsweise durch vollständige oder
bevorzugt partielle Umsetzung des entsprechenden Copolymers in der Schmelzphase mit
Ammoniak oder einem primären Alkyl- oder Arylamin, beispielsweise Anilin (Encyclopedia
of Polymer Science and Engineering Vol. 16 [1989], Wiley-Verlag, Seite 78). Die resultierenden
Copolymere müssen gegebenenfalls noch gemahlen werden.
[0069] Sämtliche erfindungsgemäßen Copolymere als auch, soweit gegeben, deren nicht imidisierte
Ausgangscopolymere sind im Handel erhältlich oder nach einem für den Fachmann geläufigen
Verfahren herstellbar.
[0070] Im Rahmen der vorliegenden Erfindung haben sich Rieselhilfen besonders bewährt, die
eine weitgehend identische chemische Zusammensetzung wie das verwendete Additiv-Polymer
aufweisen. Vorteilhafterweise weisen die Rieselhilfe und das verwendete Additiv-Polymer
zu mindestens 50 Gew.-%, zweckmäßigerweise zu mindestens 60 Gew.-%, vorzugsweise zu
mindestens 70 Gew.%, insbesondere zu mindestens 80 Gew.-%, jeweils bezogen auf das
Gesamtgewicht der Rieselhilfe bzw. des verwendeten Additiv-Polymers, die gleichen
Wiederholungseinheiten auf. In diesem Zusammenhang kennzeichnen die Wiederholungseinheiten
die sich von den ursprünglich eingesetzten Monomeren ableitenden wiederkehrenden Einheiten
im Polymer.
[0071] Erfindungsgemäß besonders vorteilhafte Ergebnisse können erzielt werden, wenn die
Rieselhilfe und das verwendete Additiv-Polymer zu mindestens 90 Gew.-%, vorzugsweise
zu mindestens 95 Gew.-%, insbesondere zu mindestens 97 Gew.-%, jeweils bezogen auf
das Gesamtgewicht der Rieselhilfe bzw. des verwendeten Additiv-Polymers, die gleichen
Wiederholungseinheiten aufweisen. In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung stimmen die Polymerzusammensetzung der Rieselhilfe und
die des verwendeten Additiv-Polymer bezüglich der Wiederholungseinheiten vollständig
überein.
[0072] Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es darüber hinaus zweckmäßig eine Rieselhilfe
einzusetzen, die ein ähnliches Gewichtsmittel des Molekulargewicht wie das verwendete
Additiv-Polymer aufweist. Vorzugsweise weicht das Gewichtsmittel des Molekulargewichts
von der Rieselhilfe um weniger als 50 %, zweckmäßigerweise um weniger als 30 %, insbesondere
um weniger als 20 %, von dem des verwendeten Additiv-Polymers ab.
[0073] Der bevorzugte Konzentrationsbereich der Rieselhilfe im Additiv-Polymer liegt bei
0,05 bis 5,0 Gew.-%, vorzugsweise bei 0,05 bis 1,0 Gew.-%, jeweils bezogen auf das
Gesamtgewicht von Additiv-Polymer und Rieselhilfe, und hängt von der Oberfläche und
damit vom mittleren Durchmesser der Additiv-Polymere ab. Bei einem Perlpolymerisat
der mittleren Korngröße von 0,7 mm wird eine Konzentration der Rieselhilfe von 0,05
bis 0,3 Gew.-% bevorzugt. Mit abnehmendem Durchmesser der Perlen nimmt die für den
fließfördernden Effekt erforderliche Konzentration der Rieselhilfe zu. Bei zu geringer
Konzentration der Rieselhilfe ist der fließfördernde Effekt unvollständig, während
bei zu hohen Konzentrationen der Rieselhilfe keine weitere Verbesserung des Fließverhaltens
erreicht wird, dafür aber eine starke, technisch unerwünschte Staubbildung durch das
überschüssige, feinteilige Rieselhilfe-Pulver eintritt.
[0074] Zweckmäßigerweise wird die Rieselhilfe durch ein Emulsionspolymerisationsverfahren
hergestellt und durch Sprühtrocknung isoliert. Die Sprühtrocknung kann dabei auf an
sich bekannte Weise erfolgen. Beispielhafte Beschreibungen der Sprühtrocknung sind
DE 332 067 oder Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie, 5. Auflage (1988), B
2, Seite 4-23 zu entnehmen. Je nach Sprühaggregat (Einstoffdüse, Zweistoffdüse oder
Zerstäuberscheibe) werden Teilchen mit einem mittleren Korndurchmesser von 20 bis
300 µm erhalten.
[0075] Das Mischen von Additiv-Polymer und Rieselhilfe zur Herstellung eines möglichst gleichmäßigen
(homogenen) Dehnungserhöhungsmittel kann auf an sich bekannte Weise erfolgen. Weitere
Details sind beispielsweise in Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie, 5. Auflage
(1988) sowie in Römpps Chemie Lexikon (CD) - Version 1.0, Stuttgart/New York: Georg
Thieme Verlag 1995 beschrieben.
[0076] Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat es sich als überaus vorteilhaft erwiesen,
das vorzugsweise unter Verwendung eines Wirbelbett-Trockners getrocknete Additiv-Polymer
und die sprühgetrocknete Rieselhilfe unter Verwendung eines Wirbelbett-Trockners zu
mischen. Details zum Wirbelbett-Verfahren können ebenfalls der Fachliteratur, beispielsweise
Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie, 5. Auflage (1988) sowie Römpps Chemie
Lexikon (CD) - Version 1.0, Stuttgart/New York: Georg Thieme Verlag 1995 entnommen
werden.
[0077] Das erfindungsgemäß zu verwendende Dehnungserhöhungsmittel wird im Unterschied zum
Stand der Technik nicht granuliert. Dabei bezeichnet Granulieren in diesem Zusammenhang
die Herstellung sogenannter Pellets (Granulate) gleicher Gestalt und Größe. Das zu
granulierende Polymer wird üblicherweise in einem Ein- oder Doppelschneckenextruder
aufgeschmolzen und einer Pelletisiermaschine zugeführt. Die Zerkleinerung kann sowohl
durch Kalt-Pelletisierung als auch durch Heiß-Pelletisierung erfolgen. Beim Kalt-Pelletisieren
werden durch die Granulierdüse Stränge, Streifen oder dünne Folien hergestellt, die
nach Erstarren mittels rotierender Messer zerkleinert werden. Beim Heiß-Pelletisieren
wird das plastifizierte Polymer durch die Düse gepreßt und der austretende Strang
mittels einem rotierendem Messer, welches üblicherweise auf der Düsenplatte befestigt
ist, zerkleinert. Die Abkühlung der Schmelze erfolgt nach dem Pelletisieren üblicherweise
entweder mit Luft oder Wasser.
[0078] Die Herstellung der synthetischen Fäden aus den erfindungsgemäßen Polymermischungen
durch Schmelzspinnen geschieht unter Verwendung an sich bekannter Spinneinrichtungen,
wie sie beispielsweise in den Druckschriften DE 199 37 727 (Stapelfasern), DE 199
37 728 und DE 199 37 729 (technische Garne) und WO 99/07 927 (POYs) beschrieben werden.
Auf den Offenbarungsgehalt dieser Schriften wird daher explizit bezug genommen.
Da sich das erfindungsgemäße Verfahren für die Herstellung von POYs als ganz besonders
zweckmäßig erwiesen hat, wird im folgenden eine besonders bevorzugte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von POYs beschrieben. Die Übertragung
der erfindungsgemäßen Lehre auf Verfahren zur Herstellung anderer synthetischen Fäden
ist dem Fachmann unmittelbar offensichtlich.
[0079] Das Schmelzspinnen von POYs erfolgt vorzugsweise bei Spinnabzugsgeschwindigkeiten
von mindestens 2500 m/min. Hierbei wird das Filterpaket nach dem bekannten Stand der
Technik mit Filtereinrichtungen und/oder losen Filtermedien (z. B. Stahlsand) bestückt.
[0080] Die geschmolzene Polymermischung wird nach erfolgter Scher- und Filtrationsbehandlung
im Düsenpaket durch die Bohrungen der Düsenplatte gepreßt. In der anschließenden Kühlzone
werden die Schmelzefäden mittels Kühlluft unter ihre Erweichungstemperatur abgekühlt,
so daß ein Verkleben oder Aufstauchen an dem folgenden Fadenleitorgan vermieden wird.
Die Ausbildung der Kühlzone ist unkritisch, sofern ein homogener, das Filamentbündel
gleichmäßig durchdringender Luftstrom gewährleistet ist. So kann direkt unterhalb
der Düsenplatte eine Luftruhezone zur Verzögerung der Abkühlung vorgesehen sein. Die
Kühlluft kann durch Quer- oder Radialanblasung aus einem Klimasystem zugeführt werden
oder mittels eines Kühlrohres aus der Umgebung durch Selbstansaugung entnommen werden.
[0081] Nach Abkühlung werden die Filamente gebündelt und mit Spinnöl beaufschlagt. Dazu
werden Ölersteine verwendet, denen das Spinnöl als Emulsion von Dosierpumpen zugeführt
wird. Der präparierte Faden durchläuft vorteilhafterweise eine Entanglingeinrichtung
(Verschlingeinrichtung) zur Verbesserung des Fadenschlusses. Auch können Handhabungs-
und Sicherheitsorgane angebracht sein, bevor der Faden zum Wickelaggregat gelangt
und dort auf zylindrische Spulenkörper zu Paketen aufgespult wird. Die Umfangsgeschwindigkeit
des Fadenpaketes wird automatisch geregelt und ist gleich der Aufspulgeschwindigkeit.
Die Abzugsgeschwindigkeit des Fadens kann aufgrund seiner Changierbewegung um 0,2
- 2,5 % höher sein als die Aufspulgeschwindigkeit. Optional können nach der Präparierung
oder vor der Aufspulung angetriebene Galetten angewendet werden. Die Umfangsgeschwindigkeit
des ersten Galettensystems wird als Abzugsgeschwindigkeit bezeichnet. Weitere Galetten
können zum Verstrecken oder Relaxieren angewendet werden.
[0082] Die Inkompatibilität der beiden Polymere bewirkt, daß das Additivpolymer unmittelbar
nach Austritt der Polymermischung aus der Spinndüse überwiegend in Fadenlaufrichtung
radialsymmetrische länglich verformte Teilchen im Matrixpolymer bildet. Bevorzugt
beträgt das Längen-/Durchmesser-Verhältnis > 2. Dabei wurde der Durchmesser (d) senkrecht
und die Länge parallel zur Fadenlaufrichtung ermittelt. Beste Bedingungen ergaben
sich, wenn der mittlere Teilchendurchmesser (arithmetisches Mittel) d
50 ≤ 400 nm war, und der Anteil von Teilchen > 1000 nm in einem Probenquerschnitt unter
1 % lag.
[0083] Die Beeinflussung dieser Teilchen durch den Spinnverzug konnte analytisch nachgewiesen
werden. Untersuchungen der Spinnfäden nach dem TEM-Verfahren (Transmissions-Elektronenmilcroskopie)
haben gezeigt, daß dort eine fibrillenartige Struktur vorliegt. Der mittlere Durchmesser
der Fibrillen wurde mit ca. 40 nm abgeschätzt. Das Längen-/Durchmesserverhältnis der
Fibrillen war dabei > 50. Werden diese Fibrillen nicht gebildet oder sind die Additivteilchen
nach Austritt aus der Spinndüse im Durchmesser zu groß oder ist die Größenverteilung
zu ungleichmäßig, was bei ungenügendem Viskositätsverhältnis der Fall ist, so geht
der Wirkungseffekt verloren.
[0084] Die in der Literatur beschriebene Rollenwirkung konnte mit dem Additivpolymer gemäß
der Erfindung nicht nachvollzogen werden. Die Auswertung mikroskopischer Untersuchungen
von Faserquer- und -längsschnitten legt nahe, daß die Spinnverzugsspannung auf die
sich bildenden Additivfibrillen geleitet wird und sich die Polymermatrix spannungsarm
verzieht. Dadurch erfolgt die Deformation der Matrix unter Bedingungen, die eine Reduzierung
der Orientierung und Unterdrückung spinninduzierter Kristallisation zur Folge hat.
Sinnvollerweise erfolgt die Bewertung des Effekts an der Spinnfadenausbildung und
dem Verarbeitungsverhalten
[0085] Ferner ist für die Wirksamkeit der Additive gemäß dieser Erfindung eine Fließaktivierungsenergie
der Copolymere von mindestens 80 kJ/mol, also eine höhere Fließaktivierungsenergie
als die der Polymermatrix vorteilhaft. Unter dieser Voraussetzung ist es möglich,
daß die Additivfibrillen vor der Polyestermatrix erstarren und einen erheblichen Anteil
der anliegenden Spinnspannung aufnehmen. Somit kann der gewünschte Kapazitätszuwachs
der Spinnanlage auf einfache Art erzielt werden.
[0086] Die vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist in gleicher Weise zum Schnellspinnen von POY-Fäden mit einem POY-Filament-Titer
von > 3 dtex bis 20 dtex und mehr, wie auch von POY-Filamenttitern < 3 dtex, insbesondere
Mikrofilamenten mit 0,2 bis 2,0 dtex geeignet.
[0087] Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist infolge des zugesetzten Additiv-Polymers,
welches durch mehrfache Initiierung erhältlich ist, die Fadenbruchrate gegenüber den
aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren deutlich erniedrigt. In einer bevorzugten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist bei der Herstellung von POYs mit einem
Titer > 3 dtex die Fadenbruchrate kleiner als 0,75 Brüchen pro Tonne Polymermischung,
zweckmäßigerweise kleiner als 0,5 Brüchen pro Tonne Polymermischung, vorzugsweise
kleiner als 0,4 Brüchen pro Tonne Polymermischung.
[0088] Die durch das erfindungsgemäße Verfahren erhältlichen synthetischen Fäden können
in der vorliegenden Form direkt eingesetzt oder aber auf an sich bekannte Weise weiterverarbeitet
werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
werden sie zur Herstellung von Stapelfasern verwendet. Dabei können weitere Einzelheiten
zur Herstellung von Stapelfasern dem Stand der Technik, beispielsweise der Druckschrift
DE 199 37 727 und der in ihr zitierten Schriften entnommen werden.
[0089] In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
werden durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte POYs gestreckt oder strecktexturiert.
Dabei ist für die weitere Verarbeitung des Spinnfadens im Strecktexturierprozeß bei
hohen Geschwindigkeiten folgendes wichtig: Spinnfäden gemäß dieser Erfindung als Vorgarn
für das Strecktexturieren - üblicherweise als POY bezeichnet - werden vorzugsweise
mit Abzugsgeschwindigkeiten ≥ 2500 m/min, bevorzugt> 3500 m/min, besonders bevorzugt
> 4000 m/min, hergestellt. Diese Garne müssen eine physikalische Struktur aufweisen,
die durch einen spezifischen Orientierungsgrad und eine geringe Kristallisation gekennzeichnet
ist. Bewährt haben sich zu dessen Charakterisierung die Kenngrößen Reißdehnung, Doppelbrechung,
Kristallisationsgrad und Kochschrumpf. Die erfindungsgemäße Polymermischung auf Polyesterbasis
ist gekennzeichnet durch eine Reißdehnung der Polymer-Spinnfäden (POY) von mindestens
85 % und maximal 180 %. Der Kochschrumpf beträgt 32 - 69 %, die Doppelbrechung liegt
zwischen 0,030 und 0,075, die Kristallinität beträgt weniger als 20 % und die Reißfestigkeit
mindestens 17 cN/tex. Bevorzugt liegt die Reißdehnung der Polymer-Spinnfäden zwischen
85 und 160 %. Besonders günstige Verhältnisse liegen vor, wenn die Reißdehnung der
Polymer-Spinnfäden zwischen 109 und 146 % liegt, die Reißfestigkeit gleichzeitig mindestens
22 cN/tex und der Uster-Wert maximal 0,7 % beträgt.
[0090] Die derart erhältlichen synthetischen POYs sind für die Weiterverarbeitung in einem
Streck- oder Strecktexturierprozeß besonders geeignet. Dabei kann auch bei der Weiterverarbeitung
eine niedrigere Anzahl an Fadenbrüchen beobachtet werden. Das Strecktexturieren erfolgt
je nach Filamenttitertyp bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten, wobei für Normal-Titer-Filamente
≥ 2 dtex pro Filament (Endtiter) Geschwindigkeiten ≥ 750 m/min, bevorzugt ≥ 900 m/min,
angewendet werden. Für Mikrofilamente und feine Titer (Endtiter) < 2 dtex werden Geschwindigkeiten
zwischen 400 und 750 m/min bevorzugt. Das Verfahren läßt sich vorteilhafterweise auf
diese Titer und insbesondere Mikrofilamente zwischen 0,15 und 1,10 dtex (Endtiter)
pro Filament anwenden.
[0091] Die anzuwendenden Verstreckverhältnisse liegen für die spezifizierten Spinnfäden
zwischen 1,35 und 2,2, wobei für geringeren Orientierungsgrad bevorzugt Verstreckverhältnisse
im oberen Bereich und umgekehrt angewendet werden. Beim Strecktexturieren wird das
Verstreckverhältnis durch Spannungsschwankungen (Surging) in Abhängigkeit von der
Arbeitsgeschwindigkeit beeinflußt. Besonders bevorzugt sind darum Verstreckverhältnisse
gemäß der Formel:
wobei
- w =
- Strecktexturiergeschwindigkeit in m/min
- b =
- Konstante, die zwischen 1,15 und 1,50 liegt,
anzuwenden.
[0092] Nachfolgend wird die Erfindung durch Beispiel und Vergleichsbeispiel eingehender
erläutert, ohne daß die Erfindung auf dieses Beispiel beschränkt werden soll. Dabei
wurden die angegebenen Eigenschaftswerte, ebenso wie die vorstehend angegebenen Werte,
wie folgt ermittelt:
[0093] Der Restmonomergehalt an Methylmethacrylat und Styrol wurde mittels der gaschromatographischen
Headspace-Analyse, einer Methode zur Bestimmung verdampfbarer Bestandteile in Flüssigkeiten
und Feststoffen (u.a. von Monomeren in Thermoplasten) gemessen. Der Restmonomergehalt
an N-Cyclohexylmaleinimid wurde gaschromatographisch an einer Lösung des Polymers
in Dichlormethan bestimmt.
[0094] Der mittlere Korndurchmesser bei der sprühgetrockneten Rieselhilfe wurde über Laserbeugungsspektroskopie
mit einem Mastersizer Microplus der Fa. Malvem (Meßbereich: 0,05 - 555 µm) bestimmt.
[0095] Der mittlere Korndurchmesser der Spinnfaser-Additiv-Perlen wurde über eine Siebanalyse
mit einer Alpine-Luftstrahl-Siebmaschine (Typ A 200 LS) bestimmt.
[0096] Die intrinische Viskosität wurde an einer Lösung von 0,5 g Polyester in 100 ml eines
Gemisches aus Phenol und 1,2-Dichlorbenzol (3 : 2 Gew.-Teile) bei 25 °C bestimmt.
Die Viskositätszahl VZ (auch Staudinger Funktion) ist die konzentrationsbezogene relative
Viskositätsänderung einer 0,5%igen Lösung des Copolymeren in Chloroform bezogen auf
das Lösemittel, wobei die Durchlaufzeiten im Ubbelohde-Viskosimeter mit hängendem
Kugelniveau, Schott Typ Nr. 53203 und Kapillare 0c nach DIN-Norm 51562 bei 25 °C ermittelt
wurden. Als Lösungsmittel diente Chloroform.
wobei
- t =
- Durchlaufzeit der Polymerlösung in Sekunden
- to =
- Durchlaufzeit des Lösemittels in Sekunden
- c =
- Konzentration in g/100 ccm
[0097] Zur Bestimmung der Schmelzeviskosität (Anfangsviskosität) wurde das Polymer im Vakuum
auf einen Wassergehalt ≤ 1000 ppm (Polyester ≤ 50 ppm) getrocknet. Anschließend wurde
das Polymer in einem Kegel-Platte-Rheometer, Typ UM100, Physica Meßtechnik GmbH, Stuttgart/DE,
unter Beschleierung mit Stickstoff auf die temperierte Meßplatte eingebracht. Dabei
wurde der Meßkegel (MK210) nach dem Aufschmelzen der Probe, d. h. nach ca. 30 Sekunden,
auf der Meßplatte positioniert. Die Messung wurde nach einer weiteren Aufheizperiode
von 60 Sekunden gestartet (Meßzeit = 0 Sekunden). Die Meßtemperatur betrug 290 °C
für Polyethylenterephthalat und Additiv-Polymere, welche Polyethylenterephthalat zugesetzt
werden, bzw. war gleich der Schmelztemperatur (Methode hiernach) des betroffenen Polymers
plus 34,0 °C. Die so festgelegte Meßtemperatur entspricht der typischen Verarbeitungs-
oder Spinntemperatur des jeweiligen Polymers. Die Probenmenge wurde so gewählt, daß
der Rheometerspalt vollständig ausgefüllt war. Die Messung wurde in Oszillation mit
der Frequenz 2,4 Hz (entsprechend einer Scherrate von 15 sec
-1) und einer Deformations-Amplitude von 0,3 durchgeführt, und der Betrag der komplexen
Viskosität als Funktion der Meßzeit bestimmt. Danach wurde die Anfangsviskosität durch
lineare Regression auf die Meßzeit Null umgerechnet.
[0098] Für die Bestimmung der Schmelztemperatur des Polymers wurde die Polymerprobe zunächst
bei 310 °C während 1 min aufgeschmolzen und unmittelbar danach auf Raumtemperatur
abgeschreckt. Anschließend wurde die Schmelztemperatur durch DSC-Messung (Differential
Scanning Calorimetrie) bei einer Aufheizrate von 10 °C/min bestimmt. Vorbehandlung
und Messung erfolgten unter Stickstoffbeschleierung.
[0099] Der Titer wurde mit einer Präzisionsweife und einer Wägeeinrichtung in bekannter
Weise ermittelt. Dabei betrug die Vorspannung zweckmäßigerweise für vororientierte
Filamente (POYs) 0,05 cN/dtex und für texturiertes Garn (DTY) 0,2 cN/dtex.
[0100] Die Reißfestigkeit und die Reißdehnung wurden in einem Statimat-Meßgerät bei folgenden
Bedingungen ermittelt; die Einspannlänge betrug 200 mm für POY bzw. 500 mm für DTY,
die Meßgeschwindigkeit betrug 2000 mm/min für POY bzw. 1500 mm/min für DTY, die Vorspannung
betrug 0,05 cN/dtex für POY bzw. 0,2 cN/dtex für DTY. Durch Division der Werte für
die maximale Reißlast durch den Titer wurde die Reißfestigkeit bestimmt, und die Reißdehnung
wurde bei maximaler Last ausgewertet.
Vergleichsbeispiel
[0101] Polyethylenterephthalatschnitzel mit einem Wassergehalt von weniger als 35 ppm, der
Grenzviskositätszahl von 0,64 dl/g und einer Schmelzviskosität (bei 290 °C) von 250
Pas wurden in den Einzug eines Extruders geleitet. Lotrecht zur Förderrichtung der
Extruderschnecke und zentrisch zum Extrudereinzug angeordnet befand sich ein Fallrohr,
durch welches das auf eine Restfeuchte von < 0,1 Gew-% getrocknete Additiv mittels
eines gravimetrischen Dosiersystems im Einzugsbereich oberhalb der Extruderschnecke
zu den Polyesterschnitzeln zudosiert wurde.
[0102] Als Additiv wurde ein in Suspension hergestelltes Perlpolymerisat auf Basis von MMA/Styrol/N-Cyclohexylmaleinimid
eingesetzt. Hierbei handelte es sich um ein Terpolymeres aus 89,2 Gew.-% Methylmethacrylat,
8,8 Gew.-% Styrol und 2 Gew.-% N- Cyclohexylmaleinimid, wobei das Terpolymer eine
Viskositätszahl VZ von etwa 101 cm
3/g und eine Schmelzviskosität (bei 290 °C) von ca. 1400 Pas aufwies.
[0103] Das MMA/Styrol/N-Cyclohexylmaleinimid-Additiv mit VZ 101 cm
3/g wurde folgendermaßen erhalten:
[0104] In einem 10001 Polymerisationsgefäß mit Heiz-/Kühlmantel, ausgestattet mit Rührer,
Rückflußkühler und Thermometer wurde ein Gemisch aus 525 kg vollentsalztem Wasser,
0,071 kg KHSO
4 und 13 kg einer 13-prozentigen wässrigen Lösung einer Polyacrylsäure auf 40 °C erwärmt.
Unter Rühren wurden nun 525 kg eines Gemisches aus 88,68 Gewichtsteilen Methylmethacrylat
(MMA), 8,75 Gewichtsteile Styrol, 1,99 Gewichtsteile N-Cyclohexylmaleinimid, 0,14
Gewichtsteile Thioglykolsäure-2-ethylhexylester, 0,09 Gewichtsteile t-Dodecylmercaptan,
0,05 Gewichtsteile Stearinsäure und 0,3 Gewichtsteile Dilauroylperoxid zugegeben.
Der Ansatz wurde 130 Minuten bei 80 °C und 60 Minuten bei 98 °C polymerisiert und
danach auf Raumtemperatur abgekühlt. Die Polymerisatperlen wurden abfiltriert, gründlich
mit vollentsalztem Wasser ausgewaschen und in einem Wirbelbett-Trockner bei 80 °C
getrocknet.
[0105] Anschließend werden die getrockneten Polymerisatperlen mit 0,1 Gewichtsteilen eines
sprühgetrockneten MMA/Styrol-Emulsionspolymerisates versetzt und ca. 5 Minuten im
Wirbelbett-Trockner vermischt.
Das als Antistatikmittel oder Rieselhilfe wirkende MMA/Styrol-Emulsionspolymerisat
wurde folgendermaßen erhalten:
[0106] In einem 5001 Polymerisationsgefäß mit Heiz-/Kühlmantel, ausgestattet mit Rührer,
Rückflußkühler und Thermometer wurden 80 kg vollentsalztes Wasser, 0,016 kg 75%iges
Natriumdiisooctylsulfosuccinat und 0,056 kg Natriumperoxodisulfat vorgelegt und auf
92 °C Innentemperatur aufgeheizt. In einem zweiten mit einem Rührer ausgestatteten
Reaktor wurde bei Raumtemperatur eine Emulsion aus 182,4 kg Methylmethacrylat, 17,6
kg Styrol, 0,080 kg Thioglykolsäure-2-ethylhexylester in 120 kg vollentsalztem Wasser,
welches 0,8 kg Natriumdiisooctylsulfosuccinat und 0,12 kg Natriumperoxodisulfat enthielt,
hergestellt. Diese Emulsion wurde mit einer Rate von 1,2 kg/Minute in das Polymerisationsgefäß,
welches durch Heizen bzw. Kühlen auf einer Polymerisationstemperatur von ca. 92 °C
gehalten wurde, zudosiert. Nach Ende der Dosierung wurde der Reaktorinhalt 30 Minuten
bei 92°C Innentemperatur nachgeheizt.
[0107] Anschließend wurde die erhaltene Polymerdispersion in einem Sprühturm der Fa. Niro,
ausgestattet mit einer mit 15.000 Upm rotierenden Zerstäuberscheibe, sprühgetrocknet.
Die zugeführte Luft hatte eine Temperatur von 180 bis 190°C; die austretende Luft
hatte eine Temperatur von 75 bis 80°C. Das getrocknete MMA/Styrol-Copolymer hatte
eine mittlere Korngröße von d
50 = 14 µm.
[0108] Die VZ des sprühgetrockneten MMA/Styrol-Copolymeren betrug 97 cm
3/g.
[0109] Das sprühgetrocknete MMA/Styrol-Copolymer wurde, wie bereits oben beschrieben, in
einer Konzentration von 0,1 Gew.-% mit dem MMA/Styrol/N-Cyclohexylmaleinimid in einem
Wirbelbett-Trockner bei Raumtemperatur 5 Minuten gemischt.
[0110] Dabei wurden 510 kg Polymerisatperlen mit einer Viskositätszahl nach DIN 7745 von
101 cm
3/g, einem Rest-Methylmethacrylat-Gehalt von 0,47 Gew.% und einem mittleren Korndurchmesser
von 0,75 mm erhalten. Der Rest-Styrol-Gehalt war unterhalb der Nachweisgrenze von
0,05 Gew.-%. Der Rest-N-Cyclohexylmaleinimid-Gehalt war unterhalb der Nachweisgrenze
von 0,1 Gew.-%.
[0111] Das Additiv wurde in einer Konzentration von 0,77 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge
der Polymermischung aus Polyester und Additiv, welche durch das vom Extruder gespeiste
Spinnsystem abgenommen wurde, zugegeben. Die Gesamtmenge der abgenommenen Polymermischung
wurde durch die Anzahl der betriebenen Spinnpumpen des nachfolgend beschriebenen Spinnsystems
und durch den Durchsatz der jeweiligen Spinnpumpe definiert. Waren alle Spinnpumpen
in Betrieb, wurde eine Menge von insgesamt 304,5 kg/h Polymermischung vom Spinnsystem
abgenommen und das Additiv wurde mit einer Menge von 2,34 kg/h gravimetrisch in den
Extrudereinzug zudosiert.
[0112] Bereits im Extrudereinzug kam es durch die Wellenbewegung der Extruderschnecke zu
einer Vorvermischung der Additivperlen mit den Polyesterschnitzeln. Die Polyesterschnitzel
und die Additivperlen wurden im Extruder, einem LTM-24D/B8 Spinnextruder der Barmag
AG, Remscheidt/DE, gemeinsam aufgeschmolzen und vermischt. Diese erste Polymermischung
wurde bei einer Temperatur von 290 °C mit einem Druck von 180 bar ausgetragen, als
Schmelzestrom von 304,5 kg/h durch die Schmelzeleitung befördert und einer Filtration
mit einer 20 µm Filterkerze unterzogen.
[0113] Die filtrierte erste Polymermischung wurde einem statischen Mischer vom Typ SMX der
Sulzer AG mit einem Innendurchmesser von 52,5 mm und einer Länge von 525 mm zugeführt,
dort zu einer zweiten Polymermischung homogenisiert und dispergiert.
[0114] Diese zweite Polymermischung wurde mittels Produktleitung auf zwölf Spinnpositionen,
je Position enthaltend sechs Spinnpakete, verteilt, wobei die mittlere Verweilzeit
der zweiten Polymermischung vom Austritt aus dem statischen Mischer bis zum Eintritt
in das Spinnpaket fünf Minuten betrug. Jedes Spinnpaket enthielt eine Runddüse mit
34 Löchern des Durchmessers 0,25 mm und der Länge des zweifachen Durchmessers. Das
Spinnpaket enthielt oberhalb der Düsenplatte ein Spinnfilterpaket, bestehend aus einer
Stahlsandpackung von 30 mm Höhe und einer Körnung von 0,5 bis 0,85 mm, sowie ein Maschengewebe
von 40 µm und einem Stahlvliesfilter von 20 µm Porendurchmesser. Der Durchmesser des
Spinnfilterpaketes betrug 85 mm. Die Verweilzeit der Schmelze im Filterpaket betrug
etwa 1,5 Minuten. Die Beheizung des Spinnpaketes wurde auf 290 °C eingestellt. Die
Oberfläche der Spinndüse befand sich 30 mm oberhalb der Begrenzung des Heizkastens.
Beim Durchsatz der Schmelzemischung stellte sich ein Düsendruck von 150 bar ein. Die
mittlere Verweilzeit der Polymermischung aus Polyester- und Additivschmelze vom Extruder-Ausgang
bis zum Austritt aus den Spinnpaketen betrug etwa zehn Minuten.
[0115] Die aus den Düsenlöchern extrudierten schmelzeflüssigen Filamente wurden mittels
horizontal zum Fadenlauf einströmender Blasluft einer Geschwindigkeit von 0,55 m/s
und einer Temperatur von 18 °C abgekühlt und in einem Abstand von 1250 mm von der
Düsenplatte in einem Ölerstein zum Faden gebündelt und mit Spinnpräparation beschichtet.
[0116] Ein S-förmig umschlungenes Galettenpaar zog den Faden mit einer Geschwindigkeit von
5000 m/min ab, wobei ein Spinnverzugsverhältnis von 141 eingestellt war.
[0117] Zwischen den Galetten war eine bei normalem Fadenlauf geschlossene Verwirbelungsdüse
installiert, die mit einem Luftdruck von 4,5 bar dem Faden eine Verwirbelungsknotenzahl
von 13 Knoten/m einprägte. Die Einlaufspannung im Einlauf der Verwirbelungsdüse war
auf 0,16 g/den eingestellt. Jeweils sechs Fäden einer Spinnposition wurden in einem
Wickler zu Spulpaketen aufgespult, wobei die Spulengeschwindigkeit von 4985 m/min
derart gewählt wurde, daß die Fadenspannung vor dem Aufspulen 0,1 g/den betrug. Es
wurden vororientierte (POY) Fäden erhalten, gekennzeichnet durch einen Titer von 126
den, eine Reißdehnung von 116 % und eine Reißfestigkeit von 2,4 g/den.
[0118] Während der Produktionsperiode von sieben Tagen betrug die Bruchrate beim Betrieb
des Spinnsystems durchschnittlich 0,75 Brüche pro Tonne durchgesetzter Polymermischung.
[0119] Die erhaltenen POYs wurden mit einer Texturiermaschine vom Typ FK6 der Barmag AG/Deutschland
mit einer Geschwindigkeit von 900 m/min strecktexturiert. Das Verstreckverhältnis
wurde zu 1,77 und die Heizertemperaturen 1 und 2 zu 210 bzw. 170 °C gewählt. Die Bruchrate
betrug durchschnittlich 21 Brüche pro Tonne texturierten Gams. Das texturierte Garn
hatte einen Titer von 74 den, eine Reißfestigkeit von 4,5 g/den, eine Reißdehnung
von 18,3 % und war durch eine gute Anfärbegleichmäßigkeit charakterisiert.
Beispiel gemäß der Erfindung
[0120] Es wurde wiederum das im Vergleichsbeispiel beschriebene Spinnsystem bei gleichen
Durchsätzen und Spinnbedingungen eingesetzt. Im erfindungsgemäßen Beispiel wurde ebenfalls
ein Additiv bestehend aus 89,2 Gew.-% Methylmethacrylat, 8,8 Gew.-% Styrol und 2 Gew.-%
N- Cyclohexylmaleinimid eingesetzt, wobei das Terpolymer eine Viskositätszahl VZ von
etwa 101 cm
3/g aufwies. Im Unterschied zum Vergleichsbeispiel unter 1 hierin oben wurde jedoch
ein MMA/Styrol/N-Cyclohexylmaleinimid-Additiv eingesetzt, welches durch mehrfache
Initiierung wie folgt erhalten wurde:
[0121] In einem 10001 Polymerisationsgefäß mit Heiz-/Kühlmantel, ausgestattet mit Rührer,
Rückflußkühler und Thermometer wurde ein Gemisch aus 525 kg vollentsalztem Wasser,
0,071 kg KHSO
4 und 13 kg einer 13 prozentigen wässrigen Lösung einer Polyacrylsäure auf 40 °C erwärmt.
Unter Rühren wurden nun 525 kg eines Gemisches aus 88,68 Gewichtsteilen Methylmethacrylat
(MMA), 8,75 Gewichtsteile Styrol, 1,99 Gewichtsteile N-Cyclohexylmaleinimid, 0,14
Gewichtsteile Thioglykolsäure-2-ethylhexylester, 0,09 Gewichtsteile t-Dodecylmerkaptan,
0,05 Gewichtsteile Stearinsäure, 0,2 Gewichtsteile Dilauroylperoxid und 0,1 Gewichtsteile
tert. Amylperoxy-2-ethylhexanoat zugegeben. Der Ansatz wurde 115 Minuten bei 80 °C
und 60 Minuten bei 98 °C polymerisiert und danach auf Raumtemperatur abgekühlt. Die
Polymerisatperlen wurden abfiltriert, gründlich mit vollentsalztem Wasser ausgewaschen
und in einem Wirbelbett-Trockner bei 80 °C getrocknet. Anschließend wurden die getrockneten
Polymerisatperlen mit 0,1 Gewichtsteilen eines sprühgetrockneten MMA/Styrol-Emulsionspolymerisates
versetzt, dessen Synthese hierin oben beim Vergleichsbeispiel beschrieben ist, und
ca. fünf Minuten im Wirbelbett-Trockner vermischt.
[0122] Es wurden 513 kg Polymerisatperlen mit einer Viskositätszahl nach DIN 7745 von 101
cm
3/g, einem Rest-Methylmethacrylat-Gehalt von 0,22 Gew.-% und einem mittleren Korndurchmesser
von 0,75 mm erhalten. Der Rest-Styrol-Gehalt war unterhalb der Nachweisgrenze von
0,05 Gew.-%. Der Rest-N-Cyclohexylmaleinimid-Gehalt war unterhalb der Nachweisgrenze
von 0,1 Gew.-%.
[0123] Das Additiv aus dem erfindungsgemäßen Beispiel hatte somit bei vergleichbarer Perlgröße
und Behandlung mit MMA/Styrol-Emulsionspolymerisat im Wirbelbett-Trockner einen deutlich
geringeren Restmonomergehalt, verglichen mit dem Additiv aus dem Vergleichsbeispiel.
[0124] Das Additiv wurde in einer Menge von 0,77 Gew.-% bezogen auf die gesamte dem Spinnsystem
zugeführte Menge der Polymermischung zugegeben und die Polymermischung analog zum
Vergleichsbeispiel versponnen. Es wurden wiederum während einer Produktionsperiode
von sieben Tagen POY Fäden produziert, gekennzeichnet durch einen Titer von 126 den,
eine Reißdehnung von 117 % und eine Reißfestigkeit von 2,4 g/den. Die Bruchrate beim
Betrieb des Spinnsystems betrug dabei durchschnittlich 0,35 Brüche pro Tonne durchgesetzter
Polymeimischung.
[0125] Die POYs wurden analog zum Vergleichsbeispiel mit einer Geschwindigkeit von 900 m/min
strecktexturiert. Die Bruchrate betrug durchschnittlich 18 Brüche pro Tonne texturierten
Garns. Das texturierte Garn hat bei gleichem Titer und gleicher Reißfestigkeit wie
das texturierte Garn aus dem Vergleichsbeispiel und eine Reißdehnung von 18,6 % bei
gleich guter Anfärbegleichmäßigkeit.