DE10051578A1

DE10051578A1 - Faser und Filament mit Zinksulfid als Mattierungsmittel

Info

Publication number: DE10051578A1
Application number: DE10051578A
Authority: DE
Inventors: Joseph A Roderiguez; Rodolfo A Flores; Katherine K Fulcomer; J Michael Sutherland
Original assignee: Arteva Technologies SARL
Current assignee: Invista Technologies SARL Switzerland
Priority date: 1999-10-22
Filing date: 2000-10-18
Publication date: 2001-04-26
Anticipated expiration: 2020-10-19
Also published as: DE10051578B4; US6071612A; MXPA00010382A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Garn, Faser oder Filament mit deutlich besserem Weißgrad, geringerer Vergilbung, geringerer Abrasivität, geringerem statischen Aufladevermögen und weicherem Griff. Das Verfahren umfaßt das Mischen eines Masterbatches aus Zinksulfid und einem Polyester in der Schmelze mit einem faserbildenden Polyester und anschließender Verspinnung aus der Schmelze.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Erzeugnissen wie Fasern, Filamenten, Garnen und dergleichen mit verbessertem Weißgrad, verminderter Verfärbung, reduziertem statischem Aufladevermögen, geringerer Abrasivität und verbessertem Griff. Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt die Herstellung einer Mischung aus einem Masterbatch aus Zinksulfid und einem faserbildenden Terephthalatpolymer mit dem fadenbildenden Polymer in der Schmelze und ein anschließendes Verspinnen der Mischung zu dem gewünschten Produkt nach dem Schmelzspinnverfahren. Die verbesserten Eigenschaften resultieren aus dem gezielten Einstellen sowohl des Gehalts an Zinksulfid im Masterbatch als auch der Verweilzeit des Zinksulfids in der Schmelze. Die hergestellten Erzeugnisse weisen im erfindungsgemäßen Sinne ausgezeichnete Farb- und Oberflächeneigenschaften auf.

Verfahren zur Verbesserung bzw. Veränderung der optischen und haptischen Eigenschaften von Garnen, Fasern, Filamenten und dergleichen sind in der Technik bekannt. Bei zahlreichen solcher Verfahren kommen Zusatzstoffe wie TiO₂ und ZnS zum Einsatz. Aus der US-A-5,478,878 ist eine polymere Zusammensetzung bekannt, die einen Polyphenylenether, ein Polyamid und einen anorganischen Füllstoff, bei dem es sich unter anderem um Zinksulfid handeln kann, sowie ein photobleichbares organisches Farbmittel enthält. Bei den bekannten Verfahren wird jedoch in der Regel Zinksulfid als phosphoreszierendes Agens oder Titandioxid als Mattierungsmittel eingesetzt. Es folgt eine kurze Übersicht über bekannte Verfahren der Einarbeitung von verschiedenen Zusatzstoffen und Füllstoffen in faserbildende Polymere bei der Verarbeitung zu Faserprodukten.

Aus der US-A-5,674,437 ist lumineszierendes Fasermaterial aus einer Zusammensetzung aus einem thermoplastischen Kunststoff und einem Metallaluminatoxidpigment bekannt, während die US-A-5,321,069 phosphoreszierende und fluoreszierende Artikel aus einer Zusammensetzung aus einem thermoplastischen Kunststoff (z. B. Polypropylen), einem Benetzungsmittel und einem phosphoreszierenden Agens wie Zinksulfid offenbart. Zur Literatur zählen auch die folgenden Patentschriften von allgemeinem Interesse: US-A-5,750,616, betreffend Zusammensetzungen aus einem thermoplastischen Harz, einem faserverstärkenden Material und Ruß; US-A-4,331,776, betreffend Polyamidmasterbatche aus Polyamiden und Porenbildnern; US-A-4,719,066, betreffend ein Verfahren zur Herstellung einer schwer entflammbaren Polyamidfaser aus Polyamid und Polyamidmasterbatch aus Zink, Molybdän und Chlor; US-A- 4,111,905, betreffend Zusammensetzungen aus einem thermoplastischen Harz, Zinksulfid und gegebenenfalls basischen Verbindungen zur Herstellung von Fasern mit verbesserter Flammhemmung; US-A-5,240,980, betreffend Opazifierer aus einem thermoplastischen Harz und Zinksulfid; US-A-5,405,905, betreffend Zusammensetzungen aus einem thermoplastischen Harz und einem nichttoxischen phosphoreszierenden Agens wie Zinksulfid; US-A-5,443,775, betreffend pigmentierte Zusammensetzungen aus einem thermoplastischen Harz und Zinksulfid; US-A-5,478,878, betreffend Zusammensetzungen aus einem gefüllten thermoplastischen Harz, wobei es sich bei dem Füllstoff um Zinksulfid handelt; US-A-5,674,437, betreffend Zusammensetzungen und lumineszierende Erzeugnisse aus einem thermoplastischen Harz und Zinksulfid; US-A- 4,211,813, betreffend photolumineszierende Zusammensetzungen aus einem thermoplastischen Harz, Zinksulfid und einem fluoreszierenden Material; US-A- 5,276,080, betreffend Zusammensetzungen aus einem thermoplastischen Harz und halbleitenden Füllstoffen; US- A-3,988,108, betreffend Zusammensetzungen zur Herstellung von farbigen Gebilden, wobei die Zusammensetzungen ein Farbmittel und ein Prepolymer aus einem Kunstharz enthalten; US-A-5,898,059, betreffend ein Verfahren zur Herstellung von Polyethylenterephthalat ("PET"); US-A- 5,654,096, betreffend elektrisch leitfähige Erzeugnisse aus Zusammensetzungen aus einem thermoplastischen Harz und einem elektrisch leitfähigen filamentförmigen Segment; US-A-5,690,922, betreffend deodorisierbare Fasern aus einer Faser mit einverleibtem Titandioxid, Phosphat eines vierwertigen Metalls sowie Hydroxid eines zweiwertigen Metalls.

Die bekannten faserbildenden Verfahren unter Einsatz von TiO₂ sind aufwendig. Zudem führen solche Verfahren aufgrund der Abrasivität von TiO₂ zu abrasiven Erzeugnissen. Demgegenüber handelt es sich bei ZnS um ein weicheres Material; es hat jedoch eine photokatalytische Wirkung. Die photokatalytische Eigenschaft von ZnS führt zu Verfärbung bzw. Vergilbung. Es sind daher zwar Verfahren bekannt, bei denen statt TiO₂ ZnS zum Verleihen von Eigenschaften wie Fluoreszenz und Phosphoreszenz eingesetzt wird, der Einsatz von ZnS als Mattierungsmittel zur Verbesserung der Glanz- und Reibungseigenschaften von Fasererzeugnissen ist nicht bekannt.

Es besteht ein anerkanntes Bedürfnis der Industrie nach Fasern, Filamenten, Garnen und dergleichen Erzeugnissen mit verringerter Verfärbung, d. h. verbessertem Weißgrad. Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Erzeugnisse sind wie in der Folge erläutert unter anderem verringerte Abrasivität und Statik sowie ein besserer Griff.

Die Erfindung betrifft generell ein Verfahren zur Herstellung von Erzeugnissen wie Fasern, Filamenten, Garnen und dergleichen mit verringerter Abrasivität und statischem Aufladevermögen bei gleichzeitig verbessertem Weißgrad und Griff. Es wurde nun erkannt, daß die Einverleibung von 0,1 bis 3, vorzugsweise bis 2, Gewichtsprozent Zinksulfid in gewissen Polyesterprodukten zu einem deutlich erhöhten Weißgrad und gleichzeitig zu einer stark verringerten Abrasivität führt. Das Zinksulfid wird vorzugsweise dem in der Schmelzspinnanlage enthaltenen Polymer vor dem Schmelzspinnen in Form eines Masterbatches von Zinksulfid in dem gleichen Polymer und unter Begrenzung der Verweilzeit des Zinksulfid-Polymer-Masterbatches in der Schmelze auf unter 20 Minuten zugesetzt. Es ist aber auch möglich, das Masterbatch einem faserbildenden Polyester im Rahmen eines kontinuierlichen Polymerisationsverfahrens nach Austritt des faserbildenden Polyesters aus der letzten Polymerisation des Polymerisationsverfahrens und vor Extrusion der Mischung zu Granulat zuzusetzen. In allen Fällen ist es wünschenswert, die Verweilzeit der Masterbatchpolyesterschmelzmischung in der Schmelze zu minimieren. Die. Zinksulfidkonzentration in dem Masterbatch beträgt 1-50 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des Masterbatch. Das Masterbatch wird dem Polymer in der Spinnanlage in solchen Mengen zugesetzt, daß die Zinksulfidkonzentration in dem Spinnfaden wie oben erwähnt im Bereich 0,1 bis 3 Gewichtsprozent liegt. Eine solche Kombination aus der Zugabe ausreichender Mengen von Zinksulfid als Masterbatch zu dem Polymer vor dem Spinnen und der Begrenzung der Verweilzeit des Zinksulfids in der Schmelze auf unter 20 min, vorzugsweise auf unter 10 Minuten, verbessert überraschenderweise den Weißgrad des Spinnfadens, während gleichzeitig die Verfärbung und die Abrasivität verringert und der Griff verbessert werden.

Als Polymere kommen faserbildende Polyester in Betracht. Beispiele für geeignete Polyester sind Polyethylenterephthalat ("PET"), Polybutylenterephthalat ("PBT") oder Polytrimethylenterephthalat ("PTT"). PET ist als Polyester ganz besonders bevorzugt.

Die vorliegende Erfindung umfaßt auch nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellte Polyestergarne, Fasern oder Filamente sowie solche Garne, Fasern oder Filamente enthaltende Erzeugnisse.

Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines aus der Schmelze ersponnenen Polyesterfaserprodukts mit Zinksulfid als Mattierungsmittel, bei dem man eine Masterbatch zusammensetzung aus einem faserbildenden Polyester ausgewählt aus der Reihe PET, PBT und PTT und 1 bis 50 Gewichtsprozent Zinksulfid in der Schmelze mit jenem faserbildenden Polyester zu einer Schmelzmisch zusammensetzung mischt und jene Schmelzmischzusammensetzung aus der Schmelze zu dem Polyesterfaserprodukt verspinnt, wobei das Polyesterfaserprodukt gegenüber einem entsprechenden Produkt aus dem gleichen Polyester und gleichen Anteilen TiO₂ als Mattierungsmittel einen erhöhten Hunter-L- Farbwert aufweist. Dabei handelt es sich bei dem entsprechenden Produkt um ein Produkt, das den gleichen Polyester, jedoch statt TiO₂ denselben oder gleichen Gewichtsprozentsatz ZnS enthält. Weiterhin weist das in dem entsprechenden Produkt enthaltene TiO₂ in der Regel die gleiche oder eine ähnliche Korngrößenverteilung wie das in dem erfindungsgemäßen Produkt enthaltene ZnS auf, wobei das entsprechende Produkt, ob Garn, Filament oder Stapelfaser, die gleichen Abmessungen und physikalischen Eigenschaften aufweist.

Die Verweilzeit des Masterbatch in der Schmelze beträgt üblicherweise weniger als 20 Minuten, wobei generell 1 bis 20 oder 1 bis 10 Minuten bevorzugt sind. Vorzugsweise liegt die Verweilzeit der Schmelze bei 1 bis 5 Minuten, wobei die Verweilzeit des Masterbatch in der Schmelze mit dem faserbildenden Polymer besonders bevorzugt 1 bis 3 Minuten beträgt.

Das Schmelzmischprodukt enthält üblicherweise 0,1 bis 3, bevorzugt 0,2 bis 2,5, besonders bevorzugt 2 Gew.-% Zinksulfid (ZnS). Das Masterbatch enthält üblicherweise 1 bis 50, bevorzugt 2 bis 25, besonders bevorzugt 20 Gew.-% ZnS. Bei dem Produkt handelt es sich beispielsweise um ein endloses Filament, wie in teilorientierten Garnen, oder um eine Stapelfaser. Besonders bevorzugte Filamentprodukte sind Endlosfilamentprodukte mit einem Gesamttiter von 40-400 Denier und einem Einzeltiter von beispielsweise 1-5 dpf (Denier per Filament). Bevorzugte Filamentprodukte haben beispielsweise einen Durchmesser von 0,01-0,05 mm für ein Einzelfilament und eine Stärke von 0,4-20 mm für ein Filamentbündel. Bevorzugte Stapelprodukte (mit oder ohne Kräuselung) haben in der Regel eine Länge von 1¹/₂-8 Zoll (13,8-20,3 cm) und einen Einzeltiter von 1-5 dpf.

Erfindungsgemäße Faserprodukte enthalten einen faserbildenden Polyester aus der Gruppe PET, PBT und PTT und ZnS als Mattierungsmittel. Diese Produkte zeigen einen Hunter-L-Farbwert von mindestens 85 und einen Hunter-b-Farbwert von höchstens 2,5. L-Werte von über 90 sind wünschenswert ebenso wie b-Werte von höchstens 2,0.

Zinksulfid kann in einer beliebigen geeigneten Menge enthalten sein, wobei der Anteil üblicherweise bei 0,1 bis 3, bevorzugt 0,2 bis 2,5, besonders bevorzugt 2 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des Produkts, beträgt. Der Hunter-L-Farbwert der erfindungsgemäßen Produkte liegt über dem entsprechender Produkte, die ausschließlich TiO₂ als Mattierungsmittel enthalten. Wie sich aus der nachstehenden Erörterung ergibt, zeigen die erfindungsgemäßen Produkte Verbesserungen auch hinsichtlich Abrasivität, Gebrauchseigenschaften, statischem Aufladevermögen und Griff.

Nach einer Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Erzeugnissen wie Garnen, Fasern, Filamenten und dergleichen mit verringerter Abrasivität, verbessertem Griff und geringerem statischem Aufladevermögen bei gleichzeitig verbessertem Weißgrad. Dazu werden dem Produkt gezielte Mengen an ZnS nach dem erfindungsgemäßen Verfahren einverleibt. Das Verfahren umfaßt zunächst die getrennte Herstellung eines Polyestermasterbatch mit Zinksulfid, hier gelegentlich als ZnS-bezeichnet, und des gleichen Polyesters, aus dem das Garn gewünscht ist. Die ZnS Konzentration im Masterbatch beträgt 1-50 Gewichtsprozent. Die Spinndüsenvorrichtung wird zunächst mit dem nach dem Schmelzspinnverfahren zu verarbeitenden jungfräulichen Polyester und anschließend Minuten vor dem Schmelzspinnen mit dem Masterbatch beschickt. Das Gemisch wird dann nach dem Schmelzspinnverfahren zu dem gewünschten Faserprodukt versponnen. Durch Einstellen der Verweilzeit des ZnS-haltigen Masterbatches in der Schmelze auf unter 20 Minuten erhält man einen 0,1 bis 3, bevorzugt 0,2 bis 2,5, besonders bevorzugt 2 Gewichtsprozent ZnS enthaltenden Faden mit dem gewünschten Weißgrad und den sonstigen oben beschriebenen Eigenschaften. Bei dem für die Herstellung des Masterbatch mit ZnS eingesetzten Polyester handelt es sich um den gleichen Polyester, der über die Spinndüse zum Produkt versponnen wird. Dem Polyester kann man gegebenenfalls Zusatzstoffe wie zum Beispiel Lichtschutzmittel, Wärmeschutzmittel, Antistatika, Modifikatoren für Anfärbbarkeit und dergleichen zugeben.

Das Masterbatch besteht aus dem Polymer und ZnS. Erfindungsgemäß einsetzbares Zinksulfid ist kommerziell von der Sachtleben GmbH (Deutschland) in Pulverform erhältlich (unter der Bezeichnung Sachtolith®). Liegt das ZnS in einer anderen Form vor, kann man es nach bekannten Verfahren in die Puder- bzw. Pulverform überführen.

Polymer und Zinksulfid kann man nach an sich bekannten Verfahren auf den handelsüblichen Maschinen zu einer innigen Masterbatchmischung konfektionieren. Ein bevorzugtes Verfahren ist die Schmelzkonfektionierung in einer geeigneten Vorrichtung wie einem Extruder. Dabei werden die kürzest mögliche Bearbeitungszeit bei Schmelztemperatur sowie die Verwendung von trockenen Einsatzstoffen bevorzugt, um die Möglichkeit einer Reaktion zu minimieren. Man kann den Polyester und das ZnS zusammen mit beliebig anderen erwünschten Zusatz stoffen, Pigment, Wärmestabilisator und dergleichen über einen Fülltrichter in den Extruder einführen, in der Schmelze mischen und extrudieren. Das Extrudat kann anschließend gekühlt und granuliert werden. Vorzugsweise wird das Masterbatch zu Granulat ausgeformt, das sich für die anschließende Zugabe zu dem Grundharz in der Schmelzspinnanlage vor dem Schmelzspinnvorgang eignet. Wie bereits oben erwähnt, beträgt die ZnS-Konzentration in dem Masterbatch generell 1-50 Gewichtsprozent, bevorzugt 2-25 Gewichtsprozent und besonders bevorzugt 20 Gewichtsprozent. Es ist wünschenswert, die Einwirkung der Polyesterschmelze auf das ZnS nicht nur bei der Herstellung des Masterbatch, sondern auch bei der Herstellung des Faserprodukts zu minimieren. Typischerweise ist es wünschenswert, die Kontaktzeit von ZnS mit der Polymerschmelze auf weniger als 10 Minuten in der Schmelzspinnanlage ("Schmelzverweilzeit") und vorzugsweise auf 1 bis 5 Minuten zu beschränken. Ganz besonders bevorzugt beträgt die Schmelzverweilzeit bei der Herstellung des Masterbatch weniger als 3 Minuten.

Die folgenden Beispiele dienen der näheren Erläuterung der vorliegenden Erfindung. Soweit nicht anders angegeben, handelt es sich bei den Teilen und Prozentsätzen um Gewichtsteile bzw. -prozentsätze. Die Hunterfarbwerte L, a und b wurden nach dem TAPPI- Verfahren T 524 OM-94 bestimmt. Dabei haben die Farbwerte L, a und b die folgende Bedeutung: L bedeutet Helligkeit, wobei die Skala von Null für Schwarz bis 100 für perfektes Weiß reicht. a bedeutet bei positivem Vorzeichen Röte, bei negativem Vorzeichen Grünheit und bei Null Grau. b steht bei positivem Vorzeichen für Gelbheit, bei negativem Vorzeichen für Bläue und bei Null für Grau.

Das bei den nachstehenden Beispielen eingesetzte Zinksulfidpulver Sachtolith "L" hat einen Brechungsindex von 2,3, einen pH-Wert von 7, eine durchschnittliche Teilchengröße von 0,3 µm, eine Mohssche Härte von 3 und eine Helligkeit (Ry) von 95. Dabei hat dieses Pulver eine geringere Helligkeit als TiO₂-Pulver vergleichbarer Charakteristik und wird für die Masterbatchverarbeitung bei synthetischen Kunststoffen empfohlen.

Nach Auswahl der thermoplastischen Kunststoff zusammensetzung aus PET, PBT, PTT oder dergleichen wird eine Mischung aus dem thermoplastischen Kunststoff und mindestens einem Mattierungsmittel (ZnS oder TiO₂) unter hoher Scherung in einem Intensivmischer hergestellt. Dabei wird das Mattierungsmittel typischerweise in solchen Mengen zugegeben, daß es 20-30 Gewichtsprozent der gesamten Masterbatchzusammensetzung ausmacht. Bei dem Intensivmischer handelt es sich insbesondere um einen solchen, in dem die thermoplastische Kunststoffzusammensetzung durch Erwärmen zum Schmelzen gebracht wird und dann das Mattierungsmittel unter hochscherenden und intensiven Bedingungen gründlich in die geschmolzene thermoplastische Kunststoffzusammensetzung eingemischt wird. Zur Herstellung der Mischungen kommen alle Mischer in Frage, die das gewünschte hochscherende und intensive Mischen bei Polymerschmelztemperaturen gewährleisten. Zu geeigneten Intensivmischern zählen beispielsweise im einzelnen Extruder, Zweiwalzenkneter, Banbury-Mühlen usw.

In dem Intensivmischer erfolgt der Eintrag von Scherenergie generell durch eine sich gegenüber darin enthaltenen Teilchen und Flüssigkeit schnell bewegende Oberfläche. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in Intensivmischern auf Teilchen und Flüssigkeit einwirkende Scherenergie reicht zwar dazu aus, die Feststoffteilchen wie Pigmentteilchen zu deagglomerieren, bewirkt aber generell keine nennenswerte Veränderung der Größe der ursprünglichen Primärteilchen. Durch den Scherenergieeintrag erhöht sich generell die Temperatur der Mischung. Die Mischdauer Variiert mit der Art der Pigmentteilchen, der Art des Polymers, der Drehzahl des Mischers, dem Verhältnis von Polymer zu Pigment usw. Genaue Mischzeiten können ohne weiteres vom Fachmann durch wenige Vorversuche unter Berücksichtigung der obigen Faktoren bestimmt werden.

Beispiele 1-3 und Vergleichsbeispiele A-C (Teil orientiertes Garn = partially oriented yarn (POY))

Masterbatche wurden wie oben beschrieben aus PET und entweder ZnS oder TiO₂ hergestellt. Glänzendes (unmattiertes) PET Polymergranulat mit einem IV von 0,65 wurde bei 280°C in einem Einschneckenextruder aufgeschmolzen. Am Ende des Extruders (um die Verweilzeit in der Schmelze zu minimieren) wurde das Masterbatchgranulat (ZnS oder TiO₂) der Schmelze in einem solchen Anteil zugeführt, daß sich der angestrebte Gehalt an Mattierungsmittel im Garn einstellt (0,17, 0,38, 1,0 Gew.-%). Das Schmelzgemisch wurde anschließend über eine 66-Loch-Spinndüse ausgeformt, mit Luft von 90°C angeblasen, mit einem Auftrag von Texturieröl versehen und mit 10000 Fuß (∼3048 m) pro Minute als aus 33 Filamenten bestehendes teilorientiertes Garn mit einem Gesamttiter von 150 Denier aufgespult. Prüfergebnisse dieses Garns sind in Tabelle 1 aufgeführt. Es ist darauf hinzuweisen, daß das TiO₂ der Vergleichsbeispiele A, B und C generell die gleiche Teilchengröße wie das in den Beispielen 1, 2 und 3 der Erfindung eingesetzte ZnS sowie eine etwas höhere Helligkeit aufwies.

Falls nichts anders angegeben ist, werden die folgenden Normen angewandt:

Hunter-Farbe	TAPPI T 524
Parameter L, a, b	OM-94
Denier	ASTM D-1907
Festigkeit,	ASTM D5035
Reißfestigkeit, tenacety.(elongation)^1/2 Dehnung Schrumpf; Kochschrumpf (boiling water shrinkage = BWS), Heißluftschrumpf (hot air shrinkage = HAS)	ASTM D5104

Tabelle 1 zeigt Testergebnisse für POY-Eigenschaften einschließlich Festigkeit, Schrumpf und Farbe.

Aus der Tabelle 1 ist ersichtlich, daß das erfindungsgemäße POY-Garn in seinen Eigenschaften generell Garnen mit TiO₂ als Mattierungsmittel gleicht, daß aber die erfindungsgemäßen Garne mit ZnS als Mattierungsmittel überraschend ohne Ausnahme einen höheren Helligkeitswert aufweisen.

Beispiele 4-6 und Vergleichsbeispiele D-F

Analog den Verfahren gemäß den obigen Beispielen 1-3 und A-C wurden texturierte Garne mit verschiedenen Gehalten an ZnS und TiO₂ als Mattierungsmittel hergestellt. Dazu wurden die POY-Endlosfilamentgarne nach bekannten Verfahren in texturierte Garne überführt. Das POY-Garn wurde durch eine erste Zuführwalze abgespult. Das Garn wurde dann durch eine zwischen erster und zweiter Zuführwalze gelegenen Streckzone hindurchgeführt. Hierbei wird das Garn gleichzeitig verstreckt, gedreht und auf dem ersten Heizkörper (generell bei 150-230°C) thermofixiert. Der Drallgeber besteht im allgemeinen aus einer Führungsscheibe und einer oder mehreren Arbeitsscheiben aus Keramik oder Polyurethan, auch in der Streckzone. Die Dralleinleitung reicht zurück bis zur ersten Zuführwalze und wird auf dem ersten Heizkörper fixiert. Der fixierte Drall dreht sich unmittelbar hinter dem Aggregat wieder heraus. Die zweite Zuführwalze, die sich zum Zwecke der Verstreckung (Verhältnis 1,0-2,0) mit einer höheren Geschwindigkeit (typischerweise 500-800 Meter pro Minute) als die erste dreht, führt anschließend das Garn in die zweite Heizzone (generell 150-230°C). Die dem zweiten Heizkörper nachgeordnete dritte Walze dreht sich in der Regel langsamer als die zweite Zuführwalze, so daß man das Garn mit Übereilung in die zweite Heizzone einführen kann, um einen großen Teil des Volumens zu fixieren. Das Garn wird schließlich auf eine Spule aufgewickelt, die sich mit einer etwas höheren Geschwindigkeit als die dritte Walze dreht, damit die Fadenspannung zum Aufbau einer gutgewickelten Garnspule ausreicht.

So hergestelltes Texturiergarn wurde auf Abrasivität geprüft. Dazu wurde ein Zehn-Gramm-Gewicht an einem Ende der Garnprobe befestigt, die dann durch 3 chromierte Reibungsstifte (0,75" [~1,91 cm] Durchmesser, mittlere quadratische Abweichung 5 Mikrozoll) und über einen Stahldraht von 0,35 mm Durchmesser unter Bildung eines Winkels von 90 Grad auf einen Wickler geführt wurde. Die Garnprobe lief dann eine Stünde lang mit 1000 m/min über den Draht. Die dabei im Draht entstehende Kerbe wurde vermessen und in Tabelle 2 als Breite × Tiefe in mm angegeben. Tabelle 2 zeigt auch die in Gramm ausgedrückten Reibungskräfte (ASTM D-3108-89) für verschiedene andere Geschwindigkeiten und die Laufstatik (abgelesen von einem üblichen Voltmeter) bei 300 m/Minute für Beispiele 4-6 und Vergleichsbeispiele D- F.

Aus Tabelle 2 ist ersichtlich, daß die erfindungs gemäßen Texturiergarne gegenüber entsprechenden Fasern mit TiO₂ als Mattierungsmittel eine geringere Faser- Metallabrasivität bewirken und unter vergleichbaren Bedingungen auch weniger Reibung und geringere statische Aufladung erzeugen.

Darüber hinaus besitzen die erfindungsgemäßen Faserprodukte generell einen besseren Griff als Produkte mit ausschließlich TiO₂ als Mattierungsmittel, wie sich aus der folgenden Diskussion ergibt.

Bei Textilprodukten ist der Griff eine wichtige Eigenschaft. Die erfindungsgemäßen Polyesterprodukte mit ZnS als Mattierungsmittel haben in der Regel einen besseren Griff als entsprechende, TiO₂ als Mattierungsmittel, d. h. gleiche Beladungen und Teilchengrößen im gleichen Terephthalatpolymer, enthaltende Produkte.

Beurteilung nach Kawabata

Das Beurteilungssystem KES (Kawabata Evaluation System) dient zur objektiven Griffbeurteilung. Die KES-Geräte messen die mechanischen Eigenschaften, die der fundamentalen Verformung von textiler Flächenware bei Handhabung entsprechen. Im folgenden werden die mittels KES durchführbaren fünf verschiedenen Prüfungen und die dabei erhaltenen verschiedenen mechanischen Eigenschaften beschrieben.

Am Standort der KES-Prüfgeräte herrschen Standardatmosphärenbedingungen (70 ± 2°F [~21 ± 1°C], 65 ± 2% rel. Luftfeuchtigkeit). Vor der Prüfung werden die Materialien in dieser Umgebung präpariert, so daß sie einen Gleichgewichtszustand erreichen können.

An Prüflingen der üblichen Größe von 20 × 20 cm werden jeweils drei Messungen durchgeführt. Dabei erfolgen alle Messungen mit Ausnahme der der Kompression richtungsbezogen sowohl in der Ketten-/Längsrichtung als auch in der Schuß-/Querrichtung des Prüflings. Für das zu prüfende Material werden jeweils geeignete Geräteeinstellungen angewandt.

Zugdehnung

Bei der auf dem Zugdehnungs-/Scherspannungsprüfgerät KES-FB1 durchgeführten Zugdehnungsprüfung werden die Kraft-Dehnungsparameter unter einer Maximalbelastung bei Geweben von 500 p/cm, bei Maschenwaren von 250 p/cm und bei Vliesstoffen von 50 p/cm bestimmt.
LT - Linearität der Kraftdehnungskurve, Werte von 0 bis 1 (1 = völlig linear, 0 = äußerst nichtlinear)
WT - Zugdehnungsenergie, p.cm/cm² (höhere WT entspricht höherer Dehnbarkeit, ist aber in Verbindung mit LT zu interpretieren)
RT - Zugdehnungs-Erholungsvermögen, Prozent
EMT - maximale Dehnung, prozentuale Dehnung bei maximaler Belastung (100% = völlig elastisch, 0% = völlig unelastisch)

Scherspannung

Bei der Messung der Scherspannung werden von dem Prüfgerät KES-FB1 entgegengesetzt wirkende parallele Kräfte auf die Flächenware ausgeübt, bis ein maximaler Versetzungswinkel von 8° erreicht ist. Auf den Prüfling bei der Scherspannungsprüfung wird eine Vorspannung von 10 p/cm ausgeübt. Die Schersteifigkeit zeigt an, wie leicht Fasern in weichen/nachgebenden bis steifen/unnachgiebigen Gebilden übereinander gleiten.
G - Schersteifigkeit, p/cm.Grad (hoher G-Wert bedeutet größere Steifigkeit/Widerstand gegen die Scherung)
2HG - Scherhysterese bei 0,5 Grad Scherwinkel, p/cm.
2HG5 - Scherhysterese bei 5,0 Grad Scherwinkel, p/cm.

Biegung

Die mit dem Biegungsprüfgerät KES-FB2 gemessene Biegung stellt die Kraft dar, die aufgewendet werden muß, um die Flächenware um ungefähr 150° zu biegen.
B - Biegesteifigkeit pro Flächenbreite einheit, p.cm²/cm (Höherer B-Wert bedeutet größere Steifigkeit/Widerstand gegen Biegen)
2HB - Biegehysterese, p.cm/cm, aus der Beziehung Biegemoment/Krümmung (größerer 2HB-Wert bedeutet größere Unelastizität.)

Oberfläche

Die Oberflächeneigenschaften Reibung und Oberflächen profil (Rauheit) wurden mit dem Oberflächenprüfgerät KES-FB4 bestimmt. In diesem Standardtest wird auf den Prüfling eine Zugbelastung von 210 p/cm ausgeübt.
MIU - Reibungskoeffizient, Werte von 0 bis 1 (Höherer MIU-Wert entspricht höherer Reibung)
MMD - Mittlere Abweichung von MIU (Höherer Wert entspricht größerer Schwankungsbreite der Reibung)
SMD - geometrische Rauheit, Mikron (Höherer SMD-Wert entspricht geometrisch rauherer Oberfläche.)

Kompression

Die Kompressionseigenschaften einer 2 cm² großen Fläche wurden mit dem Kompressionsprüfgerät KES-FB3 bei 0 bis 50 p/cm² (bei Vliesstoffen 10 p/cm²) bestimmt.
LC - Linearität der Kompressions-Dicke- Kurve, Werte von 0 bis 1 (1 = völlig linear, 0 = äußerst nichtlinear)
WC - Kompressionsenergie, p.cm/cm² (größerer WC-Wert entspricht höherer Kompressibilität.)
RC - Erholungsvermögen, Prozent (größerer RC-Wert bedeutet hochprozentiges Erholungsvermögen aus dem komprimierten Zustand, Wiedererlangung der Dicke.)
EMC - Kompressibilität bei 50 p/cm² gegenüber der bei 0,5 p/cm² gemessenen Ausgangsdicke, Prozent (höherer Wert bedeutet größere Kompressibilität.)
Dicke - einer 2 cm² großen Fläche bei 0,5 p/cm², Angabe in Millimeter (mm).

Gewicht

Das Gewicht wird nach ASTM D 3776, Protokoll für kleine Lappen, bestimmt. Dabei werden drei 20 × 20 cm große Prüflinge genau ausgewogen und das Gewicht in Masse pro Flächeneinheit (oz/yd²) [~28,3 g/0,8 m²] umgerechnet.

Beispiel 7 und Vergleichsbeispiel G

Aus analog den Beispielen 4-6 und D-F, aber mit 2 Gew.-% ZnS als Mattierungsmittel erfindungsgemäß (Beispiel 7) und mit 1,5% TiO₂ als Mattierungsmittel (Vergleichsbeispiel 6) hergestelltem Texturiergarn wurden gewebte Proben hergestellt. Gewebereplikate der Größe 20 × 20 cm wurden der KES-Beurteilung unterworfen, wobei die Resultate in Tabelle 3 zusammengefaßt sind.

Tabelle 3

Zusammenfassung der mechanischen Eigenschaften und Oberflächeneigenschaften

Aus Tabelle 3 ist ersichtlich, daß das erfindungsgemäße Gewebe gegenüber dem weniger Mattierungsmittel enthaltenden Vergleichsmaterial neben einer glatteren Oberfläche auch eine kleinere KES-Scherung (höhere Weichheit) aufwies.

Beispiele 8, 9 und Vergleichsbeispiele H, I

Nach weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden POY-Proben zwar analog Beispielen 1-3, jedoch, wie in Tabelle 4 angegeben, mit einer Mischung aus ZnS/TiO₂ als Mattierungsmittel hergestellt. Wie ersichtlich, Steigt die Leuchtkraft (vergleichbar mit Hunter-L-Parameter) mit der Zugabe von ZnS.

Tabelle 4

Eigenschaften POY

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines aus der Schmelze ersponnenen Polyesterfaserprodukts mit Zinksulfid als Mattierungsmittel, bei dem man:

- eine Masterbatchzusammensetzung aus einem faserbildenden Polyester, ausgewählt aus der Gruppe Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat und Polytrimethylenterephthalat und 1 bis 50 Gewichtsprozent Zinksulfid in der Schmelze mit dem faserbildenden Polyester zu einer 0,1 bis 3 Gew.-% Zinksulfid enthaltenden Schmelzmischzusammensetzung mischt und
- jene Schmelzmischzusammensetzung aus der Schmelze zu dem Polyesterfaserprodukt verspinnt,
- wobei die Verweilzeit des Masterbatches in der Schmelze weniger als 20 Minuten beträgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Polyesterfaserprodukt gegenüber einem entsprechenden Produkt aus dem Polyester und TiO₂ als Mattierungsmittel einen erhöhten Hunter-L- Farbwert aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Masterbatch 20 Gewichtsprozent Zinksulfid enthält.

4. Polyesterfaserprodukt aus einem Polyester, ausgewählt aus der Gruppe Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat und Polytrimethylenterephthalat und Zinksulfid als Mattierungsmittel in einer Menge von 0,1 bis 3 Gewichtsprozent mit einem Hunter-L-Farbwert von mindestens 85 und einem Hunter-b-Farbwert von höchstens 2,5.

5. Produkt nach Anspruch 4, bei dem das Faserprodukt ein Filamentprodukt mit einem Durchmesser von 0,01 bis 0,05 mm darstellt.

6. Produkt nach Anspruch 4, bei dem das Faserprodukt ein Stapelfaserprodukt mit einem Einzeltiter von 1 bis 5 den darstellt.

7. Polyesterfaserprodukt mit Zinksulfid als Mattierungsmittel, wobei der Polyester ausgewählt wird aus der Gruppe Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat und Polytrimethylenterephthalat und das Produkt einen Hunter-L-Farbwert aufweist, der über dem eines entsprechenden Produkts mit TiO₂ als Mattierungsmittel liegt.

8. Produkt nach Anspruch 7, wobei aus dem Produkt hergestellte textile Flächengebilde gegenüber einem textilen Flächengebilde aus einem entsprechenden Polyesterprodukt mit gleichen Gehalten an TiO₂ als Mattierungsmittel eine durch kleinere KES-Scherwerte gekennzeichnete größere Weichheit zeigt.

9. Polyesterfaserprodukt mit Zinksulfid als Mattierungsmittel, wobei der Polyester ausgewählt wird aus der Gruppe Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat und Polytrimethylenterephthalat und das Produkt gegenüber einem entsprechenden Produkt mit gleichen Gehalten an TiO₂ als Mattierungsmittel eine verringerte Abrasivität aufweist.

10. Produkt nach Anspruch 9, wobei das Produkt gegenüber einem entsprechenden Produkt mit den gleichen Gehalten an TiO₂ als Mattierungsmittel eine verringerte Reibung aufweist.

11. Produkt nach Anspruch 9, wobei das Produkt gegenüber einem entsprechenden Produkt mit den gleichen Gehalten an TiO₂ als Mattierungsmittel ein verringertes statistisches Aufladevermögen aufweist.

12. Polyesterfaserprodukt mit Zinksulfid als Mattierungsmittel, wobei der Polyester ausgewählt wird aus der Gruppe Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat und Polytrimethylenterephthalat und wobei ein aus dem Produkt hergestelltes textiles Flächengebilde einen KES-Scherwert von ≦ 2 p/cm.Grad aufweist.

13. Polyesterfaserprodukt mit Zinksulfid als Mattierungsmittel, wobei der Polyester ausgewählt wird aus der Gruppe Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat und Polytrimethylenterephthalat und wobei das Produkt im Kerbtest eine Kerbtiefe von 0,1 mm/Gew.-% Mattierungsmittel besitzt.

14. Polyesterfaserprodukt mit Zinksulfid als Mattierungsmittel, wobei der Polyester ausgewählt wird aus der Gruppe Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat und Polytrimethylenterephthalat und wobei das Produkt eine Reibungskraft von ≦ 50 g bei einem Mattierungsmittelgehalt von 1 Gew.-% besitzt.

15. Polyesterfaserprodukt mit Zinksulfid als Mattierungsmittel, wobei der Polyester ausgewählt wird aus der Gruppe Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat und Polytrimethylenterephthalat und wobei das Produkt eine Laufstatik von ≦ 1000 V (bei 300 m/min) bei einem Mattierungsmittelgehalt von 1 Gew.-% besitzt.

16. Polyesterfaserprodukt nach zwei oder mehreren der Ansprüche 12 bis 15.