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(11) | EP 0 350 626 A2 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG |
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| (54) | Verfahren zur Herstellung von Polybutylenterephthalat-Teppichgarn |
[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Teppichgarn aus Polybutylenterephthalat (PBT) mit einer Intrinsic-Viskosität von 0,9 bis 1,2 durch integriertes Spinnstrecktexturieren bei einer Zufuhrgeschwindigkeit zur Texturiereinheit von mindestens 1800 m/min.
[0002] PBT-Teppichgarne sind bekannt. So beschreibt die DE-A 22 23 950 Plüschteppiche ausgehend von Stapelfasern, die durch Schmelzspinnen von PBT mit einer Grenzviskosität von etwa 0,8, Aufwickeln der Fäden mit einer Geschwindigkeit von 610 m/min, nachfolgend Verstrecken bei einer Temperatur von 80 °C, Stauchkammerkräuselung und schließlich Thermofixierung bei 150 °C während 18 min erhalten wurden.
[0003] Ähnlich ist auch das Verfahren der DE-A 20 11 813 wobei ebenfalls die abschließende Stufe einer 18-minütigen Thermofixierung des Faserstranges letztlich die Verarbeitungsgeschwindigkeit und damit die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens bestimmt.
[0004] Auch PBT-Stapelfasern mit einer etwas höheren Inhärent-Viskosität (mindestens 0,76), die auch für Teppiche geeignet sein sollen, sind aus der DE-B 20 37 217 bekannt. Obgleich als gekräuselt bezeichnet, handelt es sich jedoch um nicht texturierte, lediglich verstreckte und nachfolgend 5 min bei 145 °C fixierte Garne. Aber auch hier wird die Wirtschaftlichkeit wesentlich durch die zeitaufwendige Thermofixierung bestimmt.
[0005] Während die beiden erstgenannten Schriften keine Angaben zur Viskosität der Fasern enthalten, liegt hier die Inhärent-Viskosität der Fasern in der Mehrzahl der Fälle beachtlich unter der des Ausgangs-PBT, im ungünstigsten Fall 20 % darunter. Der damit einhergehende Polymerabbau führt unter anderem zur Freisetzung niederer, meist zyklischer Oligomere und zu entsprechender Verunreinigung der Blasluft, des Wasserdampfes und der Raumluft. Eine eventuell erforderliche, durch die neuere Umweltgesetzgebung bedingte Reinigung dieser Medien, zum Beispiel mit Aktivkohle, bedeutet zusätzlichen Energiebedarf und Entsorgung der Reinigungsmasse. Des weiteren bedingt der partielle PBT-Abbau eine größere Ungleichmäßigkeit der Garnqualität.
[0006] Es versteht sich von selbst, daß derartige mehrminütige Fixierstufen mit modernen, bei 2000 oder 3000 m/min arbeitenden Spinnstrecktexturier-Verfahren zeitlich nicht kompatibel sind. Entsprechend nehmen bekannte integrierte Spinnstrecktexturier-Prozesse nie auf PBT Bezug.
[0007] Ein solches integriertes Verfahren ist zum Beispiel für Polyamid-6 und -6.6 im US-A 4 096 226 beschrieben, wobei bevorzugt eine Texturiervorrichtung gemäß US-A 3 908 248 zu verwenden ist. Letztere soll auch für Polyethylenterephthalat (PETP) geeignet sein. Obgleich eine Begrenzung der Geschwindigkeit nicht angegeben ist, liegen die beispielhaften Angaben doch recht niedrig, allgemein 50 bis 100 m/min und auf Nylon-6 bezogen 800 - 1200 m/min.
[0008] Versucht man hiernach das für Polyamid-6 gegebene Beispiel des US-A 40 96 226 mit PETP nachzuarbeiten, so erhält man, wenn überhaupt, im wesentlichen amorphe Filamente, die neben sonstigen mangelhaften Eigenschaften keinerlei dauerbeständige Kräuselung aufweisen. Offensichtlich eignet sich die genannte Texturiervorrichtung nur dann für PETP, wenn mit geringen und daher wenig wirtschaftlichen Geschwindigkeiten von einigen 100 m/min, wie bereits vom PBT her bekannt, gearbeitet wird.
[0009] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist folglich die Herstellung von PBT-Teppichgarn auf eine wirtschaftlichere Basis zu stellen, als dies beim eingangs geschilderten Stand der Technik der Fall ist. Die Garnqualität sollte mindestens der bei herkömmlichen, mehrere separate Stufen umfassenden Verfahren erzielbaren gleichwertig sein und die Umweltbelastung so gering wie möglich.
[0010] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch Anwendung eines integrierten Spinnstrecktexturier-Prozess bestehend aus
a) Schmelzspinnen von Polybutylenterephthalat mit einer Intrinsic-Viskosität von 0,9 bis 1,2 und einem Wassergehalt von maximal 50 Gewichts-ppm bei einer Temperatur von 245 bis 270 °C und einem Spinnverzug von 1 : 20 bis 1 : 100,
b) Abkühlen der Filamente in einem Blasschacht mittels senkrecht zur Fadenlaufrichtung mit einer Geschwindigkeit von 0,4 bis 0,8 m/sec einströmender, turbulenzfreier Luft,
c) Präparieren der abgekühlten Filamente mittels einer Öl-Wasser-Mischung bei einer Ölauflage relativ zum Fadengewicht von mindestens 0,5 %,
d) Verstrecken der Filamente zwischen zwei beheizten Galettensystemen, wobei die Temperatur des ersten Systems im Bereich Glasumwandlungstemperatur ± 30 °C liegt und diejenige des zweiten Systems um mindestens 100 °C höher, und wobei das Verstreckverhältnis so hoch gewählt wird, daß die Reißdehnung des fertigen Fadens maximal 45 % beträgt,
e) Zuführen der verstreckten Filamente bei einer Transportgeschwindigkeit des zweiten Galettensystems von mindestens 1800 m/min zu einer Texturiereinheit, in der sie mit Luft mit einer mindestens gleichhohen Temperatur wie die des zweiten Galettensystems dreidimensional verblasen und gestaucht werden,
f) Ausstoßen der Filamente aus der Texturiereinheit und Ablegen in einer Kühleinheit mit einer zur Abkühlung unter Glastemperatur ausreichenden Verweilzeit,
g) Abziehen der Filamente mittels eines unbeheizten, dritten Galettensystems, dessen Geschwindigkeit mindestens 10 % unter der des zweiten Galettensystems liegt,
h) Regeln der Prozeßbedingungen der Stufen a) bis g) derart, daß die Intrinsic-Viskosität in Stufe j) maximal 5 % niedriger liegt als in Stufe a),
i) Verwirbeln der Filamente mittels einer Luftblasdüse bei einem zur Erzielung einer Entangling-Knotenzahl von mindestens 12 Pro Meter ausreichenden Luftdruck,
j) und Aufspulen der Filamente.
[0011] Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen, aufgespulten PBT-Teppichgarne sind gekennzeichnet durch
- eine Intrinsic-Viskosität von mindestens 0,86,
- einen Einzelkapillartiter von mindestens 16 dtex,
- ein Kapillarquerschnittsverhältnis bezogen auf trilobales Profil von mindestens 2,2,
- einen Kochschrumpf von weniger als 1,0 %,
- einen Kräuselungsgrad von mindestens 15 %, bei Fadenentwicklung bei 120 °C,
- eine als Differenz des Kräuselungsgrades bei Fadenentwicklung bei 120 °C zu demjenigen bei Raumtemperatur definierte Bauschigkeit von mindestens 9 % absolut,
- eine Anfärbbarkeit mit Dispersionsfarbstoffen bei maximal 100 °C ohne Carrier,
- ein hervorragendes Anti-Anschmutzverhalten
sowie bei Verarbeitung zu einem Teppich durch
- eine positive Optik,
- ein hervorragendes Deckvermögen
- und eine hohe Elastizität und Wiedererholung.
[0012] Diese exzellenten Fasereigenschaften, die bezüglich Kräuselung und Wiedererholung sogar herkömmlich hergestellte PBT-Fasern übertreffen, waren völlig überraschend und in Anbetracht des negativen Verlaufs des zuvor geschilderten Versuchs mit dem naheverwandten PETP ebenso unerwartet.
[0013] Dieser überraschende Erfolg ist vermutlich auf eine exakte und optimierte Abstimmung der zahlreichen Prozeßparameter sowohl untereinander als auch auf ein einziges definiertes Polymer mit relativ engen Viskositätsgrenzen zurückzuführen.
[0014] Als Ausgangsmaterial dient PBT mit einer Intrinsic-Viskosität von 0,9 bis 1,2, vorzugsweise 0,9 bis 1,1, gemessen in einem Gemisch aus 3 Gewichtsteilen Phenol und 2 Teilen 1,2-Dichlorbenzol bei 25 °C und einer Konzentration von 0,5 g/100 ml. Der Wassergehalt des PBT sollte möglichst niedrig sein, maximal 50 ppm, vorzugsweise maximal 30 ppm, da andernfalls ein partieller hydrolytischer Abbau des Polymers nicht ausgeschlossen werden kann. Die üblichen Additive, wie zum Beispiel Mattierungsmittel sind zulässig, ansonsten sollte aber möglichst reines PBT verwendet werden. Prinzipiell ist das erfindungsgemäße Verfahren auch für PBT mit geringfügig abweichender Viskosität beziehungsweise geringem Comonomer-Gehalt geeignet, die Grenzen zu geringerer Garnqualität sind hierbei aber fließend.
[0015] Je nach örtlichen Gegebenheiten wird von Granulat oder von einem direkt aus der Polykondensation kommenden Schmelzestrom ausgegangen. Der direkte Weg ist zu bevorzugen, da die Unterwassergranulierung des PBT hierbei entfällt, und die Polymerschmelze somit Praktisch wasserfrei ist. Die Polymerisation selbst kann nach beliebigen Verfahren erfolgen, zum Beispiel wie in den US-A 46 80 376 und US-A 44 99 261 beschrieben.
[0016] Das Schmelzspinnen erfolgt bei einer Temperatur im Bereich von 245 bis 270 °C und einem Spinnverzug von 1 : 20 bis 1 : 100, vorzugsweise bei 258 bis 265 °C und 1 : 30 bis 1 :50. Die Verweilzeit im Schmelzezustand ist zu begrenzen und sollte im Fall von PBT-Granulat vom Aufschmelzen bis zum Spinndüsenaustritt nicht mehr als 8 min, vorzugsweise etwa 4 min, betragen. Da diese erste Stufe maßgeblich zum Verhältnis der Intrinsic-Viskosität des Ausgangs-PBT zu der der herzustellenden Filamente beiträgt, ist eine besonders sorgfältige Regelung der Prozeßbedingungen hier von besonderer Bedeutung.
[0017] Ihrer Bestimmung als Teppichgarn entsprechend sollten die Einzelfilamente mit bevorzugt trilobalem Querschnitt einen Endtiter von mindestens 16 dtex, vorzugsweise 20 bis 30 dtex, bei einem Gesamttiter von 600 bis 6000 dtex aufweisen.
[0018] Die Abkühlung im Blasschacht erfolgt mindestens soweit, daß ein Verkleben der Einzelfilamente ausgeschlossen wird. Unmittelbar anschließend erfolgt die Präparierung und die Verstreckung der Filamente. Für die Präparierung findet vorzugsweise eine mindestens 20 %ige Öl in Wasser-Mischung Verwendung bei einer Ölauflage relativ zum Fadengewicht von mindestens 0,5 %. Die Temperatur der Streckgalettensysteme richtet sich nach der von der Molekularstruktur des Polymeren abhängigen Glasumwandlungstemperatur. Bevorzugt liegt die Temperatur des ersten Galettensystems im Bereich von 20 bis 60 °C und die des zweiten Systems im Bereich von 120 bis 200 °C. Das Verstreckverhältnis wird durch Regulieren der Relativgeschwindigkeiten der beiden Galettensysteme so eingestellt, daß die Reißdehnung des fertigen Fadens maximal 45 %, vorzugsweise 25 bis 35 % beträgt. Im allgemeinen liegt das Verhältnis im Bereich von 3,0 bis 4,5.
[0019] Das zweite Galettensystem dient gleichzeitig als Zuführelement zur Texturiereinheit bei einer Transportgeschwindigkeit von mindestens 1800 m/min, vorzugsweise 2000 bis 2800 m/min. Die Temperatur der Texturierluft sollte mindestens gleichhoch liegen wie die des zweiten Galettensystems, vorzugsweise im Bereich von 170 bis 220 °C.
[0020] Die nachfolgende Abkühlung der texturierten Filamente erfolgt mittels einer beliebigen Kühleinheit, vorzugsweise mittels einer perforierten, rotierenden Trommel, durch die mit Hilfe eines angeschlossenen Unterdrucksystems Raumluft gesaugt wird. Die Verweilzeit der Filamente auf der Trommel sollte ausreichen um eine Abkühlung unter die Glastemperatur sicherzustellen und liegt im allgemeinen bei 1 bis 6 sec.
[0021] Danach werden die Filamente mittels eines dritten Galettensystems abgezogen und mit einer Geschwindigkeit von mindestens 1500 m/min, vorzugsweise 1700 bis 2500 m/min weitertransportiert.
[0022] Das abschließende Verwirbeln erfolgt in herkömmlicher Weise, normalerweise vor dem Auspulen, wobei der Luftdruck ausreichen sollte eine Entangling-Knotenzahl von mindestens 12, vorzugsweise mindestens 20 pro Meter sicherzustellen. Bei höheren Aufspulgeschwindigkeiten von mehr als etwa 2500 m/min, zum Beispiel 3000 oder 4000 m/min, kann es jedoch vorteilhaft sein, die Filamente vor dem Verwirbeln aufzuspulen, und die Verwirbelung später, vor der Weiterverarbeitung vorzunehmen.
[0023] Durch die erfindungsgemäße Integration von Spinnen, Verstrecken und Texturieren in einem einzigen Prozeß wird neben hoher Wirtschaftlichkeit eine besonders gleichmäßige und reproduzierbare Garnqualität erreicht. Insbesondere sind Fehler und Beschädigungen durch Zwischen-Aufspulen ausgeschaltet.
[0024] Die geringe Gesamt-Verweilzeit des integrierten Prozesses ermöglicht im Zusammenspiel mit geringem Wassergehalt des Ausgangs-Polymers und optimierten Temperaturbedingungen eine sehr schonende Verarbeitung des PBT und daher eine minimierte Belastung der Umwelt durch PBT-Abbauprodukte.
Beispiel
[0025] 251 g/min PBT mit einer Intrinsic-Viskosität von 0,93 und einem Wassergehalt von 29 ppm werden bei 260 °C mit einer Geschwindigkeit von 650 m/min und einem Spinnverzug von 1 : 38 durch eine Spinndüse mit 64 Löchern mit trilobalem Querschnitt versponnen.
[0026] Nach Verfestigung der Filamente in einem Blasschacht bei senkrecht zur Fadenlaufrichtung mit einer Geschwindigkeit von 0,55 m/sec einströmender Luft erfolgt die Präparierung der Filamente bei einer Ölauflage von 0,8 % relativ zum Faden-Gewicht, wobei die 64 Filamente zu einem Strang zusammengefaßt werden.
[0027] Unmittelbar danach erfolgt die Verstreckung mit Hilfe von zwei Galettensystemen, wobei die Temperatur des ersten Systems 55 °C, die des zweiten Systems 160 °C und das Verstreckverhältnis 1 : 3,3 betragen.
[0028] Mit einer Transportgeschwindigkeit des zweiten Galettensystems von 2145 m/min werden die Filamente einer Jet-Texturiereinheit zugeführt, und mittels 210 °C heißer Luft dreidimensional verblasen und gestaucht.
[0029] Die aus der Texturiereinheit ausgestoßenen Filamente werden kontinuierlich auf einer Kühltrommel abgelegt und bei einer Verweilzeit von etwa 1,5 sec auf eine Temperatur unter 40 °C abgekühlt.
[0030] Mit Hilfe eines dritten unbeheizten Galettensystems werden die abgekühlten Filamente abgezogen und mit 1888 m/min weitertransportiert. Vor dem abschließenden Aufspulen wird dem Garn noch mittels einer Luftblasdüse eine Entangling-Knotenzahl von 22 pro Meter aufgegeben.
[0031] Das resultierende, aufgespulte Garn weist folgende Eigenschaftswerte auf:
| Intrinsic-Viskosität | 0,90 |
| Reißfestigkeit | 25 cN/tex |
| Reißdehnung | 28 % |
| Kochschrumpf | 0,4 % |
| Einzelkapillartiter | 21 dtex |
| Kapillarquerschnittsverhältnis | 2,8 |
| Kräuselungsgrad (120 °C) | 18 % |
| Bauschigkeit | 9 % |
a) Schmelzspinnen von Polybutylenterephthalat mit einer Intrinsic-Viskosität von 0,9 bis 1,2 und einem Wassergehalt von maximal 50 Gewichts-ppm bei einer Temperatur von 245 bis 270 °C und einem Spinnverzug von 1 : 20 bis 1 : 100,
b) Abkühlen der Filamente in einem Blasschacht mittels senkrecht zur Fadenlaufrichtung mit einer Geschwindigkeit von 0,4 bis 0,8 m/sec einströmender, turbulenzfreier Luft,
c) Präparieren der abgekühlten Filamente mittels einer Öl-Wasser-Mischung bei einer Ölauflage relativ zum Fadengewicht von mindestens 0,5 %,
d) Verstrecken der Filamente zwischen zwei beheizten Galettensystemen, wobei die Temperatur des ersten Systems im Bereich Glasumwandlungstemperatur ± 30 °C liegt und diejenige des zweiten Systems um mindestens 100 °C höher, und wobei das Verstreckverhältnis so hoch gewählt wird, daß die Reißdehnung des fertigen Fadens maximal 45 % beträgt,
e) Zuführen der verstreckten Filamente bei einer Transportgeschwindigkeit des zweiten Galettensystems von mindestens 1800 m/min zu einer Texturiereinheit, in der sie mit Luft mit einer mindestens gleichhohen Temperatur wie die des zweiten Galettensystems dreidimensional verblasen und gestaucht werden,
f) Ausstoßen der Filamente aus der Texturiereinheit und Ablegen in einer Kühleinheit mit einer zur Abkühlung unter Glastemperatur ausreichenden Verweilzeit,
g) Abziehen der Filamente mittels eines unbeheizten, dritten Galettensystems, dessen Geschwindigkeit mindestens 10 % unter der des zweiten Galettensystems liegt,
h) Regeln der Prozeßbedingungen der Stufen a) bis g) derart, daß die Intrinsic Viskosität in Stufe j) maximal 5 % niedriger liegt als in Stufe a),
i) Verwirbeln der Filamente mittels einer Luftblasdüse bei einem zur Erzielung einer Entangling-Knotenzahl von mindestens 12 pro Meter ausreichenden Luftdruck,
j) und Aufspulen der Filamente.