DE1694058A1 - Verfahren zur Herstellung von faserartigen Straengen aus synthetischen,kristallinen,thermoplastischen Polymerisaten - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von faserartigen Straengen aus synthetischen,kristallinen,thermoplastischen PolymerisatenInfo
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Description
PATENTANWÄLTE R/25/29 22. Februar 1968
Drying. Wolff, Bartels, Dr. Brandes, Dr.-lng. HeW
MÖNCHEN 22, Thierschstraßa 8/lU 1694058
TELEFOM 293297
Reg.Nr. 121 2T2
EASTMAN JCODAK COHPAWY, 343 State Street, Rochester,
Staat Hew York, Vereinigte Staaten von Amerika
Verfahren zur Herstellung von faserartigen Strängen aus synthetischen, kristallinen, thermoplastischen Polymerisaten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
faserartigen Strängen aus synthetischen, kristallinen, thermoplastischen
Polymerisaten, bei dem ein thermoplastisches Polymerisat zu einer Folie extrudiert und die Folie orientiert,
zerfasert und gegebenenfalls gezwirnt wird.
Aus thermoplastischen Polymerisaten hergestellte faden- und faserartige Produkte zeichnen sich bekanntlich durch eine
hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber einem Abbau durch Schimmelpilze,
Bakterien, Wasser und Mehltaupilze aus. Andererseits haben derartige Produkte zahlreiche Nachteile· So sind z.B. aus
thermoplastischen Polymerisaten hergestellte Seilerwaren relativ
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glatt und säilüpfrig und deshalb nicht knotenfest. Außerdem besitzen
derartige Produkte keinen weichen Griff, weshalb sie schwierig zu handhaben und für manche Verwendungszwecke,-ζ.B*
-. zur Herstellung von Garnen für Webwaren, nicht geeignet sind.
Einige dieser Nachteile können dadurch ausgeschaltet werden,
daß die Seilerwaren aus thermoplastischen Folien hergestellt werden, die durch Aufspalten in Längsrichtung in ein Band aus
™ einer Vielzahl von zusammenhängenden faser- oder fadenartigen
Elementen überführt wird, worauf das Band verzwirnt wird. Die
auf diese Weise hergestellten Produkte besitzen einen besseren
Griff und eine größere Knotenfestigkeit und für viele Verwendungszwecke die erforderliche höhere Festigkeit· So kann z.B.
ein in der beschriebenen Weise hergestelltes garnähnliches Produkt zur Herstellung sog. "nicht gewebter" Stoffe'1 .(non-woven"
fabrics) verwendet werden, die ohne zu starke Schädigung genadelt werden können, da bei der Nadelung das Garn durch-stoßen
fc werden kann, ohne daß hierbei größere Teile der einzelnen, das
Garn bildenden Elemente brechen.
Die aus thermoplastischen Folien bisher hergestellten Produkte
besitzen, obwohl sie sich bereits ausgezeichnet bewährt haben»
jedoch für manche Verwendungszwecke den Nachteil, daß sie eine';
sehr große Zahl von losen Faser- oder Fibrillenenden aufweisen. Diese losen Faser- oder Fibrillenenden erschweren die Verarbeitung
der aufgespaltenen oder aufgeschlitzten Folienbahnen des-
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halb, weil sie leicht aus dem endlosen faserartigen Produkt
herausgezogen werden, wenn dieses z.B. durch Zwirn- oder
Packmaschinen geführt wird, so daß derartige Maschinen bisitfeilen
blockiert werden. Außerdem kann die sogenannte "innere Aufspaltbarkeit" solcher Produkte, d.h. die Fähigkeit des
Materials , in gewebeartig miteinander verbundene Stränge und/oder Fasern aufgespalten zu tirerden, nur schwer kontrolliert
werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, nach dem
endlose Stränge des beschriebenen Typs ohne lose Faser- oder
Fibrillenenden und unter kontrollierbaren Bedingungen aus
thermoplastischen Folien, deren innere Aufspaltbarkeit beliebig
geregelt werden kann, hergestellt \\rerden können.
Der Gegenstand der Erfindung geht von einem Verfahren zur Herfaserartigen
stellung von/Strängen aus synthetischen, kristallinen, thermoplastischen
Polymerisaten, bei dem ein thermoplastisches Polymerisat
zu einer Folie extrudiert und die Folie orientiert, zerfasert und gegebenenfalls gezwirnt wird, aus und ist dadurch
gekennzeichnet, daß man dem thermoplastischen Polymerisat
vor dem Extrudieren ein Treibmittel zusetzt.
Der Zusatz eines Treibmittels hat zur Folge, daß beim Extrudieren der Folie eine zellenartige, Bläschen oder Einschlüsse
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enthaltende Folie entsteht. Die Bläschen führen in der Folie
zur Ausbildung von relativ schwachen Zentren oder Stellen mit relativ schwacher Orientierung in Längsrichtung, was zur Folge
hat, daß in der Folie relativ leicht aufspaltbare Abschnitte entstehen. Obgleich diese Zentren im Film Stellen zu bilden
vermögen, die in Längsrichtung relativ schwach sind, weisen sie
jedoch in Querrichtung eine gewisse Orientierung und dadurch
eine größere Festigkeit auf, so daß während der Fibrillierung der Folie sowohl in Längs- als auch in Querrichtung eine Aufspaltung
derselben erfolgt, so daß ein schnurartiges oder maschenartiges Gebilde aus zahlreichen miteinander verbundenen
Fibrillen und Strängen, praktisch ohne lose Fibrillenenden, entsteht. Durch Veränderung der Treibmittelmenge und der Arbeitsbedingungen können der beschriebene "Zellulareffekt" der
extrudierten Folie und der Grad ihrer inneren Aufspaltbarkeit,
und damit auch der Grad und die Art der gewünschten Fibrillierung oder Aufspaltung, beliebig gesteuert werden. Durch das
Verfahren der Erfindung wird es somit möglich, die Struktur
der Endprodukte dem gewünschten Verwendungszweck anzupassen,
d.h. Produkte zu schaffen, die z.B. speziell für die Herstellung von Seilerwaren, Zwirnen und dgl., oder von Garnen für die Herstellung
von Webwaren oder für Teppiche geeignet sind.
Die Zeichnung dient der näheren Erläuterung der Erfindung. Im einzelnen sind dargestellt in:
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Fig. 1 ein Fließschema zur Herstellung von faserartigen
Strängen nach dem Verfahren der Erfindung;
Fig. 2 einen unvergrößerten Querschnitt eines nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten faserartigen
Stranges in Längsrichtung;
Fig. 3 einen unvergrößerten Querschnitt eines nach dem a
Stande der Technik hergestellten faserartigen Stranges in Längsrichtung;
Fig. 4 einen stark vergrößerten Ausschnitt aus dem in
Fig. 2 wiedergegebenen Querschnittsbild eines nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten faserartigen
Stranges.
Im Fließschema der Fig. 1 wird die Herstellung von faserartigen Produkten, z.B. von Seilerwaren, nach dem Verfahren der Erfindung
schematisch dargestellt. Der Extruder 10 wird durch den Trichter 11 mit einem thermoplastischen Polymerisat beschickt,
welches bis zum Schmelzen erhitzt, mit einem Treibmittel vermischt
un4 durch die Düse 12 zu einer Folienbahn 22, die sehr
kleine Einschlüsse oder Zellen enthält, extrudiert wird» Die
Folienbahn 22 wird dann Über die S-Führungsrollen 14 durch den
Einlaß 15 in die steuerbare Heizvorrichtung 13 und von dort durch den Auslaß 17 über die Doppelrollen 16 geführt. Während
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die Folie.in der Heizvorrichtung 13 erhitzt wird, wird sie
durch die S-Führungsrollen 16, die mit einer höheren Umlaufgeschwindigkeit
umlaufen als die Rollen 14, verstreckt, wodurch die Folienbahn praktisch unilateral in Längsrichtung
orientiert und ihre Festigkeit erhöht wird. Durch die Orientierung
werden die Zellen oder Einschlüsse in der Folienbahn verlängert, wodurch die bereits beschriebenen Zentren mit
geringerer Orientierung und Festigkeit in Längsrichtung gebildet werden, was zur Folge hat, daß die Folie leicht in
Stränge und Fasern oderFibrillen aufgespalten werden kann.
Wie im folgenden noch näher erläutert werden soll, erfolgt . außerdem bis zu einem gewissen Grade eine Orientierung in
Querrichtung zur Folie, so daß bei der anschließenden Spaltungsoperation auch querverlaufende .Fasern oder Fibrillen gebildet
werden und ein aus einem endlosen Band oder Strang bestehendes,
vernetztes Produkt entsteht. Das Aufspalten oder
Zerfasern der Folie erfolgt nach dem Orientieren der Folie
22 durch Luftdüsenzerfaserer 18 und 19, wie sie z.B. in der
USA-Patentschrift 2 924 868 beschrieben werdejin. Hierbei entsteht
der faserartige Strang 24. Der Strang 24 wird dann über die Druckrollen 20 abgezogen. Gegebenenfalls kann der Strang
noch einer Zwirnvorrichtung oder Drallvorrichtung 21 zugeführt werden»
Wie sich aus den Figuren 2 und 4 ergibt» besteht der Strang
aus diner Vielzahl von Fasern OdOr Fibrillen 31, die sowohl
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miteinander als auch mit relativ großen Bändern 32 verbunden sind,
die ihrerseits wiederum an den Punkten 35 miteinander verbunden -sind. Da alle Fibrillen oder Fasern und Bänder an beiden Enden
netzartig miteinander verbunden sind, weist der Strang nur sehr
wenig lose Enden auf. Während ein in bekannter Weise ohne Verwendung
von Treibmitteln hergestelltes Produkt bei einer Breite von 1,27 cm und einer Länge von 2,54 cm etwa 50 lose Enden aufweist,
liegen in einem nach dem Verfahren der Erfindung unter Verwendung
von Treibmittel und im übrigen unter vergleichbaren Bedingungen
hergestellten Produkt weniger als 10 lose Enden auf einer Fläche
von 1,27 cm Breite und 2,54 cm Länge vor.
Der Fibrillen oder Fasern 31 und Bänder 32 aufweisende Strang
kann in verschiedener Weise weiterverarbeitet werden. So kann
der Strang z.B. zur Herstellung von Schnüren und anderen Seilerwaren,
z.B. Zwirnen, verzwirnt oder verdrillt werden. Der Strang kann aber auch in eine Vielzahl von Bändern zerschnitten \irerden,
die dann zur Herstellung von Seilerwaren miteinander verdrallt
oder verzwirnt werden können· Ferner können die einzelnen Stränge
als Garn, z.B. als Kette oder Schuß, zur Herstellung von Webwaren
oder als Stapelgarn zur Teppichherstellung verwendet werden.
Der in Fig. 3 zu Vergleichszwecken dargestellte Strang, der nach
dem Verfahren des Standes der Technik hergestellt wurde, besteht hauptsächlich aus relativ großen, an den Punkten 37 miteinander
verbundenen Bändern 36, die den relativ großen Bändern 32 im erfindungsgemäß hergestellten Strang entsprechen. Der nach dem be-
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kannten Verfahren hergestellte Strang hat sehr viel weniger Verb
indungspunlcte zwischen den relativ groben Bändern (vgl,. 37
bzw . 35), praktisch keine die groben Bänder verbindenden Fibril·
len oder Fasern 31, und eine Vielzahl von losen Fibrillen- oder
Faserenden 38, die im erfindungsgemäß hergestellten Produkt
praktisch fehlen.
Ik Zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung eignen sich vorzugsweise
kristalline, thermoplastische synthetische Polymerisate,
z.B. Polyolefine, und insbesondere Polypropylen. Vorzugsweise wird ein Polypropylen mit einem Schmelzflußwert von 2,5
bis 70 g/10 Min. (bestimmt nach dem Test der American Society
for Testing Materials D 1238-32 T) verwendet.
Zweckmäßig wird zunächst eine Folie mit einer Stärke von etwa
25 bis 126 μ (1 bis 5 mil) und vorzugsxfeise von 38 bis 63 μ
hergestellt. Die Menge an Treibmittel und die Arbeitsbedingungen ™ werden dabei vorzugsweise so gewählt, daß die in der Folie gebildeten
Bläschen einen Durchmesser haben, der kleiner ist als die Stärke der Folie.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die
Bedingungen so gewählt, daß pro 2,54 cm Strang 32 etwa 40 Verbindungsstellen
durch Fibrillen oder Fasern 31 vorliegen, was
gegenüber bekannten Verfahren, die im allgemeinen zu Produkten
mit nur etwa 2 oder weniger Verbindungsstellen pro 2,54 cm
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Faserstrang 36 führen, einen überraschenden Vorteil bedeutet und z.B. die Tatsache erklärt, daß die nach dem Verfahren der
Erfindung hergestellten Faserprodukte knotenfest sind und
nicht zum Aufspalten oder Auffasern neigen. ,
Zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung können die verschiedensten
bekannten Treibmittel verwendet werden« Vorzugsweise werden chemische Treibmittel, die beim Erhitzen Gase ent- ^
wickeln, verwendet* Die Treibmittel müssen jedoch in der Weise
ausgewählt werden, daß die Zersetzungstemperatur innerhalb des
beim Extrudieren des kristallinen thermoplastischen Polymerisats angewandten Temperaturbereiches liegt. Innerhalb des Extruders
muß die Temperatur so einreguliert werden, daß die Temperatur der vorrückenden Beschickung allmählich die Zersetzungstemperatur des Treibmittels erreicht oder diese überschreitet. Vorzugsweise
wird die Temperatur so einreguliert, daß sich das Treibmittel im oder kurz vor dem Extruderkopf zersetzt oder verdampft
und das freigesetzte Gas in dem geschmolzenen thermoplastischen
Polymerisat verteilt wird, während dieses den Extruderkopf passiert und an der Düse austritt. Wie bereits erwähnt» , ·
werden Treibmittel und Temperatur und Druck im Extruder in vor*
teilhafter Weise so aufeinander abgestimmt, daß die in der extrudierten Folie gebildeten Bläschen einen geringeren Durch*
messer als die Dicke der Folie aufweisen· .
ORIGINAL INSPECTED
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In vorteilhafter Weise können z.B. die für Polyolefine bekannten
Treibmittel verwendet werden. Vorzugsweise wird ein Azodicarbonamid verwendet. Typische geeignete Treibmittel sind
ferner z.B. Azobisisobutyronitril, Benzolsulfonylhydrazid,
Diazoaminobenzol, NjN'-Dimethyl-NjN'-dinitrosoterephthalamid,
Dinitrosopentamethylentretramin, 4,4I-Diphenyldisulfonylazid,
4,4f-Öxybis(benzolsulfonylhydrazid) und Natriumborhydrid, Ausfe
schlaggebend für die Verwendbarkeit eines Treibmittels ist, wie schnell es Gas freisetzt, wie leicht es sich, in dem thermoplastischen
Polymerisat dispergieren läßt und wie die Lagerbeständigkeit
und die Toxizität des Treibmittels sind und wie hoch seine Herstellungskosten sind.
Das Treibmittel wird zweckmäßig mit dem kristallinen thermoplastischen
Polymerisat entweder durch Vermengen oder durch Oberziehen
der Oberfläche des Polymerisats innig vermischt· Werden ein thermoplastisches Polymerisat in Form von Pellets, z.B. PoIyolefinpellets,
und ein festes Treibmittel mit relativ kleiner Teilchengröße verwendet, so können die Pellets in vorteilhafter
Weise mit dem Treibmittel bestäubt werden. Wird jedoch ein
so grobkörniges Treibmittel verwendet, daß die einzelnen Teilchen
in der Mischvorrichtung zu Boden sinken und in dem thermoplastischen Polymerisat nicht homogen verteilt werden können,
so wird zweckmäßig zusätzlich ein Trägermittel verwendet, in dem die Treibmittelteilchen suspendiert oder dispergiert werden
können« Typische geeignete Trägermittel sind z.B· Mineralöl
' ' A ORIQiNAL INSPECTED
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oder Diäthylenglylcol. Auf eine homogene Verteilung des Treibmittels
und des thermoplastischen Polymerisats, z.B. des Polyolefins, muß besonderer Wert gelegt werden, da hiervon eine
gleichmäßige Zellstrukturverteilung in der extrudierten Folie abhängt.
gleichmäßige Zellstrukturverteilung in der extrudierten Folie abhängt.
Der Grad der inneren Aufspaltbarkeit der extrudierten Folienbahn hängt von der !!enge des verwendeten Treibmittels ab. Jehöher
der Prozentgehalt an Treibmittel ist, umso größer ist
in der Regel die Zahl der Verbindungspunkte in der aufgespaltenen Folienbahn. Vorzugsweise werden nicht mehr als etwa
in der Regel die Zahl der Verbindungspunkte in der aufgespaltenen Folienbahn. Vorzugsweise werden nicht mehr als etwa
0,35 Gew.-% Treibmittel verwendet. Vorzugsweise werden ferner
nicht weniger als 0,02 Gew.-% Treibmittel verwendet.
Vermutlich beeinflußt die Menge des Treibmittels die Zahl der Verbindungspunkte im gewebeartigen Faserprodukt in der Weise,
daß in der Folie unter kontrollierten Bedingungen eine mehr
oder minder große Zahl der beschriebenen Zentren gebildet werden: je mehr Zentren entstehen, umso mehr Fasern und Verbin- ύ dungspunkte werden gebildet. Werden die bei der Aufspaltung
oder Zerfaserung angewandten Bedingungen konstant gehalten,
kann auf diese Weise die innere Aufspaltbarkeit der Folie
durch Zugabe von mehr oder weniger Treibmittel zürn Ausgangsmaterial beliebig geregelt werden.
oder minder große Zahl der beschriebenen Zentren gebildet werden: je mehr Zentren entstehen, umso mehr Fasern und Verbin- ύ dungspunkte werden gebildet. Werden die bei der Aufspaltung
oder Zerfaserung angewandten Bedingungen konstant gehalten,
kann auf diese Weise die innere Aufspaltbarkeit der Folie
durch Zugabe von mehr oder weniger Treibmittel zürn Ausgangsmaterial beliebig geregelt werden.
Der Einfluß der Zentren auf die Aufspaltbarkeit der Folie beruht vermutlich darauf, daß um die in der Folie gebildeten Zellen
oder Hohlräume die Orientierung der Folie in Querrichtung
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verstärkt wird oder zumindest ein Widerstand gegenüber Orientierung in Längsrichtung besteht. Bei der Aufspaltung werden
daher nicht nur Bänder und Fasern oder Fibrillen parallel zur
Längsachse des Stranges gebildet, sondern auch einige Bänder
und Fasern„ die sich praktisch senkrecht zur Längsachse erstrecken (vgl. Fig. 4). Die Zentren wirken also in der Weise,
daß die Festigkeit der Folie in Längsrichtung geringer und andererseits in Querrichtung größer ist als in Abwesenheit solcher
Zentren.
Die durch Extrudieren erhaltene Folienbahn wird zur Erhöhung
ihrer Festigkeit in bekannter Weise durch Heißverstrecken praktisch nur unilateral in Längsrichtung orientiert. In besonders
vorteilhafter Weise wird die Folienbahn bei 149 bis 1910C im
Verhältnis von 3:1'bis 15:1 verstreckt.
Die Zerfaserung oder Aufspaltung der Folienbahn kann mit Hilfe
üblicher bekannter Spalt- oder Zerfaserungsvorrichtungen durchgeführt werden, ζ·Β. mit Hilfe von Luftdüsen (air jet beaters),
wie sie z.B. in den USA-Patentschriften 2 884 756 und 2 924 beschrieben werden, rotierenden Bürsten oder anderen mechanischen Vorrichtungen. In besonders vorteilhafter Weise werden
eine oder mehrere Luftdüsen verwendet. Der Druck der aus den Düsen tretenden Luft oder des aus den Düsen tretenden Dampfes
wird auf die Stärke der zu behandelnden Folie und auf den gewünschten Grad der Aufspaltung oder Zerfaserung abgestimmt. So
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2 eignet sich z.B. ein Druck von O,3S bis 6,33 kg/cm besonders
vorteilhaft zur Zerfaserung einer Folienbahn mit einer Stärke
von 25,4 bis 126 μ.
Gegebenenfalls kann das erhaltene Produkt noch weiter zerfasert
werden, was z.B. während des Verdrallens oder Verzwirnens geschehen kann.
Das folgende Beispiel soll die Erfindung näher erläutern. Alle
Prozentangaben beziehen sich auf Gewichtsprozent, falls nichts anderes angegeben ist*
Die Oberflächen handelsüblicher Polypropylenpellets mit einer
Intrinsic-Viskosität von 1,40 wurden mit 0,35 % eines handelsüblichen Azodicarbonamides (wie es z.B. von der Firma National
Poly chemicals Inc., USA, unter der Bezeichnung "Kempore 150" ^
in den Handel gebracht wird), das mit 0,5 % Mineralöl als
Trägermittel versetzt worden war, überzogen. Die mit dem Treibmittel überzogenen Polypropylenpellets wurden bei einer Extruderschmeljztemperatur
von 2O5°C zu einer zellartigen Folienbahn
einer Stärke von 305 bis 356 μ (12 - 14 mils) extrudiert« Anschließend wurde die Folienbahn durch einen auf etwa 1630C erhitaten
H^ißluftofen mit einer Zugspannung von etwa SO m/Min.
(167,S £pm) geführt uad in einem Verhältnis von 10it verstreckt.
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Daraufhin wurde die Folienbahn in einer Luftdüse, die mit einem
pulsierenden Luftdruck von 2,81 kg/cm^ betrieben wurde, fibrilliert.
Der erhaltene Strang wurde dann in üblicher bekannter Weise zu einer Schnur verdrallt. Das erhaltene Verfahrensprodukt besaß
einen Denier-Wert von 4t 815 und etwa 0,315 Drehungen /cm
(0,8 TPI). Die Festigkeit der Schnur betrug 2,8 g pro Denier
bei einer Dehnung von 8f9 %.
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Claims (6)
- PatentansprücheVerfahren zur Herstellung von faserartigen Strängen aus synthetischen, kristallinen, thermoplastischen Polymerisaten, bei dem ein thermoplastisches Polymerisat zu einer Folie extrudiert und die Folie orientiert, zerfasert und gegebenenfalls gezwirnt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man dem thermoplastischen Polymerisat vor dem Extrudieren ein Treibmittel zusetzt.
- 2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Treibmittel auf die Oberflächen von Polymerisat-Pellets aufbringt.
- 3) Verfahren nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, daß man das Treibmittel mit Hilfe eines Trägermittels auf die■Pellets aufbringt.
- 4) Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als thermoplastisches Polymerisat Polypropylen verwendet.
- 5) Verfahren nach Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß man das Treibmittel dem geschmolzenen Polymerisat zusetzt.009852/2012
- 6) Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man das Treibmittel in einer Menge von bis zu etwa 0,35 Gew.-S verwendet.00 9852/2012
Applications Claiming Priority (1)
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- 1968-03-14 GB GB1225824D patent/GB1225824A/en not_active Expired
- 1968-03-19 DE DE19681694058 patent/DE1694058A1/de active Pending
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