DE69800645T2 - Verfahren zur Herstellung von Polyesterfasern und daraus hergestellte Polyesterfasern - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polyesterfasern mit verbesserter Färbbarkeit, geringerer Dehnung und größerer Festigkeit sowie nach diesem Verfahren hergestellte Polyesterfasern.
• Polyesterfasern sind die am häufigsten angewendeten und am meisten hergestellten Fasermaterialien der Textilindustrie. Die Grundverfahren zur Herstellung von Polyestern sind bekannt, und Fasern aus Polyestern können in geeigneter Weise zu textilen Stoffen gewebt oder gewirkt werden. Polyesterfasern können mit anderen natürlichen Fasern wie Wolle oder Baumwolle zur Herstellung von Textilfasern mit verbesserter Festigkeit und Haltbarkeit gemischt werden. Diese kombinierten Fasern wahren nicht nur die physikalischen Eigenschaften von Polyestern sondern auch die erwünschten Qualitäten natürlicher Fasern. Solche verbesserten Polyesterfasern können mit anderen Arten Textilfasern zur Herstellung von textilen Stoffen verarbeitet werden.
• Zusätzlich ist bekannt, daß während der Herstellung dieser synthetischen Fasern die Polyester, die zunächst als extrudiertes lineares Filament gebildet werden, behandelt und in andere Formen umgewandelt werden, so daß sie bessere Eigenschaften als natürliche Fasern wie Wolle oder Baumwolle aufweisen. Solche Behandlungen werden auf diesem Gebiet im allgemeinen als "Texturieren" (Verbesserung der Textur) bezeichnet und können in falschem Zwirnen, gekräuselten Webeeffekten oder speziellen chemischen Behandlungen bestehen. Während Polyester gute Festigkeitscharakteristika in homogenem polymeren Zustand aufweisen, ist die Zugfestigkeit von Polyestern ein übliches Maß ihrer Festigkeit, die als Kraft (Gramm) ausgedrückt wird, die benötigt wird, um das Gewebe je Denier eines Filaments zu brechen.
• Die Zugfestigkeit eines nicht verbesserten Polyesterfilaments beträgt im allgemeinen von etwa 3,5 bis etwa 7 g/Denier.
• Bei vielen Anwendungen ist es wünschenswert, daß das Textilgewebe in einer Vielzahl von Farben vorliegt, wobei dieses durch Färben geschieht. Da jedoch die nicht verbesserten Polyester, anders als die meisten natürlichen Fasern, nicht färbbar sind, müssen sie unter hoher Temperatur, hohen Druck oder beidem oder bei Normalbedingungen mit oder ohne Quellmittel, die im allgemeinen als "Träger" bezeichnet werden, gefärbt werden. Entsprechend wurden verschiedene Techniken entwickelt, um die Färbbarkeit von Polyestern zu erhöhen.
• Üblicherweise kann eine spezielle Färbetechnik zur Verbesserung der Färbbarkeit von Polyesterfasern eingesetzt werden. So werden beispielsweise Färbemittel verwendet, um physikalische oder chemische Reaktionen mit den Polyestern einzugehen; im allgemeinen werden hierbei funktionelle Gruppen üblicher Farbadditive chemisch mit Farbstoffmolekülen anstelle mit den Polyesterfasern umgesetzt. Zu diesen funktionellen Gruppen zählen Carbonsäuren (insbesondere Dicarbonsäuren oder andere multifunktionelle Säuren), organometallische Sulfat- oder Sulfonatverbindungen und Polyethylenglycol. Während Toga et al. in der USP 4415727 die Verwendung von 2-Methyl-1,3-propandiol als krystallisationsregelnde Verbindung für PET-(Polyethylenterephthalat) Materialien für das Formen von Flaschen vorschlägt, erwähnt er nicht die Fähigkeit dieser Substanz zur Verbesserung der Färbbarkeit, Festigkeit oder Dehnverhalten der Faser.
• In JP-A-61-097419 wird ein Polyester hergestellt. Ein Polyester, Polybutylenterephthalat, kann in Gegenwart von 2- Methyl-1,3-propandiol als Teil der Alkandiolkomponente zur Verbesserung der Dehnungsfestigkeit gebildet werden.
• Nach intensiven Untersuchungen haben die Erfinder gefunden, daß, da 2-Methyl-1,3 propandiol eine Seitenkette mit einer Methylgruppe aufweist, die dem Polyester eine asymetrische chemische Struktur verleiht, wenn diese Verbindung als eine der Komponenten der Polyesterpolymeren verwendet wird, das gebildete Polyesterpolymer in irregulärer Form entsteht, so daß Farbstoffmoleküle leicht an ihm haften. Deshalb zeigen die entstandenen Polyester ausgezeichnete Färbbarkeit, geringere Dehnung und größere Festigkeit. Hierdurch wird die Erfindung offenbart.
• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polyesterfasern mit erhöhter Färbbarkeit, geringerer Dehnung und größerer Festigkeit, wobei 2-Methyl-1,3-propandiol in einer Mischung mit Gehalt an Terephthalsäure, oder deren Alkylester und einem Alkandiol, nämlich Ethylenglykol und/oder Propandiol, kombiniert und die Polymerisation durchgeführt wird. Das gebildete Polyestercopolymer wird dann zu den erfindungsgemäßen Polyesterfasern gesponnen.
• Die vorliegende Erfindung offenbart ebenfalls Polyesterfasern, die nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt werden, die ausgezeichnete Färbbarkeit, geringere Dehnung und größere Festigkeit als nicht verbesserte Polyesterfasern aufweisen. Die vorliegende Erfindung stellt darüberhinaus ein Verfahren zur Verfügung, bei dem Polyesterfasern einer Texturierung oder Färbung unterzogen werden.
• Ethylenglykol ist als Alkandiol bevorzugt.
• Ein Alkylester der Terephthalsäure ist vorzugsweise Dimethylterephthalat.
• Im erfindungsgemäßen Verfahren beträgt die verwendete Menge an 2-Methyl-1,3-propandiol 1 bis 15 mol%-vorzugsweise 2 bis 10 mol%-bezogen auf die Gesamtmenge an Glykolkomponente.
• Im erfindungsgemäßen Verfahren besitzen die gebildeten Polyester nach Polimerisation eine Grenzviskosität von 0,4 bis 1,5 dl/g (gemessen bei 30ºC, in einer Lösungsmittelmischung von Phenol/Tetrachlorethan im Verhältnis von 40/60 Gewichtsteilen).
• Ist die Grenzviskosität kleiner als 0,4 dl/g ist die Faserfestigkeit des gebildeten Filaments zu schwach, die erfindungsgemäßen Ziele zu erreichen. Andererseits, wenn die Grenzviskosität 1,5 dl/g überschreitet, wird die Schmelzviskosität zu hoch und die Verspinnbarkeit, Zieh- und Färbbarkeit der Faser verschlechtert. Die Polymerisation bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann entweder kontinuierlich oder portionsweise erfolgen. Da die Reaktionsprozesse Veresterungs- und Kondensationsstufen umfassen, werden Polyethylenterephthalate, die im allgemeinen als Polyester bezeichnet werden, gebildet. Bei Bedarf können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Katalysatoren oder andere Additive zur Beschleunigung der Veresterung unter Kondensation eingesetzt werden, oder um den Polyestern gewisse spezielle Eigenschaften zu verleihen. Beispielsweise werden häufig Antimonverbindungen zugesetzt, um die Kondensationsreaktionen zu katalysieren, und anorganische Verbindungen wie Titanoxid werden als Mattierungsmittel oder für ähnliche Zwecke eingesetzt.
• Nachdem die Polyester in eine viskose Flüssigkeit überführt sind, werden sie durch einen Spinnkopf zur Ausbildung der individuellen Filamente gepresst. Dieses Verfahren wird als Spinnen bezeichnet. Das Spinnverfahren gemäß Erfindung kann in einem üblichen Schmelzspinnverfahren erfolgen. Die gesponnen-ähnlichen Filamente werden unter gleichen Bedingungen gezogen wie die zum Erhalt üblicher Polyesterfasern. Das heißt, daß die gesponnen-ähnliche Filamente vorerhitzt werden, während sie durch die Heißwalzen hindurchtreten, und sie werden mit einer Ziehgeschwindigkeit heißgezogen, die der der Aufnahmewalze entspricht.
• Es sollte verstanden werden, daß auf dem Gebiet der Textilherstellung, insbesondere der Herstellung von synthetischen Fasern, "Spinnen" das Herstellen von Fasern aus einer Polymerschmelze oder das Zusammendrehen von natürlichen, synthetischen oder gemischten Fasern zu einem gesponnenen Garn bedeutet.
• Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele und Vergleichsbeispiele näher erläutert, ohne jedoch die Erfindung zu begrenzen.
Beispiel 1
• Eine Aufschlemmung aus gemischten Glykolen und Terephthalsäure in einem molaren Verhältnis von 1,2 : 1 wurde hergestellt, wobei die gemischten Glykole aus Ethylenglykol und 2-Methyl-1,3-propandiol in einem molaren Verhältnis von 97 : 3 zusammengesetzt waren. Diese Aufschlemmung wurde unter Druck (absoluter Druck = 2 kg/cm²) und bei 250ºC mit 95%-iger Umsetzung zu einem niedrig-polymerisierten Produkt verestert. Dem Produkt wurden 350 ppm Antimontrioxid als Katalysator zugesetzt; die Polykondensation wurde unter vermindertem Druck von 1 torr (absoluter Druck) und 280ºC über 3 Stunden bewirkt und ergab einen Polyester mit einer Grenzviskosität von 0,6 dl/g. Der gebildete Polyester wurde durch Düsen unter Bildung von Strängen extrudiert, die dann in zylinderische Chips geschnitten wurden.
• Die Polyesterchips oder PET Chips aus handelsüblichen Produkten wurden getrocknet, in einem Extruder geschmolzen, dann durch einen Spinnkopf mit 20 Löchern extrudiert, wobei die Löcher einen Durchmesser von 0,25 mm aufwiesen, und die extrudierten Filamente wurden mit einer Geschwindigkeit von 3200 m/min. aufgenommen. Das gebildete Polyestergarn wurde durch eine Heißwalze bei 80ºC und eine Heizplatte bei 130ºC mit einer Geschwindigkeit von 500 m/min. zu einem Multifilamentgarn von 75 Denier/40 Filamente gezogen. Das bedeutet, daß das PET Filament homogene Polyesterpolymere von 1,87 dpf (Denier per Filament) waren. Das Auszugverhältnis betrug 1,7. Diese gezogenen Filamente wurden in Hosenbeine zur Durchführung eines Färbetests gewirkt. Die Färbebedingungen werden in Tabelle 1 wiedergegeben. Die Ergebnisse der Färbbarkeit und der Festigkeit werden in Tabelle 2 wiedergegeben.
Tabelle 1 Färbebedingungen Färben
• Farbstoff: Sumikaron Blue E-BL (von Sumimoto Chemical Co., LTD). 1%
• pH Regulator: Essigsäure 0,7 cc/l Ammoniumacetat lg/l
• Färbezeit: 45 Minuten
• Färbetemperatur: 130ºC
• Badverhältnis: 1 : 30
Alkali-Reduktionsreinigung
• Natriumhydroxid: 2 g/l
• Hydrosulfit: 2 g/l
• Reinigungszeit: 20 Minuten
• Reinigungstemperatur: 80ºC
• Badverhältnis: 1 : 30
• Die spektrale Reflektion der Hosenbeinproben, die unter den oben angegebenen Bedingungen gefärbt wurden, wurde unter Verwendung eines ELREPHO-2000 Farbanalysatorgerätes (von Data Color AG, Schweiz) analysiert.
Beispiel 2
• Gemäß Beispiel 1 wurden PET Filamente erhalten, jedoch mit dem Unterschied, daß die gemischten Glykole in der erwähnten Aufschlemmungsmischung durch eine Mischung ersetzt wurde, die 5 molarprozentig an 2-Methyl-1,3-propandiol und 95 molarprozentig an Ethylenglykol war. Die erhaltenen Polyesterfilamente wurden gemäß Beispiel 1 verarbeitet und getestet; die Ergebnisse werden in Tabelle 2, unten wiedergegeben.
Vergleichsbeispiel 1
• Nach der gleichen Verfahrensweise wie in Beispiel 1 wurden PET Filamente erhalten, wobei 2-Methyl-1,3-propandiol nicht zugesetzt wurde. Die Polyesterfilamente wurden mittels einer Aufschlemmungsmischung hergestellt, die nur Ethylenglykol und Terephthalsäure in molarem Verhältnis von 1,2 : 1 enthielt. Sie wurden gemäß Beispiel 1 verarbeitet und getestet; die Ergebnisse werden in Tabelle 2, unten wiedergegeben. Tabelle 2
• In Tabelle 2 werden verschiedene Eigenschaften der Filamente gemäß Erfindung unter Verwendung von Terephthalsäure, Ethylenglykol und 3 oder 5 mol% 2-Methyl-1,3-propandiol, bezogen auf die verwendete Gesamtmenge der Glykolkomponente (wie in Beispielen 1 bzw. 2) wiedergegeben. Der einzige Unterschied zwischen Vergleichsbeispiel 1 und Beispiel 1 und 2 besteht darin, daß die PET Fasern in Vergleichsbeispiel 1 ohne Zusatz von 2-Methyl-1,3-propandiol hergestellt wurden. Zum Zwecke des Vergleichs werden die Färbbarkeitdaten in Tabelle 2 auf der Basis des Umstands ausgedrückt, daß die Färbbarkeit der Filamente in Vergleichsbeispiel 1 100% beträgt. Die Werte, die größer als 100% in beiden Beispielen 1 und 2 sind, haben die Verbesserung der Färbbarkeit gemäß Erfindung aufgezeigt.
• Der Vergleich der physikalischen Eigenschaften in Tabelle 2 hat aufgezeigt, daß die Färbbarkeit der PET Fasern, die erfindungsgemäß hergestellt wurden, besser als die der nicht verbesserten PET Fasern ist.
Dehnungs- und Festigkeitstest
• Nachdem Polyesterfilamente, die durch eine Spinndüse gemäß Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 1 extrudiert wurden, mit einer Spinngeschwindigkeit von 3200, 3500, 4000 und 4500 m/min aufgenommen wurden, wurden dann Proben von Polyesterfilamenten gemäß Verfahren nach Beispiel 1 hergestellt. Sie wurden aufgewickelt, und 5 Faserproben von 100 m Länge wurden durch Einsatz eines fußpedalbetriebenen Garnwicklers erhalten. Diese Proben wurden gewogen und die Gewichte wurden ermittelt und in Deniers umgewandelt. Diese Daten wurden in einen deutschen ZWIER 1511 Tester für Festigkeit und Dehnung eingegeben. Die Meßdistanz der Fasern betrug 254 mm. Während zunächst die Streckgeschwindigkeit zum Bruch mit 20 ± 1 Sekunden bestimmt wurde, wurde diese Geschwindigkeit dann zum Testen von 15 Proben eingesetzt. Diese Ergebnisse wurden gemittelt und ergaben so die Werte für die Festigkeit und die Dehnung. Die Ergebnisse werden in Tabelle 3 unten wiedergegeben. Tabelle 3 Beziehung zwischen Sinngeschwindigkeit und Festigkeit / Dehnung in PET Fasern
• Aus den obigen Ergebnissen ist erkenntlich, daß die Zugabe von 2-Methyl-1,3-propandiol als eine der Komponenten von Polyesternfasern die Färbefähigkeit und die Festigkeit der Polyesterfasern erhöht und gleichzeitig die Dehnungsrate verringert. Die verbesserten Polyesterfasern besitzen wichtige industrielle Anwendungsmöglichkeiten.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung von Polyesterfasern, wobei 2-Methyl-1,3-propandiol in einer Mischung mit Gehalt an Terephthalsäure oder dessen Alkylester und einem Alkandiol, nämlich Äthylenglykol und/oder Propylenglykol zusammengebracht werden, und die Polymerisation durchgeführt wird, wobei das gebildete Polyestercopolymer dann zur Herstellung von Polyesterfasern gesponnen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die verwendete Menge 2-Methyl-1,3-propandiol 1 bis 15 mol%, bezogen auf die Gesamtzahl Mole des Alkandiols und des 2-Methyl-1,3-propandiols, beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die verwendete Menge 2-Methyl-1,3-propandiol 2 bis 10 mol%, bezogen auf die Gesamtmolmenge des Alkandiols und des 2-Methyl-1,3-propandiols, beträgt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Alkandiol Äthylenglykol ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, wobei die Polymerisation entweder kontinuierlich oder diskontinuierlich geführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, wobei das Alkylterephthalat Dimethylterephthalat ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Polyestercopolymer nach der Polymerisationsstufe eine Grenzviskosität im Bereich von 0,4 bis 1, 5 dl/g (gemessen bei 30ºC in einem gemischten Lösungsmittel von 40/60 (Gewicht) Phenol/Tetrachloräthan) aufweist.

8. Polyesterfasern, hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7.

9. Verfahren, bei dem Polyesterfasern nach Anspruch 8 einer Texturierungsstufe oder/und einer Färbung unterworfen werden.