Mit Perfluorpolyethern modifizierte Monofilamente

Abstract

 Es wird ein Verfahren beschrieben, das besteht aus einem Verfahren zur Herstellung eines Monofilament aus einem Gemisch eines schmelzspinnbaren, Faden bildenden Polymer und einem modifizierendem zusätzlichen Polymer, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Gemisch aus einem oder mehreren schmelzspinnbaren, Faden bildenden Polymeren und 0,001 bis 10 Gew.-% eines perfluorierten Polyethers zu Monofilamenten verspinnt.
Die Monofilamente sind besonders geeignet für Gewebe, die in Papiermaschinenbespannungen, Förderbändern, Filtrationssieben und Sieben für den Siebdruck zum Einsatz gelangen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Monofilamenten aus Faser bildenden Polymeren, welche mit Perfluorpolyethern modifiziert sind, Verfahren zu deren Herstellung sowie deren Verwendung zur Herstellung von textilen Flächengebilden insbesondere von Geweben und deren Einsatz in Papiermaschinenbespannungen, Förderbändern, Filtrationssieben und dergleichen.

[0002] Es ist bekannt Monofile aus synthetischen Polymeren, insbesondere solche aus Polyestern zu modifizieren.

[0003] Die Modifizierung wird deshalb vorgenommen, weil die an sich recht guten Eigenschaften von Polyestern noch zu wünschen übrig lassen und man besonders interessiert ist, die Hydrolysebeständigkeit, aber auch die Schmutz abweisenden Eigenschaften sowie die Abriebeigenschaften zu verbessern. Auch sollen derartige Monofilamente einen möglichst geringen Gleitreibungskoeffizienten besitzen.

[0004] Es wurden bereits viele Versuche gemacht, insbesondere bei Polyestermonofilamenten, die entsprechenden erwünschten Eigenschaften zu erreichen und die nachteiligen Eigenschaften zu reduzieren. So ist bekannt, Monofile aus Polyestern herzustellen, die durch Zusatz von Polytetrafluorethylen modifiziert wurden.

[0005] Ähnliche Monofilamente aus Polyestern werden in der EP 0 506 983 A1 beschrieben, die durch Zusatz von Carbodiimiden und fluorierten Polymeren des Tetrafluorpolyethylen Typs sowie entsprechender Copolymere modifiziert worden sind. Der Einsatz von Perfluorpolyethem als Zusatz wird in diesem Dokument jedoch weder offenbart noch nahegelegt.

[0006] In der EP 0 617 743 B1 werden Monofilamente aus Polyester für Papiermaschinensiebe beschrieben, die durch den Zusatz eines speziellen Copolymerisats modifiziert wurden. Bei dem Copolymerisat, das in Mengen von 1,5 bis 5 Gewichtsprozent zugesetzt wird, handelt es sich um ein polynäres Copolymerisat, das aus Alkenen und Perfluoralkenen gewonnen wurde,insbesondere aus Ethylen und Tetrafluorethylen. Der Zusatz von Perfluorethem, wie es die Erfindung lehrt, wird auch in diesem Dokument weder offenbart noch nahegelegt.

[0007] In der DE 694 24 510 T2 wird ein Polyesterharz erwähnt, das durch Einführung von chemisch gebundenen Perfluorpolyetherblöcken in die Polymerkette modifiziert wurde. Auch in dieser Schrift wird der Zusatz von Perfluorpolyethern, wie es die Erfindung lehrt, weder erwähnt noch nahegelegt.

[0008] Ganz abgesehen davon werden in dieser Veröffentlichung zwar Fasern und Filme erwähnt und insbesondere auf die Herstellung von Formkörpern, wie geblasenen Gegenständen, Flaschen für Nahrungsmittel und Getränke hingewiesen, Monofilamente werden jedoch nicht benannt, noch finden sich Hinweise, die die Verwendung dieser mit Copolymeren modifizierten Polyester auch bei der Herstellung von Monofilamenten einzusetzen.

[0009] Schließlich werden in der US 3,847,978 perfluorierte lineare Polyether beschrieben, die reaktive Endgruppen an jedem Ende der Polymerkette aufweisen. Bei diesen Endgruppen handelt es sich um COOH-Gruppen. Die Verwendung von Perfluorpolyethem, wie es die Erfindung lehrt, ist dieser amerikanischen Patentschrift ebenfalls nicht zu entnehmen. Auch fehlen Hinweise, die den Einsatz solcher Perfluorpolyether nahelegen würde. Bei all den vorstehend beschriebenen Monofilamenten bzw. Verfahren zur Herstellung derselben ist insbesondere ein Nachteil zu beobachten, nämlich dass die Durchmischung dieser Polymere sich schwierig gestaltet und unzureichend ist. Die Fluorpolymere bilden nämlich mehr oder weniger gut verteilte Inseln und heterogen verteilte Partikel, so dass es sogar in ungünstigen Fällen zu Dickstellen im Monofilament kommt. Bei den Monofilamenten treten dann beim Reinigen und beim Beseitigen von Restverschmutzungen insbesondere mit Hochdruckreinigern Nachteile auf wie Ausfasern der Monofilamentoberflächen, d. h. das sog. Fibrillieren, wodurch mehr oder weniger schnell die Gewebe unbrauchbar werden.

[0010] Zudem bewirkt das Fibrillieren oder sogar schon beginnende Ansätze zum Fibrillieren, dass Schmutzreste fester am Monofilament haften bleiben, länger gereinigt werden muss, was kosten- und arbeitsintensiv ist, zum anderen die Fibrillierung verstärkt und schließlich dazu führt, dass die Gewebe in kürzerem Rhythmus ausgetauscht werden müssen.

[0011] Aufgrund der Rauhigkeit ist auch der Abrieb bei derartigen Monofilamenten relativ hoch.

[0012] Es besteht somit noch ein Bedürfnis nach verbesserten Monofilamenten sowie nach Verfahren zur Herstellung derartiger Monofilamente, insbesondere Monofilamenten, die in Form von Geweben und Sieben beispielsweise bei Papiermaschinenbespannungen, Förderbändern oder Filtrationssieben eingesetzt werden können.

[0013] Aufgabe der Erfindung ist es deshalb Monofilamente zur Verfügung zu stellen, welche die vorstehend geschilderten Nachteile nicht aufweisen oder gegenüber den bekannten Monofilamenten verbessert sind, die insbesondere keine oder nur eine verringerte Neigung zur Fibrillation aufweisen, die eine verringerte Rauheit besitzen und damit weniger zu Abrieb neigen, eine verringerte Anschmutzneigung aufweisen, die eine homogenere innere Struktur besitzen und die deshalb, insbesondere wenn sie in Form von Geweben bei Papiermaschinen zum Einsatz gelangen, weniger häufig gereinigt werden müssen und sich auch leichter reinigen lassen.

[0014] Ein weiteres Ziel der erfindungsgemäßen Monofilamente ist ein geringerer Gleitreibungswiderstand. Damit verbunden ist ein verringerter Energieverbrauch in der Antriebsleistung der Papiermaschine.

[0015] Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Monofilament aus einem Gemisch eines schmelzspinnbaren, Faden bildenden Polymer und einem modifizierendem zusätzlichen Polymer, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man ein Gemisch aus einem oder mehreren schmelzspinnbaren, Faden bildenden Polymeren und 0,001 bis 10 Gew.-% eines perfluorierten Polyethers zu Monofilamenten verspinnt.

[0016] Bei diesen Perfluorpolyehtem handelt es sich um inerte Flüssigkeiten, mit Molmassen von ca. 500 bis 6 000 und die keine COOH- oder OH-Endgruppen aufweisen, die mit dem zu modifizierenden Polymer wie Polyester, Polyamide oder Polycarbonate unter Bildung von Copolymeren reagieren können. Sie können durch folgende chemische Formel dargestellt werden,

wobei n eine Zahl ist, die Molmassen im Bereich von 500 bis 6 000 entsprechen.

[0017] Perfluorpolyether sind im Handel erhältliche Produkte, die gemäß der Erfindung besonders geeigneten Perfluorpolyether sind ölartige inerte Flüssigkeiten, die auch pumpbar sind.

[0018] Sehr geeignet sind auch die von der Firma Du Pont unter der Marke FLUOROGUARD^® vertriebenen Perfluorpolyether. Sie sind zum Beispiel von der Firma Du Pont de Nemours (Belgien) BVBA, DuPont Chemical Solution Enterprise, Ketenislaan 1, Haven 1548, B-9130 Kallo, Belgien, zu erhalten.

[0019] Als schmelzspinnbare, Faden bildende Polymere werden bevorzugt Polyester, Polyamide oder Polycarbonate.

[0020] Als Polyester werden bevorzugt Polyethylenterephthalat, Polypropylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, Polyethylennaphthalat und Polybutylennaphthalat verwendet.

[0021] Als Polyamide wird bevorzugt PA 6, PA 4.6, PA 6.6, PA 6.10, PA 6.12, PA 11 oder PA 12 verwendet.

[0022] Es können auch Mischungen der vorgenannten Polymeren verwendet werden.

[0023] Es ist vorteilhaft, wenn die Gemische auch Stabilisatoren wie Hydrolyse-, Thermo-und/oder UV-Stabilisatoren enthalten.

[0024] In den Gemischen können auch Farbstoffe, insbesondere Pigmentfarbstoffe eingesetzt werden.

[0025] Der Durchmesser der Monofilamente kann 10 µm bis 2,00 mm betragen, bevorzugt 0,1 mm bis 1,00 mm.

[0026] Es ist möglich, die Monofilamente mit einem runden, einem nicht runden Querschnitt insbesondere einem ovalen Querschnitt herzustellen, aber auch mit einem n-eckigen Querschnitt mit n ≥ 3 zu spinnen.

[0027] Entsprechende Querschnitte sind der Figur 1 zu entnehmen.

[0028] Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind Monofilamente, die aufgebaut sind aus einem Gemisch aus einem oder mehreren schmelzspinnbaren, Faden bildenden Polymeren, das 0,001 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,01 bis 1 Gew.-% eines perfluorierten Polyethers enthält.

[0029] Sie werden bevorzugt nach einem der vorstehend angegebenen Verfahren erhalten. Ein Gegenstand der Erfindung sind deshalb auch Monofilamente erhalten nach einem der vorstehend beschriebenen Verfahren.

[0030] Diese Monofilamente zeichnen sich u. a. durch folgende Eigenschaften aus: Geringer Abrieb und geringe Fibrillationsneigung.

[0031] Als Maßzahl für den Abrieb kann z. B. der Messerscheuertest (knife edge test) herangezogen werden.

[0032] Ein Monofil unter konstanter Vorspannung wird über eine Messerklinge gezogen. Gezählt wird die Zahl der Doppelhübe bis zum Fadenbruch.

[0033] Maßzahl zur Fibrillationsneigung kann der Nockenschlagtest sein: Gezählt wird die Zahl der Aufspleissungen nach 1000 Hammerschlägen an verschiedenen Stellen des Monofils; gewöhnlich wird die Fibrillationsneigung nach dem high pressure shower test (Hochdruckwasserstrahltest) visuell beurteilt.

[0034] Ein Gegenstand sind deshalb Monofilamente, die aufgebaut sind aus einem Gemisch aus einem oder mehreren schmelzspinnbaren, Faden bildenden Polymeren, das 0,001 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,01 bis 1 Gew.-% eines perfluorierten Polyethers enthält.

[0035] Durch den perfluorierten Polyether wird die Anschmutzneigung herabgesetzt (möglicherweise wegen der hydrophoben Oberfläche), der Gleitwiderstand und damit der Abrieb verringert. Durch den verringerten Gleitwiderstand wird zudem die Antriebsleistung der Papiermaschine und damit deren Energieverbrauch herabgesetzt.

[0036] Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der vorstehend umrissenen Monofilamente zur Herstellung von textilen Flächengebilden, insbesondere von textilen und technischen Geweben.

[0037] Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der textilen oder technischen Gewebe zur Herstellung von Papiermaschinenbespannungen, Förderbändern, Filtrationssieben und Sieben für den Siebdruck.

[0038] Schmelzspinnbare, Faden bildende Polymere sind seit langem bekannt, und deren Herstellung ist dem Durchschnittsfachmann geläufig.

[0039] Es können grundsätzlich alle üblichen Faden bildenden Polymere verwendet werden. Hier seien insbesondere Polyester wie Polyethylenterephthalat hervorgehoben.

[0040] Auch perfluorierte Polyether sind an sich bekannte Polymere. In diesem Zusammenhang wird auf RÖMPP Lexikon Chemie 10., völlig überarbeitete Auflage auf Seite 3181 verwiesen; es wird sich auf die dort angegebene Offenbarung bezogen und hiermit einbezogen.

[0041] Die Perfluorpolyether werden bevorzugt in Form von Masterbatches zugesetzt. Geeignete Masterbatches werden von der Firma RTP Company, 580 East Front Street, Winona, MN 55987, USA vertrieben, z. B. unter der Typenbezeichnung 1099X99974.

[0042] Die Herstellung von Monofilen an sich ist auch bereits seit längerem bekannt, und der Durchschnittsfachmann kann das Verspinnen von Polymeren zu Monofilen ohne erfinderisch tätig zu werden, durchführen.

[0043] Im Allgemeinen wird aus den zu verspinnenden Komponenten eine Schmelze hergestellt, die durch eine Düse, welcher den austretenden Monofilamenten einen entsprechenden Querschnitt erteilt, versponnen. Das zu verspinnende Gemisch wird im Allgemeinen in einem Extruder aufgeschmolzen und dann mit Hilfe einer Schmelzpumpe durch die Düse gepresst. Von der Düse kommend wird das geformte Gebilde im Allgemeinen mit einem Verzug von 1:1,1 bis 1:5 durch ein Kühlmedium geleitet, vorzugsweise Wasser mit einer Temperatur von 10° C bis 90° C. Sodann wird der erhaltene Faden ein- oder mehrfach verstreckt und thermofixiert bis er die gewünschten Ausmaße, d. h. den gewünschten Titer, aufweist.

[0044] Die Fördermenge, ggf. der Verzug und die Verstreckung werden so auf einander abgestimmt, dass das erhaltene Monofilament einen Durchmesser von etwa 100 µm bis 5 mm insbesondere 0,1 bis 2 mm erreicht. Als Düsen können Düsen mit einfachem Rundquerschnitt oder ovalem Querschnitt verwendet werden. Es ist aber auch möglich, Fäden mit profiliertem Querschnitt, z. B. viereckig oder n-eckig, wobei n ≥ 3 ist, herzustellen.

[0045] Als Stabilisatoren insbesondere solche zur Verbesserung der Hydrolyse-, Thermo- und UV-Lichtbeständigkeit können übliche Agenzien eingesetzt werden. Zur Verbesserung der Hydrolysebeständigkeit sind insbesondere monomere und polymere Carbodiimide geeignet.

[0046] Als Farbstoffe werden vor allem Pigmentfarbstoffe eingesetzt.

[0047] Die Herstellung von textilen Flächengebilden insbesondere auch von textilen und technischen Geweben sind an sich ebenfalls dem Durchschnittsfachmann bekannt.

[0048] Die Gewebe, welche aus Bespannungen bei Papiermaschinen eingesetzt werden, sind sowohl in der Nasspartie als auch in den folgenden Partien insbesondere auch in der Trockenpartie hervorragend geeignet.

[0049] Die Monofile zeichnen sich durch eine besondere homogene Struktur aus. Die Erfindung wird durch folgendes Beispiel näher erläutert:

Beispiel:

[0050] In den PET-Hauptstrom im Fallrohr des Extruders wurden gravimetrisch 4 % des Masterbatches RTP 1099 X 99974 zudosiert, im Extruder aufgeschmolzen, über eine Zahnradpumpe in ein Spinnpack gedrückt, durch eine Düsenplatte zu feinen, runden Strängen versponnen, in einem Spinnbad abgeschreckt, mehrfach unter Wärmeeinwirkung über Galetten verstreckt und als Einzelfilamente mit einem Durchmesser von 0,50 mm aufgespult. Die Zudosierung von 4 % Masterbatch in den Schnitzelstrom vor der Extrusion entspricht < 1 Gew.-% PFPE im fertigen Monofilament. Dabei wurde gemäß folgenden Fahrdaten gearbeitet:

Fahrdaten:

[0051] 

Extruder	45 mm Durchmesser, 280° bis 290° C
Spinnpumpe	45cm3, Förderung 405 g/min
Spinndüse	16 Loch, 1,6 mm Durchmesser
Spinnwanne	60°C
Streckwerk 1	27 m/min
Streckwanne 1	85 C
Streckwerk 2	102 m/min
Streckwanne 2	90° C
Streckwerk 3	143 m/min
Fixierkanal	230° C
Streckwerk 4	120 m/min

[0052] Als Referenz wurde die Monofilament-Type 0,50 mm 910 CK weiss herangezogen, die 15 % eines klassischen Fluorpolymeren in PET enthält. Die Textildaten sind in der Tabelle wiedergegeben.

Tabelle

Material	Typ		0,50/910CK	0,50/910CK
	Aussehen		weiß	Weiß
	Versuchsnummer		V7265	V7264
	hergestellt von - bis		24.07.2007	24.07.07 - 25.07.07
	On line Nummer		20	20
Polymer	Basispolymer		RT12*	RT12*
	Zusatz		4,0%RTP 1099X99974**	15,0% PVDF ***
			0,7% Stabilisierer	0,7% Stabilisierer
Die Durchmesser und Titer
Titer		dtex	2818	2826
Durchmesser x		µm	503	503
Bruchfestigkeit		cN/tex	34,3	33,4
		N	96,8	94,4
Bruchdehnung		%	37,9	35,6
relative Dehnung	bei 15cN/tex	%	10,5	10,5
	bei 20 cN/tex	%	16,0	16,0
	bei 27 cN/tex	%	22,5	22,3
	bei 40 cN/tex	%	-	-
Modul N bei 1% Dehnung		%	17,9	17,4
		[N/mm2]	9028,1	8776,5
		[kg/mm2	920,9	895,2
Heißluftschrumpf
Ofen ohne Luftzirkulation
180° C-30 Min.		%	4,6	4,8
Max. Schrumpfkraft		cN	125,9	128,9
		cN/tex	0,4	0,5
Bei Temperatur		°C	179	179
Vorspannung 0,1 cN/tex		g	28	28
Schrumpf bei 180 °C		%	2,4	2,8
Vorspannung 0,1 cN/tex		g	28	28
Messerscheuertest
Gerät 552	unbehandelt	min.	14.017	2.446
		max.	17.103	7.158
		median	14.797	2.905
Fixiert mit Spannrahmen		min.	13.104	2.298
190°C - 10 Min.		max.	21.761	2.995
		median	15.619	2.696
Hydrolysiert		min.	756	491
32 h-4,20	Bar (145°C)	max.	1.709	1.002
N = 10		median	1.402	807

* = Polyester der Firma Invista Resins and Fibers GmbH ** = Masterbatch der Firma RTP Company, 580 East Front Street, Winona, MN 55987, USA *** = PVDF = Polyvinylidenfluorid

[0053] Zur Prüfung der Fibrillationsneigung wurden die Monofilamente auf einer Metallplatte parallel liegend aufgewickelt und mit einem Hochdruck-Wasserstrahl von 300 bar beschossen. Im Ergebnis zeigen die erfindungsgemäßen Monofilamente keine Fibrillation, während das unter gleichen Bedingungen behandelte Referenzmuster starke Fibrillationen aufwies.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Monofilament aus einem Gemisch eines schmelzspinnbaren, Faden bildenden Polymer und einem modifizierendem zusätzlichen Polymer, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Gemisch aus einem oder mehreren schmelzspinnbaren, Faden bildenden Polymeren und 0,001 bis 10 Gew.-% eines perfluorierten Polyethers zu Monofilamenten verspinnt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als perfluorierten Polyether inerte flüssige Perfluorpolyether mit Molmassen von 500 bis 6 000 verwendet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man als schmelzspinnbare, Fadenbildende Polymere Polyester, Polyamide oder Polycarbonate verwendet.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass man als Polyester Polyethylenterephthalat, Polypropylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, Polyethylennaphthalat und Polybutylennaphthalat verwendet.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass man als Polyamid PA 6, PA 4.6, PA 6.6, PA 6.10, PA 6.12, PA 11 oder PA 12 verwendet.

6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass man Gemische der Polymeren verwendet.

7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gemische zusätzlich Stabilisatoren wie Hydrolyse-, Thermo- und/oder UV-Stabilisatoren enthalten.

8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gemische zusätzlich Farbstoffe, insbesondere Pigmentfarbstoffe enthalten.

9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Monofilamente 10 µm - 2 mm, vorzugsweise 0,1 - 1,00 mm beträgt.

10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass die Monofilamente mit einem runden, nicht runden, ovalen oder n-eckigen Querschnitt mit n ≥ 3 gesponnen werden.

11. Monofilamente aus einem Gemisch eines schmelzspinnbaren, Faden bildenden Polymer und einem modifizierendem zusätzlichen Polymer, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch eine oder mehrere schmelzspinnbare, Faden bildende Polymere und 0,001 bis 10 Gew.-% eines perfluorierten Polyethers enthält.

12. Monofilamente hergestellt nach einem Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1-10.

13. Verwendung der Monofilamente nach mindestens einem der Ansprüche 11 - 12 zur Herstellung von textilen Flächengebilden.

14. Verwendung der Monofilamente nach mindestens einem der Ansprüche 11 - 12 zur Herstellung von textilen und technischen Geweben.

15. Verwendung der Gewebe nach Anspruch 14 zur Herstellung von Papiermaschinenbespannungen, Förderbändern, Filtrationssieben und Sieben für den Siebdruck.

Zeichnung