DE2063933C3 - Verfahren zur Herstellung von Polyolefinfasern - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von PolyolefinfasernInfo
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Description
Es ist bekannt, Fäden aus thermoplastischem Poly- 2>
merem durch Schmelzspinnen herzustellen, also durch Extrudieren eines geschmolzenen Polymerisats durch
eine Spinndüse. Es ist ebenfalls bekannt, derartige Fäden oder Fasern durch Fibrillieren einer Folie herzustellen.
Nach diesem Verfahren wird das geschmol- jo zene Polymerisat durch einen geraden oder ringförmigen
Schlitz zu einer Folie extrudiert, die anschließend zur molekularen Orientierung verstreckt und dann fibrilliert
wird.
Bei diesen bekannten Verfahren zur Herstellung π
von Chemiefasern ist es üblich, zum polymeren Ausgangsmaterial kleine Mengen feiner und gewöhnlich
nicht-polymerer Feststoffe zuzufügen, um eine oder mehrere Verfahrensstufen zu erleichtern und/oder
bestimmte Eigenschaften der Fäden oder Fasern zu -to
verbessern. Derartige Substanzen können Antioxidationsmittel, Stabilisatoren, Füllstoffe, Pigmente,
Farbstoffe, Weichmacher oder Mittel zur Verbesserung des Fließverhaltens sein. In der Praxis beträgt
die Gesamtmenge solcher Zusätze im allgemeinen -r> etwa 2 Gew.-%, obwohl auch schon bis 5 Gew.-% in
der Literatur erwähnt sind. In vielen Fällen ist die Verwendung viel größerer Mengen von Substanzen
der obengenannten Kategorie zu beanstanden. Beim Schmelzspinnen kann es dann z. B. zu einer Blockie-
>« rung der Spinndüse kommen.
Es ist zwar bekannt, Chemiefasern aus Polyamiden, Polyester oder Polyacrylnitrilen größere Mengen
Füllstoffe einzuverleiben. Die Herstellung von sehr feinen Chemiefasern, d. h. solchen mit einem Titer -,-,
unter 5,6 tex, bereitet jedoch mit zunehmendem Füllstoffgehalt immer größere Schwierigkeiten. Ein Extrudieren
zur Herstellung von Polyolefinfasern mit 20 bis 60 Gew.-% Füllstoffen ist undurchführbar, denn
es kommt zur Verstopfung der Düsen. Andererseits <,o
würde ein derartig hoher Gehalt an Füllstoffen zu einem ungleichmäßigen Fadenmaterial führen.
Es wurden auch bereits Fäden mit hohen Denierzahlen, die eine erheblich größere Menge fester anorganischer
Stoffe enthielten, beschrieben. Solche Fä- b5 den mit etwa 7000 den und darüber werden dadurch
hergestellt, daß fül Istoff hai tige Folien in Bänder geschnitten,
die Bänder verdreht und dann verstreckt werden. Jedoch wurden Fäden oder Fasern mit niedrigerem
Titer (Denierzahlen) und erheblichen Mengen an Füllstoff noch nicht beschrieben. Es war nämlich
anzunehmen, daß solche Fäden oder Fasern für viele Anwendungszwecke ungeeignet sind, weil die große
Füllstoffmenge die Zugfestigkeit und andere Fadeneigenschaften ungünstig beeinflussen würde.
Überraschenderweise wurde nun festgestellt, daß Fäden aus Homo- oder Copolymerisaten niederer
Olefine mit niedrigen Denierzahlen und großen Mengen an feinen nicht-polymeren Füllstoffen eine Zugfestigkeit
besitzen, die in vielen Fällen nicht geringer und häufig höher ist als die vergleichbarer Fäden ohne
Füllstoff. Außerdem haben die gefüllten Fäden gegenüber ungefüllten Fäden andere wichtige Vorzüge.
Aufgabe der Erfindung ist nun die Herstellung eines
Fadenmaterials aus einem Homo- oder Copolymerisat niederer Olefine mit einem Titer von maximal
5,6 tex (50 den) und hohem Füllstoffgehalt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
man eine verstreckte Polyolefinfolie, die 20 bis 50 Gew.-% feinen nicht-polymeren Füllstoff enthält,
mechanisch zu Fibrillen aufspaltet. Der Füllstoff kann die Anfärbbarkeit des Fadenmaterials oder dessen
Flammfestigkeit verbessern. Zweckmäßigerweise wird ein Füllstoff mit einer Dichte
> 1 in einer solchen Menge angewandt, daß die Dichte des Fadenmaterials 0,95 bis 1,05 beträgt.
Trotzdem das Fibrillieren von Kunststoffolien zur Herstellung von Fasermaterialien einerseits und das
Extrudieren von Fäden aus Polyolefinen andererseits bekannt war, ist es doch sehr überraschend, daß es
durch die erfindungsgemäße Methode gelingt, ein Fadenmaterial
herzustellen, welches einen extrem hohen Füllungsgrad aufweist und dabei trotzdem gleichmäßig
hinsichtlich des Aussehens und der Festigkeitseigenschaften ist und darüber hinaus sich noch durch
verschiedene andere Eigenschaften, wie Griff, Mattigkeit und Zugfestigkeit auszeichnet. Es hat nämlich
ohne Zweifel in der Fachwelt ein Vorurteil bestanden, Polyolefinmassen mit so hohem Füllgrad nach der Fibrillierungsmethode
auf Fasermaterial zu verarbeiten, weil man befürchten mußte, daß es beim Recken der
Folie zu Schwierigkeiten kommt, insbesondere sich unerwünschte Risse bilden, schließlich der hohe Füllstoffanteil
das Aufspalten der Folien erschweren könnte. Überraschenderweise gelingt es jedoch nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren, qualitativ hochwertiges Fasermaterial in einfacher und wirtschaftlicher
Weise herzustellen.
Als Grundstoff für die erfindungsgemäß herzustellenden Fäden oder Fasern ist jedes thermoplastische
Polymere niederer Olefine geeignet, wie Homo- und Copolymerisate von Äthylen und Propylen, wobei
insbesondere Polypropylen und Niederdruck-Polyäthylen bevorzugt sind.
Der Ausdruck »nicht-polymer« für die Füllstoffe schließt Polymerisate organischer Verbindungen aus,
nicht jedoch anorganische Verbindungen, die aus vielen Moleküleinheiten der gleichen Art zusammengesetzt
sind.
Wie bereits erwähnt, haben die erfindungsgemäß hergestellten Fäden oder Fasern neben einer überraschend
hohen Zugfestigkeit noch weitere wichtige Vorteile. Hierzu gehört ein weicherer Griff und ein
weniger künstliches und daher attraktiveres Aussehen, weil sie erheblich weniger glänzen. Außerdem
ist die Anfärbbarkeit besser. Schließlich sind sie wegen
des hohen Anteils an billigen Füllstoffen und geringeren
Anteils an teurem Kunststoff insgesamt preiswerter. Die Vorteile der erfindungsgemäß hergestellten
Fäden oder Fasern zeigen sich natürlich am deutlichsten im Bereich niedriger Denierzahlen, vorzugsweise
<20 den, insbesondere zwischen 8 und IS den (<2,2 tex, insb. 0,9 bis 1,7 tex).
Die Art des Füllstoffs kann weit variieren. Geeignete
Füllstoffe sind z. B. Metallsalze von organischen Säuren wie Calciumstearat, Oxide von z. B. Zink, Barium,
Titan und Silicium und anorganische Salze wie Magnesiumcarbonat, Bariumsulfat und Calciumsulfat
Pulverisierte Silicate, wie Asbestpulver und insbesondere Talkumpulver, sind ebenfalls geeignet. Ein
besonders bevorzugter Füllstoff ist Calciumcarbonat in Form von Kreide. Der Füllstoff kann aus z. B. mit
einer Fettsäure oder einem Salz oder Ester einer Fettsäure vorbeschichteten Teilchen bestehen, um sie mit
dem thermoplastischen Material verträglicher zu machen.
Füllstoffe, die die Anfärbbarkeit verbessern, sind Verbindungen mehrwertiger Metalle, wie solche von
Nickel, Chrom, Kobalt und Titan, z. B. deren Oxide, Hydroxide und organische oder anorganische Salze.
Bevorzugt werden im Hinblick auf die Einstandskosten der Fäden anorganische Salze von Aluminium
(z. B. Aluminiumsulfat) und inbesondere organische Salze, wie solche von hohen Fettsäuren (insbesondere
Aluminiumstearat).
Füllstoffe, die die Entflammbarkeit vermindern, sind z. B. Phosphorverbindungen, wie sekundäre oder
tertiäre Phosphate von Magnesium oder Calcium, und silicatische Stoffe, wie Asbestpulver.
Für verschiedene Anwendungsgebiete soll die Dichte der Chemiefasern hoch sein, insbesondere
wenn sie zusammen mit Zellulosematerial zur Papierherstellung dienen sollen. Die meisten Chemiefasern
haben den Nachteil, daß sie in einem wäßrigen Medium aufschwimmen. Durch eine entsprechende
Menge Füllstoff, dessen Dichte > 1 liegt, ist. es beim erfindungsgemäßen >Verfahren möglich, in wäßrigen
Medien gut dispergierbares Fasermaterial herzustellen. Vorzugsweise haben Fasern für die Papierherstellung
eine Dichte von 0,95 bis 1,05, insbesondere von 0,98 bis 1,02.
Zur mechanischen Fibrillierung können alle bekannten
Verfahren zum Aufspalten von Folien dienen, wie Kratzen, Drehen, Bürsten, Schneiden, Reiben,
das Einwirkenlassen eines Gasstrahls oder eines schnellen Stroms fester Teilchen sowie unter bestimmten
Bedingungen das bloße Aufwickeln unter Spannung. Ein erfindungsgemäß besonders bevorzugtes
Verfahren besteht darin, eine verstreckte Folie unter Spannung über einen rotierenden Zylinder zu
führen, dessen Oberfläche mit Stiften versehen ist, wobei die Stifte sich im Berührungsbereich in gleicher
Richtung aber schneller als die Folie bewegen. Besonders bevorzugt ist die Anwendung eines Zylinders mit
Stiften, die im wesentlicher, in parallelen Reihen zur Zylinderachse angeordnet sind. Damit erhält man ein
reguläres oder irreguläres Netzwerk von feinen Fasern. Die große Füllstoffmenge hat den zusätzlichen
Vorteil, daß die Durchschnittslänge der Fasern größer ist als die von in gleicher Weise hergestellten ungefüllten
Fasern. Dies ist besonders günstig bei der Verarbeitung des Fibrillats, z. B. zur Herstellung von Garnen
durch Zwirnen von Stapelfasern.
Das Verfahren gemäß der Erfindung kann in vielen anderen Weisen durchgeführt werden. Zum Beispiel
ist es bei einer verstreckten profilierten, f üllstoffhaltigen
Folie mit parallelen Graten oder Rippen auf einer Fläche oder auf beiden Flächen in einem bestimmten
Ausmaß die Fibrillierung vorbestimmt. Solche Folien können durch Extrudieren des füllstoffhaltigen Polymerisats
durch einen Schlitz mit Vorsprüngen hergestellt werden. Bei einer anderen bevorzugten Austührungsform
des Verfahrens wird die zu fibrillierende
ίο Folie dadurch erhalten, daß die füllstoffhaltige Folie
unterhalb des Kristallschmelzpunktes des Polymerisats geprägt und dann verstreckt wird. Gegebenenfalls
kann die Fibrillierung unter Verstreckungsbedingungen vorgenommen werden, jedoch reicht in vielen
Fällen das Aufwickeln unter Spannung aus, um eine zufriedenstellende Fibrillierung zu erreichen. Das
Prägen erfolgt im allgemeinen dadurch, daß die Folie unter Druck durch den Spalt zweier gegenläufiger
Walzen oder Bändern mit starren Flächen geführt wird, von denen wenigstens eine (eines) profiliert
ist.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert:
Es wurde ein inniges Gemisch aus 100 Gew.-Teilen Polypropylen mit einem Schmelzindex von 1,6 g/
10 min und 40 Gew.-Teilen Calciumcarbonat zu einem Folienschlauch extrudiert: Massentemperatur
jo 230° C; Foliendicke 70 μΐη und somit des flachgelegten
Schlauchs 140 um. Dieser wurde monoaxial in einem Heißluftofen bei 145° C bei einem Verstrekkungsverhältnis
von 1:8 mit einer Einlaufgeschwindigkeit von 5 m/min verstreckt und dann mechanisch
j 5 durch eine mit Stiften versehene Walze fibrilliert. Das
erhaltene Fibrillat hatte folgende Fasereigenschaften, verglichen mit in gleicher Weise hergestellten reinen
Polypropylenfasern:
(1) 3 bis 14 den mit einem Mittel von 10 den. Die .to Verteilung der Mittelwerte war unter den gleichen
Bedingungen viel enger als bei reinem Polypropylen, wo 15 bis 20 festgestellt werden,
(2) sehr weicher Griff;
(3) weniger verzweigt, daher ähnlicher einem Multifilfaden;
(4) mattes Aussehen;
(5) Zugfestigkeit ungezwirnt 0,4 g/den, gezwirnt (25/m) 2,5 g/den.
J0 Beispiel 2
Es wurde gemäß Beispiel 1 gearbeitet, jedoch als Füllstoff 40 Gew.-% Kaolinit verwendet. Die erhaltenen
Ergebnisse entsprachen denen des Beispiels 1.
Es wurde gemäß Beispiel 1 gearbeitet, jedoch als Füllstoff 20 Gew.-% Calciumcarbonat verwendet.
Das erhaltene Fibrillat hatte einen weniger weichen Griff als das gemäß Beispiel 1.
Es wurde gemäß Beispiel 1 gearbeitet, jedoch ein Polypropylen-Copolymerisat mit 6% Äthylen verwendet.
Die Folie hatte ein papierartiges Aussehen und einen entsprechenden Griff bei erhöhter Steifheit
und war bedruckbar. Die erhaltenen Fasern hatten einen weicheren Griff als in Beispiel 1.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren her-
gestellten Fasern sind für verschiedene Verwendungen besonders geeignet.
So können die Fasern aus den Beispielen 1 bis 4 auf eine Länge von 3 nun geschnitten .werden und die
Stapelfasern dem Faserbrei von Cellulos-sfasern zur Verbesserung der Naßfestigkeit von Papier zugesetzt
werden. Das matte faserartige Aussehen und die hohe Dichte machen die erfindungsgemäo hergestellten
Fasertypen hierfür besonders geeignet, da im Mischer die Polypropylenfasern nicht aufschwimmen, wie dies
bei Fasern aus reinem Polypropylen der Fall ist.
Werden Faservliese und Gewebe aus Fasern nach den Beispielen 1 bis 4 hergestellt, so haben diese Produkte einen besseren textilartigen Griff als solche aus
Fasern aus reinem Polypropylen oder Polypropylen-Copolymerisat.
Claims (3)
1. Verfahren zur Herstellung von Homo- oder Copolymerisat-Fasern oder -Fäden aus niederen
Olefinen mit einer Dsnierzahl von 50 oder niedriger,
dadurch gekennzeichnet, daß man eine verstreckte Polyolefinfolie, die 20 bis 50 Gew.-%
fein zerteilten nicht-polymeren festen Füllstoff enthält, mechanisch zu Fibrillen aufspaltet. ">
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Füllstoff verwendet,
der die Anfärbbarkeit oder die Flammfestigkeit des Polymerisats verbessert.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ü gekennzeichnet, daß man einen Füllstoff mit einer
Dichte > 1 in einer solchen Menge verwendet, daß die Dichte der Fasern oder Fäden 0,95 bis 1,05
beträgt.
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