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Pillarme Polyesterfasern
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Die Erfindung betrifft pillarme Polyesterfasern auf Basis Polyäthylenterephthalat.
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Normalerweise besitzen Polyesterfasern einen Diäthylenglykolgehalt
(DEG) von ca. 0,5 - 0,7 Gew.-%, bezogen auf den Polyester. Es wird ein möglichst
niedriger DEG-Gehalt angestrebt, weil mit zunehmendem DEG-Gehalt sich die thermooxidative
Beständigkeit wegen der Atherbindung verringert (.Ludewig, Polyesterfasern, Adademie-Verlag,
Berlin 1975, Seite 131) und der Schmelz- bzw. Erweichungspunkt erniedrigt.
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Weiterhin enthalten Polyesterfasern eine COOH-Gruppenzahl von 15 -
25 val/t. Auch diese Zahl versucht man so niedrig wie möglich zu halten, weil die
COOH-Ændgruppen zu einem erhöhten thermischen Abbau des Polyesters fiihren und damit
die thermische Stabilität mindern.
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Der thermische oder thermooxidative Abbau drückt sich in einer Molekularczewichtserniedrigung
aus, d.h. die Polymerenkette wird an mehreren Stellen gespalten.
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Es wurde nun gefunden, daß man diese Kettenverkurzung und die damit
cinhc?rgehende verminderte Querfestigkeit gezielt zur Erzeugung einer erhöhten Pillresistenz
in Polyesterfasern und -fäden ausnutzen kann.
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Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Herstellung pillarmer
Polyesterfasern und -fäden,das dadurch gekennzeichnet ist, daß man ein Polyestergranulat
von 0,7 bis 2,0 Gew.-t DES, bezogen auf den Polyester und mit einer COOH-Gruppenzahl
von 28 bis 45 val/t verspinnt und die so erhaltenen Fasern oder Fäden bei einer
Temperatur von 140 bis 2000C thermooxidativ und hydrolytisch spaltet.
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Vorzugsweise werden Polyestergranulate versponnen, deren DEG-Gehalt
0,8 -1,8 Gew.-% und deren COOH-Gruppenzahl 30-42 val/t beträgt.
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Die thermooxidative und hydrolytische Spaltung wird vorzugsweise bei
145-1800C vorgenommen. Besonders günstig läßt sich diese Behandlung in einem Fixierschrank
durchführen.
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Der thermooxidative, hydrolytische Abbau läßt sich an der Intrinsic-Viskosität
(gemessen in einem Lösungsmittelgemisch von Phenol : Tetrachloräthan = 60 : 40 bei
25°C) nachweisen. Die beanspruchten Fasern zeigen vor dem Fixierschrank eine Intrinsic-Viskosität
von ca. 0,57, nach der Behandlung jedoch eine solche von 0,43 - 0,53, vorzugsweise
0,45 - 0,51, je nach DEG-Gehalt und COOH-Gruppenzahl.
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Eine Fixiertemperatur von < 1400C genügt nicht,um eine ausreicheEnde
thermooxidative, hydrolytische Spaltung zu erzielen, während Temperaturen >200°C
zu starke Schädigung und z .T. schon Verklehungen hervorrufen. Die Verweilzeit im
Tixierschrank ist daher vorzugsweise 4 - 6 min.
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Die bereits erwähnte thermooxidative Spaltung kann durch abbauaktive
Katalysatoren noch gesteigert werden.
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Als solche seien erwähnt Co und Zn.
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Die Pillresistenz läßt sich nach der bekannten ASTM Priifnorm n 1375-64
nachweisen. Die beanspruchten Fasern zeigen eine Pillnote von 5. Bei einem Polyestergranulat
mit einem DEG-Gehalt 40,7 Gew.-% und COOH-Gruppenzahl von 6 28 val/t tritt nur eine
schwache thermooxidative, hyrolytische Spaltung ein. Die Intrinsic-Viskosit der
Fasern fällt nur von 0,57 vor dem Fixierschrank auf 0,56 nach dem Fixierschrank
ab.
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Diese Fasern zeigen die Pillnote 1-2. Geht man von einem Polyester
mit höherem DEG-Gehalt und einer größeren COOH-Gruppenzalil aus, so werden die Fasern
beim Durchlaufen des Fixierschrankes so stark geschädigt, daß keine gebrauchsfähigen
Textilstücke daraus hergestellt werden können. Ein weiterer Beweis für die Verminderung
der Quer festigkeit ist die Drahtknickscheuerzahl (DKSZ).
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Dabei wird eine Einzelfaser über einen 0,1 mm starken Polyäthylenterephthalat-Draht
im Winkel von 900C gelegt, mit einem Gewicht von je 1 g belastet und 1 x pro sec.
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über den Draht hin- und hergescheuert. Gemessen wird dann die Zeit
in Minuten, bis die Einzelkapillare durchgescheuert
ist und dies
als Drahtknickscheuerzahl bezeichnet. Der Wert wird jeweils aus 20 Einzelmessungen
gemittelt. Dabei hat sich gezeigt, daß die von uns beanspruchten Fasern eine DKSZ
von 2 - 15 min., vorzugsweise von 4 - 10 min. besitzen, während Fasern mit niedriger
COOH-Gruppenzahl und kleinerem DEG-Gehalt eine DKSZ von ca. 18 - 22 min. besitzen.
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DKSZ und Random-Tumble-Test korrelieren eindeutig.
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Neben der thermooxidativen Spaltung tritt auch noch ein hydrolytischer
Abbau im Fixierschrank auf, weil das Faserband nach Durchlaufen des Streckbades,
des Dämpfkanals und der Kräusel noch eine Restfeuchte von etwa 5 % besitzt.
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Die Bestimmtung der COOH-Gruppenzahl erfolgt nach Ludewig S. 187,
die des DEG-Gehaltes nach Ludewig S. 192.
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Die in dem Beispiel genannten ppm-Angaben beziehen sich auf Dimethylterephthalat.
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Die folgende Übersicht zeigt, wie sich DEG-Gehalt und COOH-Gruppenzahl
beeinflussen lassen.
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Bei einem DEG-Gehalt von 0,2 - 1,2 Gew.-% ändert sich die COOH-Gruppenzahl
mit der Polykondensationstemperatur wie folgt: PK-Temperatur 285°C 27 - 32 COOH-Gruppen
val/t 290°C 31 - 37 " 2950C 35 - 45 Der DEG-Gehalt ändert sich mit der Vorkondensationstemperatur
bei
einer COOH-Gruppenzahl von 29 val/t wie folgt: VK Temperatur PK-Temperatur DEG-Gehalt
i.Gew-% 240°C 280°C 1,0 2450C 2850C 1,4 2500C 2850C 1,9
Beispiel
Vor der Umesterung von Dimethylterephthalat mit Äthylenglykol im Autoklaven werden
dem Gemisch 100 ppm Zink in Form von Zinkacetat als Umesterungskatalysator zugegeben.
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Die Umesterung erfolgt während 3 Stunden bei 2000C.
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Sodann werden 35 ppm Cobalt als Polykondensationskatalysator zugegeben.
Die Vorkondensation dauert 0,5 Stunden bei 2200C. Sodann wird auf 2850C erhitzt
und der Druck auf s1 Torr reduziert. Die Polykondensation ist nach 2 Stunden abgeschlossen.
Anschließend wird in Wasser abgesponnen und granuliert.
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Das Granulat besitzt eine IV von 0,57, einen DEG-Gehalt von 1,5 Gew.-%,
bezogen auf Polyäthylenterephthalat und eine COOH-Gruppenzahl von 35 val/t.
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Das Granulat wird nach der Technik des Schmelzspinnens durch eine
Mehrlochdüse zu Fäden mit einem Einzeltiter von 10 dtex versponnen und mit einer
Geschwindigkeit von 1100 m/min. aufgewickelt.
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Die Spinnfäden werden zu einem Kabel von 100.000 dtex gefacht, in
heißem Wasser von 900C und anschließend in einem Dämpfkanal im Gesamtverhältnis
1 : 3,20 verstreckt, in einer Stauchkammerkräusel gekräuselt, spannungslos in heißer
Luft von 150°C 5 min. lang fixiert und anschließend zu Stapelfasern von 60 mm Länge
geschnitten.
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Die Fasern zeigen einen Titer von 3,3 dtex, eine Festigkeit von 3,4
cN/dtex, eine Dehnung von 37 %, einen
Kochschrumpf von 0 % und eine
i.v. von 0,46. Mit 20 Einzelfasern wurde die Drahtknickscheuerzahl ermittelt.
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Sie betrug 5 min., d.h. nach dieser Zeit waren die Fäden im Mittel
durchgescheuert.
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Aus den Stapelfasern wurden Garne hergestellt, die eine Linksdrehung
von 495 Drehungen/m und eine Rechtsdrehung von 310 Drehungen/m aufweisen und die
anschließend zu einem Flachgestrick verarbeitet wurden. Dieses Gestrick wurde dem
Laborpilltest nach der oben genannten ASTM-Prüfnorm D 1375-64 unterworfen und erzielte
nach 110 min.
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Prüfdauer die ausgezeichnete Pillnote 5, d.h kein Pilling.
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Geht man jedoch von einem Polyestergranulat aus, das einen DEG-Gehalt
von 0,4 Gew.-% und eine COOH-Gruppenzahl von 17 val/t besitzt und die daraus hergestellten
Fasern zeigen ebenfalls eine i.v. von 0,57, so liegt die DKSZ dieser Fasern bei
20 min. und nach 110 min. Prüfdauer nach ASTM-D 1375-64 wurde die Pillnote 2, d.h.
starkes Pillen festgestellt. Eine thermooxidative, hydrolytische Schädigung war
während des Fixierprozesses kaum erfolgt, denn die Stapelfasern zeigten eine i.v.
von 0,56.