-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich sowohl auf ein Verfahren zur
Herstellung eines funktionalisierten Polyolefins durch freies radikalisches
Pfropfen eines Polyolefins mit einem Monomer als auch auf eine Zweikomponentenfaser
und einen Vliesstoff, die das funktionalisierte Polyolefin umfassen.
-
Das
Pfropfen eines Monomers auf ein Polyolefin stellt ein nach Stand
der Technik bekanntes Verfahren dar und wird gewöhnlich eingesetzt, um Polyolefine
mit nützlichen
adhäsiven
Eigenschaften herzustellen.
-
Gepfropfte
Polyolefine und Blends, welche diese enthalten, sind allgemein von
Nutzen bei der Extrusionsbeschichtung von Metallen, Polymerfolien,
Papier, Holz und Glas. Außerdem
eignen sie sich als adhäsive Schicht
in mehrlagigen Strukturen, z. B. bei der Fertigung von Zweikomponentenfasern
und bei anderen Anwendungsmöglichkeiten,
wo das Verhalten, die Verarbeitungsfähigkeit, die Zähigkeit
und/oder die Haftfähigkeit von
Thermoplasten erwünscht
sind.
-
Fasern,
welche gesteigerte adhäsive
und kohäsive
Eigenschaften aufweisen, werden aus einem Blend, der aus gepfropften
Polymeren und einem oder mehreren anderen Polymeren besteht, hergestellt
und als Bindefasern benutzt. Darüber
hinaus besteht die Möglichkeit,
die Blends als Mantel auf einen Kern von Leistungsfasern zu extrudieren,
um die adhäsiven
Eigenschaften der Leistungsfasern zu verbessern. Bei einer solchen
Zweikomponentenfaser lassen sich die gepfropften Polyolefine dazu
verwenden, eine Adhäsion
zwischen dem Kern und dem Mantel der Faser und/oder zwischen der
Zweikomponentenfaser und anderen Natur- oder Synthetikfasern herzustellen.
Zur Anwendung kommen Zweikomponentenfasern vor allem in Vliesstoffen,
die aus Leistungsfasern gefertigt werden, die andernfalls dazu neigen
würden,
sich im Stoff leicht voneinander zu trennen.
-
Herkömmlicherweise
wird die Pfropfung eines Polyolefins in einer Polyolefinschmelze
mithilfe einer radikalischen Pfropfreaktion in Anwesenheit eines
freien radikalischen Initiators durchgeführt.
-
US-A-4,599,385 offenbart
ein Verfahren zum Pfropfen von Copolymeren, bei dem Maleinsäure oder Maleinsäureanhydrid
auf ein Poly(propylenbuten)-Rückgrat
gepfropft wird.
-
US-A-4,762,890 beschreibt
ein Verfahren zum Pfropfen von Maleinsäureanhydrid auf Polyethylen
in Anwesenheit eines Peroxids, das als freier radikalischer Initiator
dient.
-
Polyethylen
wird unter Wärme
und Scherung einem Vorgang zur Querverbindung unterzogen, die bei Anwesenheit
von Peroxid verstärkt
beobachtet wird. Produkte, die durch herkömmliche Pfropfverfahren gewonnen
werden, enthalten eine erhebliche Menge querverbundenes Polymermaterial
und freies Monomer. Ein gepfropftes Polyolefin, welches querverbundenes
Polymermaterial oder freies Monomer aufweist, wie mittels herkömmlicher
Verfahren erhalten, ist in vielen Anwendungen nicht erwünscht.
-
Bei
Faserspinnverfahren führt
querverbundenes Polymermaterial zu Brüchen in der Faser. Um das querverbundene
Polymermaterial aus der Spinnstraße zu entfernen, wird ein Filter
eingesetzt, das häufig
ausgewechselt werden muss. So werden Produktivität und Spinngeschwindigkeit
des Faserspinnprozesses erheblich gesenkt. Gleichzeitig verursacht
eine Menge von über
0,1 Gewichtsprozent an freiem Monomer im Polymer sowohl Faserbrüche als
auch die Bildung von Rauch und Qualm und ferner erhebliche Wartungsarbeiten.
-
US-A-6,331,595 beschreibt
ein vorgeschlagenes Verfahren zur Reduzierung der querverbundenen Fraktion
in einem Produkt, das durch Pfropfen eines Monomers auf ein Polyolefin
in Anwesenheit von Peroxid gewonnen wird. Nach diesem Verfahren
wird das Peroxid beschichtet auf ein Trägerpolymer aufgetragen.
-
Der
Gegenstand von
US-A-4,612,155 besteht
darin, beim Pfropfen von Monomeren auf Polyolefine ein einheitliches
Produkt zu erzielen. Es offenbart ein kontinuierliches Verfahren
für das
Pfropfen von Monomeren auf Ethylen-Homopolymere oder auf Copolymere
aus Ethylen und höheren
C
4-C
10 Alphaolefinen
in Anwesenheit eines zweiten Polymers. Dieses zweite Polymer wird
aus einer breiten Palette von Polymeren gewählt.
-
Die
Pfropfgrade der durch die bekannten Verfahren erhaltenen Produkte
erweisen sich bei vielen Anwendungen als nicht zufriedenstellend.
Beispielsweise ist bei Faseranwendungen sowohl die Bindung zwischen
Faserkern und Fasermantel als auch zwischen einzelnen Fasern nicht
ausreichend, was bei der Herstellung von Vliesstoffen von besonderem
Nachteil ist.
-
Ein
Zweikomponentenfasern umfassendes Vliesmaterial ist in
US-A-5,981,410 offenbart.
Die Leistungen herkömmlicher
Vliesstoffe sind oft unbefriedigend, weil ein großer Abschnitt
der Fasern nicht mit irgendeiner anderen Faser gebondet oder in
anderer Weise, mittels der durch das Bonding anderer Fasern geformten Struktur,
an seinem Platz gehalten wird. Dieses Vliesmaterial weist unter
Umständen
eine schlechte Widerstandsfähigkeit
gegen Abrieb und eine geringe Zugfestigkeit auf.
-
In
Anbetracht der Mängel
beim Stand der Technik bleibt es vorteilhaft, ein Verfahren zur
Herstellung funktionalisierter Polyolefine durch Pfropfen zu bieten,
aus dem ein Produkt mit einer geringen Menge querverbundenem Polymermaterial
und freiem Monomer hervorgeht.
-
Weiterhin
bleibt es wünschenswert,
ein Verfahren zur Herstellung funktionalisierter Polyolefine durch Pfropfen
zur Verfügung
zu stellen, das in einem Produkt mit hohen Pfropfgraden resultiert.
-
Darüber hinaus
bleibt es wünschenswert,
eine Zweikomponentenfaser zu bieten, welche verbesserte Adhäsionseigenschaften
sowohl zwischen Fasermantel und Faserkern als auch zwischen den
Fasern aufweist, und ein Vliesmaterial mit hoher Zugfestigkeit zur
Verfügung
zu stellen.
-
Geboten
wird gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines funktionalisierten Polyolefins
durch freies radikalisches Pfropfen eines Polyolefins mit einem
Monomer in Anwesenheit von 0,5 bis 25 Gew.-%, basierend auf dem
Gesamtgewicht von Polyolefin und Monomer, eines Propylenpolymers und/oder
-copolymers, in welchem Polypropylenpolymer oder -copolymer ein
freier radikalischer Initiator verteilt ist.
-
Aufgrund
dessen, dass der freie radikalische Initiator in dem Propylenpolymer
und/oder -copolymer verteilt ist, lässt sich die Pfropfreaktion
weitaus besser kontrollieren. Es wurde herausgefunden, dass die
Fraktion des freien Monomers und die querverbundene Fraktion des
funktionalisierten Polyolefins, das gemäß der vorliegenden Erfindung
erhalten wird, gesenkt werden, und zwar häufig in erheblichem Maß und in
einigen Ausführungsformen
sogar bis hin zu einer mittels Soxhlet-Extraktion nicht mehr erfassbaren
Menge.
-
Überdies
wurde überraschenderweise
die Feststellung gemacht, dass der Pfropfgrad der funktionalisierten
Polyolefine, welche gemäß der vorliegenden
Erfindung gewonnen werden, im Vergleich zu jenem der funktionalisierten
Polyolefine erhöht
werden kann, die durch herkömmlichere
Methoden erhalten werden.
-
Bedingt
durch die verringerte Größe der querverbundenen
Fraktion und der Fraktion des freien Monomers im Polymerprodukt
der Erfindung werden Faserbrüche
während
des Spinnverfahrens reduziert, und es wird eine ausgezeichnete Streckbarkeit
der Faser erreicht.
-
Deshalb
werden auch die Probleme bezüglich
der Filterverstopfung in der Spinnstraße und des Aufbaus von Düsendruck
gemindert. Dies ermöglicht
einen längeren
stabilen Lauf bis zur Auswechslung des Siebs, und der mühselige
Vorgang der Siebauswechslung und -säuberung wird verkürzt.
-
Infolge
des verbesserten Spinnverfahrens und des gesenkten Wartungsaufwands
für die
Spinnvorrichtung erhöht
sich die Produktivität
des Spinnverfahrens beträchtlich.
-
Wenn
das gepfropfte Polymer als Mantelmaterial in einer Zwei- oder Multikomponentenfaser
benutzt wird, resultieren aus dem höheren Pfropfgrad eine exzellente
Bonding-Leistung zwischen Faserkern und -mantel und ferner eine
Verringerung der Kern/Mantel-Delaminierung.
Zusätzlich
lässt sich
die Bonding-Leistung zwischen den einzelnen Fasern außerordentlich
verbessern.
-
Als
Ergebnis davon wird bei Einsatz in der Herstellung von Vliesmaterialien
die Stauberzeugung gesenkt. Zudem wird der aus dem Herstellungsprozess
von Vliesstoffen entstandene Abfall reduziert und die Wartung der
Herstellungsvorrichtung vereinfacht. Dies besitzt die Wirkung, dass
die Effizienz des Herstellungsprozesses gesteigert wird. Ferner
werden die Zugfestigkeit der erhaltenen Vliesstoffe und deren Widerstandsfähigkeit
gegen Abrieb gestärkt,
woraus sich eine höhere
Produktqualität
ergibt.
-
Die 1 und 2 veranschaulichen
die Ergebnisse, die sich mittels der vorliegenden Erfindung erzielen
lassen, wobei:
-
1 Mikroskopbilder
zeigt, welche die Wirkungen des Bondings darstellen, und
-
2 die
Wirkung von gepfropftem Polymer auf die Bonding-Stärke erläutert.
-
Beispiele
für Polyolefinmaterialien
zur Pfropfung, die sich bei praktischer Anwendung der vorliegenden Erfindung
einsetzen lassen, schließen
Ethylenhomopolymere und Ethylencopolymere mit einem oder mehreren
C4-C10 Alphaolefinen
ein.
-
Beim
Monomer, das auf das Polyolefin zu pfropfen ist, handelt es sich
vorzugsweise um eine ethylenisch ungesättigte Verbindung, die eine
Carbonylgruppe umfasst, die mit einer Doppelbindung der ethylenisch ungesättigten
Verbindung konjugiert ist. Vertreter derartiger Verbindungen sind
Carbonsäuren,
Anhydride, Ester und deren Salze, seien sie metallisch oder nichtmetallisch.
Vorzugsweise kennzeichnet sich das olefinisch ungesättigte organische
Monomer durch mindestens eine ethylenische Ungesättigtheit, die mit einer Carbonylgruppe
konjugiert ist. Bevorzugte Monomere sind Maleinsäure, Fumarsäure, Acrylsäure, Methacrylsäure, Itaconsäure, Crotonsäure, Alphamethyl-Crotonsäure und
Zimtsäure
sowie deren Anhydride, Ester- und Salzderivate und ferner N-Vinylpyrrolidon.
Ganz besonders bevorzugt wird das Monomer aus jener Gruppe gewählt, die
sich aus Maleinsäure,
Maleinsäureanhydrid,
Acrylsäure
und Glycidylmethacrylat zusammensetzt. Allerdings können auch
andere Monomere, etwa Vinylsiloxane, verfahrensgemäß verwendet
werden.
-
Beim
freien radikalischen Initiator, der bei praktischer Anwendung der
vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, handelt es sich vorzugsweise
um ein Peroxid. Zu den Beispielen für geeignete Peroxide zählen aromatische
Diacylperoxide, aliphatische Diacylperoxide, Peroxide zweibasischer
Säuren,
Ketonperoxide, Alkylperoxyester, Alkylhydroperoxide, Alkyl- und Dialkylperoxide,
wie z. B. Diacetylperoxid, 2,5-Bis(t-butylperoxy)-2,5-dimethylhexan
oder 2,5-Dimethyl-2,5-di(t-butylperoxy)hexyn-3.
-
Vorzugsweise
ist das bei praktischer Anwendung der vorliegenden Erfindung benutzte
Propylenpolymer ein Propylenhomopolymer oder ein Copolymer aus Propylen
und einem C4-C10 Alphaolefin.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst das Pfropfverfahren die folgenden Schritte:
Schmelzen
eines Polyolefins, bevorzugt in einer Extrusionsvorrichtung und
besonders bevorzugt in einem Doppelschneckenextruder mit gleichläufiger Rotation,
durch Erhitzen und Scheren (das Polyolefin kann in Pelletform in
den Extruderzylinder gegeben werden);
Hinzugeben, zu der Polymerschmelze,
eines Propylenpolymers und/oder -copolymers mit einem freien radikalischen
Initiator, der in demselben verteilt ist, und eines zu pfropfenden
Monomers, vorzugsweise in eine mit Polyolefin gefüllte, unter
Druck stehende Sektion des Extruders;
Bewahren dieses Gemischs
unter Bedingungen, die zum Pfropfen des Polyolefins ausreichen.
-
Zwar
hängen
die Reaktionsbedingungen von verschiedenen Faktoren ab, einschließlich des
spezifischen Polyolefins, das gepfropft wird, des Monomers, das
auf das Polyolefin gepfropft wird, des Polypropylens und des freien
radikalischen Initiators, aber vorzugsweise wird die Pfropfreaktion
bei einer Temperatur von 190°C
bis 210°C
in Zeiträumen
von 30 bis 110 Sekunden vorgenommen.
-
Im
Anschluss an die Reaktion kann das Reaktionsprodukt devolatilisiert
werden, vorzugsweise in einer oder mehreren Dekompressionssektionen
des Extruders.
-
Bei
der praktischen Anwendung der vorliegenden Erfindung ist der freie
radikalische Initiator vorzugsweise homogen im Propylenpolymer und/oder
-copolymer verteilt. Bedingt durch die homogene Verteilung werden
das Propylenpolymer und/oder -copolymer und der freie radikalische
Initiator gleichzeitig mit dem zu pfropfenden Polyolefin in Kontakt
gebracht. Obwohl das Peroxid theoretisch nicht gebondet wird, ist
davon auszugehen, dass seine homogene Verteilung zu einer gleichmäßigeren
Reaktion mit einer reduzierten querverbundenen Fraktion führt. Zusätzlich kann
durch das Festlegen spezifischer Verteilungsmuster für den freien radikalischen
Initiator im Propylenpolymer und/oder -copolymer ein Produkt mit
anderen Eigenschaften gewonnen werden. In der Tat lässt sich
die Verteilung des freien radikalischen Initiators so herstellen,
dass sie bei der Gewinnung eines gepfropften Polymers mit den gewünschten
Eigenschaften hilfreich ist.
-
Die
in der Pfropfreaktion verwendete Menge des Propylenpolymers und
des freien radikalischen Initiators hängt von einer Vielzahl von
Faktoren ab, einschließlich
des spezifischen Polyolefins, das gepfropft wird, der Pfropfbedingungen
und der gewünschten
Pfropfmenge. Im Allgemeinen liegt die Menge des benutzten Polypropylenpolymers
in einem Bereich von 0,5 bis 25, vorzugsweise von 1 bis 10 Gewichtsprozent,
wobei die in Gewichtsprozent angegebene Menge auf dem Gesamtgewicht
von Polyolefin und Monomer beruht. Die Menge des freien radikalischen
Initiators beläuft
sich gemeinhin auf 100 bis 20000, vorzugsweise auf 500 bis 10000 Teile
pro Million basierend auf dem Gesamtgewicht von Polyolefin und Monomer.
-
Die
Erfindung wird bevorzugt eingesetzt, um ein funktionalisiertes Polyolefin
zu gewinnen, das einen Pfropfgrad von 0,1 bis 4, vorzugsweise von
0,2 bis 3 Prozent aufweist. Der Schmelzindex des funktionalisierten Polyolefins
liegt bevorzugt in einem Bereich von 0,1 bis 500 g/10 min und besonders
bevorzugt von 0,2 bis 400 g/10 min.
-
Das
erhaltene funktionalisierte Polyolefin kann in mehrlagigen Strukturen,
etwa in Kabeln, Rohren, Folien oder Filmen, als Adhäsivum gebraucht
werden. Der Begriff „adhäsiv" deckt jede beliebige
Funktion des Produkts der vorliegenden Erfindung, z. B. die eines
Haftvermittlers, in Verbindung mit Adhäsion ab.
-
Die
gewonnenen funktionalisierten Polyolefine sind in Fasern von Nutzen.
Faserspinnverfahren sind nach Stand der Technik wohlbekannt und
beinhalten die Extrusion der Fasern oder Filamente, deren Abkühlen und
Verstrecken. Das Faserspinnen kann mittels eines herkömmlichen
Schmelzspinnverfahrens (auch bekannt als Langspinnverfahren) erfolgen,
bei dem Spinnen und Dehnen in zwei separaten Schritten durchgeführt werden.
Alternativ dazu kann ein „Kurzspinnverfahren", bei dem es sich
um einen Vorgang in einem Schritt handelt, angewandt werden.
-
Die
funktionalisierten Polyolefine, die gemäß der vorliegenden Erfindung
erhalten werden, erweisen sich als besonders nützlich für Zweikomponentenfasern. Zweikomponentenfasern
lassen sich herstellen, indem unter thermisch verbindenden Bedingungen
eine Kernkomponente, die ein thermoplastisches Polymer umfasst,
das vorrangig nach seinen mechanischen Eigenschaften oder seiner
Leistung ausgewählt
wird, und eine Mantelkomponente in Kontakt gebracht werden, die
ein funktionalisiertes Polyolefin umfasst, wie es durch das zuvor
erläuterte
Verfahren erhalten wird. Die Zweikomponentenfasern können durch
Koextrudieren der Kernkomponente und der Mantelkomponente mittels
nach Stand der Technik wohlbekannter Verfahren gefertigt werden.
Die daraus resultierende Faser kann jede beliebige Querschnittform
besitzen, beispielsweise eine symmetrische oder asymmetrische Mantel/Kern-
oder Seite-an-Seite-Form. Die hergestellten Fasern sind in Schmelzblas-,
Spinnvlies- und Stapelfaseranwendungen einsetzbar.
-
Im
Allgemeinen und wie erwähnt,
erfolgt die Auswahl der Kernkomponente in erster Linie auf Grundlage
ihrer mechanischen Eigenschaften oder ihrer Leistung. Beispielsweise
kann die Kernkomponente so ausgewählt werden, dass sie der Zweikomponentenfaser
Steifigkeit verleiht. Bei den meisten Anwendungen umfasst das Kernmaterial
vorzugsweise einen Polyester, wie z. B. Polyethylenterephthalat
oder Polybutylenterephthalat, ein Polyolefin, wie z. B. Polypropylen,
oder ein Polyamid, wie z. B. Nylon.
-
Die
Mantelkomponente stellt gewöhnlich
zumindest einen Teil der Oberfläche
der Zweikomponentenfaser dar. Die funktionalisierten Polyolefine,
die gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung erhalten werden, können als Mantelkomponente benutzt
werden, und zwar entweder einzelnen oder als Bestandteil in einem
Blend mit einem nicht gepfropften olefinischen Polymer. Bei Verwendung
in Kombination mit einem nicht gepfropften Polymer wird das funktionalisierte
Polymer bevorzugt in einer Menge von 1 bis 30, besonders bevorzugt
von 2 bis 25 Gewichtsprozent basierend auf dem Gesamtgewicht des
Blends benutzt.
-
Die
Zweikomponentenfasern gemäß der vorliegenden
Erfindung können
im Herstellungsprozess von Vliesstoffen, gewöhnlich als sogenannte Bindefasern,
verwendet werden. Werden sie als Bindefasern benutzt, wird ein Fasergemisch,
das die Bindefasern und eine oder mehrere Natur- und/oder Synthetikfasern,
etwa Polyether, Polyamide, zellulosehaltige Stoffe, modifizierte
zellulosehaltige Stoffe, Wolle oder Ähnliches umfasst, thermisch
gebondet, um den Vliesstoff herzustellen.
-
Verwendbar
ist der Vliesstoff in Filtern, Membranen, Filmen und absorbierenden
Hygieneprodukten, wie z. B. Wegwerfwindeln, Produkten für die weibliche
Hygiene und Erwachseneninkontinenz. Zusätzlich zu den Zweikomponentenfasern
gemäß der vorliegenden
Erfindung kann der absorbierende Kern der absorbierenden Produkte
Naturfasern, etwa Zellulose-Fluffpulpefasern, Synthetikfasern, die
z. B. auf Polyolefin und/oder Polyester basieren, und ein superabsorbierendes
Polymer (SAP) umfassen.
-
Die
Zweikomponentenfasern können
auch bei der herkömmlichen
Textilverarbeitung, wie z. B. beim Kardieren, Schlichten und Weben,
benutzt werden. Überdies
besteht die Möglichkeit
Webstoffe, welche die Zweikomponentenfasern der vorliegenden Erfindung
umfassen, einer Wärmebehandlung
zu unterziehen, um die Eigenschaften des entstehenden Gewebes zu
verändern.
-
Die
folgenden Beispiele werden zur Veranschaulichung der Erfindung dargelegt
und sind nicht als Einschränkung
von deren Tragweite auszulegen. Alle Angaben in Prozent und in ,Teile
pro' beziehen sich,
soweit nicht anders angegeben, auf das Gewicht.
-
BEISPIEL 1
-
Pfropfen von Maleinsäureanhydrid (MAH) auf ein Polymer
-
Achtundneunzig
Teile eines Polymers, wie nachstehend spezifiziert, zwei Teile Maleinsäureanhydrid (MAH),
zwei Teile eines Polypropylen/Peroxid-Masterbatchs (erhältlich als
PEROX PP5 bei Colux (Deutschland) mit einem Gehalt von 5 Gew.-%
2,5-Dimethylen-2,5-di(tert-butylperoxy)hexan
basierend auf dem Gewicht des gesamten Masterbatchs) und 0,1 Teile
eines Stabilisators (Irganox 1010, erhältlich von Ciba) wurden in
einem ZSK 25 von Coperion Werner & Pfleiderer,
Krupp mit einer Schneckengeschwindigkeit von 150/min und einer Temperatur
von 180°C
einem Pfropfvorgang unterzogen.
-
Bei
diesem Pfropfvorgang wurden die folgenden Polymere verwendet:
Polymer
A: Lineares Polyethylen niedriger Dichte, erzeugt mithilfe eines
Katalysators mit eingeschränkter
Geometrie (Affinity XU 58200.03, erhältlich
bei The Dow Chemical Company): 0,913 g/cm3;
MFI bei 190°C,
2,16 kg: 30.
Polymer B: Lineares Polyethylen niedriger Dichte
(ASPUN 6806A,
erhältlich
bei The Dow Chemical Company): 0,930 g/cm3;
MFI bei 190°C,
2,16 kg: 105.
Polymer C: Polymer hoher Dichte (Gasphase): 0,951
g/cm3; MFI bei 190°C, 2,16 kg: 40 (erhältlich als
DMDA 8940 bei The Dow Chemical Company).
Polymer D: Polymer
hoher Dichte (Gasphase): 0,952 g/cm3; MFI
bei 190°C,
2,16 kg: 80 (erhältlich
als DMDA 8980 bei The Dow Chemical Company).
-
25
Kilogramm (kg) schwere Proben wunden hergestellt und in Bezug auf
die querverbundene Fraktion, den Pfropfgrad und den Gehalt an freiem
Monomer analysiert. Die querverbundene Fraktion wurde durch Soxhlet-Extraktion
mit Xylol bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt. Als
Referenzprobe wurde ein Polyethylen mit hoher Dichte, d. h. mit
einer Dichte von 0,953 Gramm pro Kubikzentimeter (g/cm
3),
und mit einen Schmelzflussindex von 11 bei 190°C, 2,16 kg verwendet. Tabelle 1
| | querverbundene Fraktion,
Gew.-% | Pfropfgrad, Gew.-% | Freies
MAH, Gew.-% | Freie
MA, Gew.-% |
| Kontrolle | 13,5 | 1 | 0,025 | 0,025 |
| Polymer
C/MAH | 0,0 | 0,9 | 0,03 | 0,04 |
| Polymer
A/MAH | 0,0 | 1,38 | < 0,01 | 0,015 |
| Polymer
D/MAH | 0,3 | 1,35 | 0,05 | 0,049 |
| Polymer
B/MAH | 0,25 | 1,4 | < 0,01 | 0,0160 |
-
Wie
aus Tabelle 1 hervorgeht, war die querverbundene Fraktion der Proben,
die durch das Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung gewonnen wurden, erheblich kleiner als jene bei der Kontrolle
anhand des Polymers hoher Dichte. In der Tat wurde unter Anwendung
des beschriebenen Versuchs keine querverbundene Fraktion bei den
Proben mit den gepfropften Polymeren C (DMDA 8940/MAH) und A nachgewiesen.
Ferner wurde bei XU 58200.03/MAH und DMDA 8980/MAH ein signifikant
höherer
MAH-Pfropfgrad als bei der Referenzprobe festgestellt.
-
BEISPIEL 2
-
Pfropfen von Maleinsäureanhydrid (MAH) auf XU 58200.03
unter variierenden Compoundierbedingungen
-
Achtundneunzig
Teile von XU 58200.03, zwei Teile Maleinsäureanhydrid (MAH) und zwei
Teile eines Polypropylen/Peroxid-Masterbatchs, der mit jenem aus
Beispiel 1 identisch war, wurden in einem sich schnell drehenden
Mischgerät
vorgemischt. Die Extrusion erfolgte in einem Theysohn TSK 30 Doppelschneckenextruder
mit gleichläufiger
Rotation und einem Länge/Durchmesser-Verhältnis von
40D unter variierenden Pfropfbedingungen.
-
Im
Produkt wurden der Pfropfgrad und die Menge der unlöslichen
(querverbundenen) Fraktion in Bezug auf die folgenden Parameter
analysiert:
Verweilzeit (tv min, tv max; beurteilt durch Zugabe eines Farb-Masterbatchs)
Massentemperatur
(TM) an der Düse
Schneckengeschwindigkeit
(n)
Extruderfüllstand
(M)
Massenfluss (m')
-
Die
Ergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt. Die Schneckenkonfiguration
war vergleichbar mit jener des ZSK 25 aus Beispiel 1. Bei den Proben
17 bis 22 kamen zusätzliche
Knetelemente zum Einsatz. Tabelle 2
| Proben-Nr. | TM/°C | n/(1/min) | tv min.*/s | tv max.**/s | M/Prozent | m'/kg/Std. | Pfropfgrad/Gew.-Prozent | Unlösliche Menge/Gew.-Prozent |
| 1 | 190 | 100 | 45 | 85 | 50 | 20 | 0,95 | 0,00 |
| 2 | 190 | 100 | 45 | 85 | 60 | 25 | 1,38 | 0,61 |
| 3 | 190 | 100 | 45 | 85 | 80 | 40 | 1,18 | 0,00 |
| 4 | 190 | 100 | 45 | 85 | 85 | n.
d.*** | n.
d.*** | n.
d.*** |
| 5 | 190 | 200 | 30 | 65 | 50 | 22 | 0,99 | 7,90 |
| 6 | 190 | 200 | 30 | 65 | 60 | 29 | 0,95 | 6,58 |
| 7 | 190 | 200 | 30 | 65 | 80 | 41 | 1,27 | 3,47 |
| 8 | 190 | 200 | 30 | 65 | 85 | 41 | 1,18 | 2,75 |
| 9 | 210 | 100 | 43 | 80 | 53 | 22 | 1,32 | 8,69 |
| 10 | 210 | 100 | 43 | 80 | 61 | 26 | 1,19 | 4,36 |
| 11 | 210 | 100 | 43 | 80 | 80 | 30 | 0,71 | 1,96 |
| 12 | 210 | 100 | 43 | 80 | 85 | n.
d.*** | n.
d.*** | n.
d.*** |
| 13 | 210 | 200 | 31 | 65 | 50 | 22 | 0,80 | 0,00 |
| 14 | 210 | 200 | 31 | 65 | 60 | 30 | 0,87 | 0,00 |
| 15 | 210 | 200 | 31 | 65 | 80 | 42 | 1,02 | 0,00 |
| 16 | 210 | 200 | 31 | 65 | 85 | n.
d.*** | n.
d.*** | n.
d.*** |
| 17 | 190 | 100 | 52 | 104 | 50 | 17 | 1,58 | 0,32 |
| 18 | 190 | 100 | 52 | 104 | 60 | 22 | 1,34 | 1,07 |
| 19 | 190 | 100 | 52 | 104 | 80 | 30 | 1,05 | 1,90 |
| 20 | 190 | 200 | 34 | 76 | 50 | 20 | 1,15 | 2,18 |
| 21 | 190 | 200 | 34 | 76 | 60 | 29 | 1,12 | 2,30 |
| 22 | 190 | 200 | 34 | 76 | 80 | 42 | 1,03 | 4,83 |
- * tv min: Die Zeit,
nach der das erste gefärbte
Polymer den Extruder verlässt.
- ** tv max: Die Zeit, nach der das Polymer
seine Färbung
wieder verloren hatte.
- *** Nicht determiniert.
-
Wie
aus Tabelle 2 ersichtlich, werden die Ergebnisse von den Bedingungen
für die
Pfropfreaktion beeinflusst, wobei in diesem Fall die optimale Leistung
im Hinblick auf Pfropfgrad und querverbundene Fraktion unter den
Pfropfbedingungen für
Probe 17 erhalten wurde.
-
BEISPIEL 3
-
Spinnbarkeit von Zweikomponentenfasern
in Bezug auf die Zusammensetzung der Mantelkomponente
-
Die
Spinnbarkeit von in Tabelle 3 identifizierten Zweikomponentenfasern
wurde einer Beurteilung unterzogen. In dieser Tabelle sind die Polymere
A, B, C und jenes zur Kontrolle die gleichen wie die in identischer Weise
identifizierten Polymere aus Beispiel 1. Tabelle 3
| Proben-Nr. | Kernpolymer | Mantelpolymer
vor dem Pfropfen | Im
Mantelpolymer verwendetes gepfropftes Polymer |
| 1 | PP | XU
61800.34 | Keines |
| 2 | PP | XU
61800.34 | Kontrolle |
| 3 | PP | XU
61800.34 | Polymer
A/MAH |
| 4 | PP | XU
61800.34 | Polymer
C/MAH |
| 5 | PP | XU
61800.34 | Polymer
B/MAH |
-
Wie
in Tabelle 3 vermerkt, handelte es sich beim Kernpolymer in allen
Zweikomponentenfaser-Proben um Polypropylen (Inspire Polypropylen, bezeichnet als H505-20z
und erhältlich
bei The Dow Chemical Company mit einer Schmelzflussrate von 20).
Bei allen Proben war der Mantel ein als Aspun XU 61800.34 bei The Dow Chemical
Company erhältliches
lineares Polyethylen mit niedriger Dichte, nämlich 0,953 g/cm3,
und mit einem Schmelzflussindex von 17 (190°C, 2,16 kg) und, nach Pfropfung,
ferner mit 10 Gewichtsprozent des gepfropften Polymers basierend
auf dem Gesamtgesicht des Mantels und des gepfropften Polymers.
Der Faserspinnvorgang erfolgte unter den folgenden Spinnparametern.
-
Spinnvorgang
-
- Spinndüse:
2 × 175
Löcher
= 350 Löcher
insgesamt, 0,4 mm
- Sollvorgabe für
Spinngut in Denier: 5,8 dpf (Denier pro Filament)
- Anzahl der Düsenlöcher: insgesamt
350 (zwei Gruppen à 175
Löcher)
- Düsenlochbereich:
0,4 mm
- Zweikomponentenschichtverhältnis
(Mantel/Kern): 50/50
- Fasergeometrie: rund
- Spinnstreckverhältnis:
1:1,02
-
Die
Bedingungen für
das Faserspinnen der Zweikomponentenfasern sind in Tabelle 4 angegeben.
Die darin aufgelisteten einzelnen Komponenten und Bereiche sind
Fachleuten auf diesem Gebiet wohlbekannt. Tabelle 4
| Bedingungen | Zweikomponentenfaser |
| Extruder
A (Mantel): | |
| Dosierpumpe,
rpm | 15,0–16,0 |
| Extruderdruck,
psi | 1100 |
| Temperatur,
Zone 1, 2, 3, 4 (°C) | 200,
210, 215, 220 |
| | |
| Extruder
B (Kern): | |
| Dosierpumpe,
rpm | 15,0–16,0 |
| Extruderdruck,
psi | 1100 |
| Temperatur,
Zone 1, 2, 3, 4 (°C) | 215,
220, 230, 240 |
| | |
| Temperatur
des Spinnkopfes (°C) | 240 |
| Pumpenblock
A (°C) | 240 |
| Pumpenblock
B (°C) | 240 |
| Temperatur
der Kühlluft
(C°) | 10–15 |
| Geschwindigkeit
beim Avivieren, rpm | 20 |
| Art/Stufe
der Avivierung | 5550/E1.0 |
| Geschwindigkeit
der Denier-Walze, m/min | 490 |
| Geschwindigkeit
der Einzugswalze, m/min | 493 |
| Geschwindigkeit
#1 der Streckwalze, m/min | 496 |
| Geschwindigkeit
#2 der Streckwalze, m/min | 500 |
| Geschwindigkeit
der Wickelanlage, m/min | 515 |
| Temperatur
des Pack-Ofens (°C) | 245 |
| Ertrag
(g/Loch/min) | 0,37 |
-
Verstrecken
-
- Streckverhältnis:
4,38:1
- Sollvorgabe beim Verstrecken in Denier: 1,5 dpf (Denier pro
Filament)
- Länge
des zugeschnittenen Stapels: 1/8 Inch
-
Die
Bedingungen für
Verstrecken und Kräuseln
der Zweikomponentenfasern sind in Tabelle 5 aufgeführt. Fachleuten
auf diesem Gebiet sind die einzelnen Komponenten wohlbekannt, die
in Tabelle 5 aufgelistet sind. Tabelle 5
| Bedingungen
beim Verstrecken: | | Bedingungen
beim Kräuseln: | |
| Nr.
1 Streckwalzen, m/min | 16,0 | Kräuselwalze,
psi | 6 |
| Temp.
Walze #1 (°C) | aus | Wangenplatte,
psi | 80–90 |
| Temp.
Walze #2 (°C) | 50 | Flapper,
psi | eingestellt |
| Temp.
Walze #3 (°C) | 55 | Dampf
im Kräusler | 4–5 |
| Temp.
Walze #4 (°C) | 65 | Trocknertemperatur
(°C) | 105 |
| Temp.
Walze #5 (°C) | 70 | Verweildauer
im Trockner | 4,5 |
| Abzugswalze | ja | Trocknergebläsegeschw.,
Hz | 25 |
| Temperatur
des Wasserbads (°C) | 110 | Schmiermittellevel,
Prozent | 0,2–0,4 |
| Nr.
2 Streckwalzen, m/min | 45 | Denier/Filament | 1,5–1,7 |
| Temp.
Walze #1 (°C) | 60 | Stapellänge | 1/8'' |
| Temp.
Walze #2 (°C) | 60 | Grad/Winkel
der Kräuselung | 6–8/105–120 |
| Temp.
Walze #3 (°C) | 65 | Herstellungsmenge
in Pfund | 25 |
| Temp.
Walze #4 (°C) | 70 | | |
| Temp.
Walze #5 (°C) | 75 | | |
| Abzugswalze | ja | | |
| Dampfrohr | an | | |
| Nr.
3 Streckwalzen m/min | 70 | | |
| Spannungsständer, lbs | 35–40 | | |
| Kiss
Roll, m/min, Schmiermittel | 22 | | |
-
Das
Streckverhältnis
wurde definiert als die Geschwindigkeit der #2 Streckwalze (konstant
bei 500 Metern pro Minute (m/min)) dividiert durch die Geschwindigkeit
der Denier-Walze (konstant bei 490 m/min), was 1:1,02 entspricht.
Das Verstrecken erfolgte in der zweiten Fertigungsstufe, in der
die Filamentspulen (insgesamt 86 für die Proben; 2-minütiges Spinnen
der Spulen) für
Luftlegung-Tests verstreckt, gekräuselt, getrocknet und zugeschnitten
wurden. Von jeder Probe wurden annähernd 25 Pfund (1,13 kg) gekräuselter
Stapelfaser gesammelt.
-
Die
Proben aus Zweikomponentenfasern in Entsprechung zu Tabelle 3 wurden
in Bezug auf Elongation, Festigkeit, dpf (Denier pro Filament) der
Stapelfaser, Stapellänge
und Verarbeitungsfähigkeit
in dem luftgelegten Prozess beurteilt. Die Ergebnisse davon sind
in Tabelle 6 aufgeführt. Tabelle 6
| Proben-Nr. | dpf | Festigkeit | Elongation
bei Zerreißen,
Prozent | Stapellänge |
| 1 | 1,58 | 3,03 | 80,0 | 0,122 |
| 3 | 1,60 | 3,45 | 69,4 | 0,125 |
| 4 | 1,59 | 3,68 | 62,0 | 0,125 |
| 5 | 1,48 | 3,40 | 87,0 | 0,125 |
-
Probe
Nr. 1, deren Mantelkomponente kein Mantel-Additiv umfasst, weist
eine Festigkeit auf, die weitaus geringer ist als jene, die für die Zweikomponentenfasern
gemäß der vorliegenden
Erfindung gemessen wurde.
-
BEISPIEL 4
-
Luftlegung-Tests
-
Um
die Dispersion der Zweikomponentenbindefasern in Luftlegung-Tests
zu bewerten, wurden die in Tabelle 3 beschriebenen Proben so hergestellt,
dass sie Orangenpigment enthielten. Die Luftlegung-Formungstests
wurden auf einer Dan-Web Luftlegung-Pilotanlagenmaschine vorgenommen. Jede
Probe aus den Zweikomponentenfasern wurde mit 12 Gewichtsprozent
Zellulose-Fluffpulpe basierend auf dem Gesamtgewicht der Bindefasern
gemischt. Der Vliesstoff wurde so hergestellt, dass er 100 Gramm
Kerne/Pads pro Quadratmeter (g/m2) enthielt.
-
Im
Anschluss an ihre Herstellung wurden die luftgelegten Kerne/Pads
in einer Plattenpresse bis zu 30 Sekunden lang bei 275, 300, 325
und 350°F
(135°C,
149°C, 163°C und 177°C) erhitzt,
um das Bonding-Fenster zu beurteilen und um die Bindefasern mit
der Zellulosepulpe zu bonden. Nach diesem Schritt wurden aus jedem
Kern/Pad (und jeder der obigen Faserzusammensetzungen) zehn Stücke zur Überprüfung auf
Zugbelastbarkeit herausgeschnitten und in einer Instron-Maschine
bei einer Geschwindigkeit von 0,5''/min
getestet. Die Trockenzugfestigkeit (oder Bindungsfestigkeit) jedes
luftgelegten Vliesstoffes wurde anhand der obigen Tests gemessen.
Zusätzlich
wurden Bilder unter dem Mikroskop angefertigt, um die Bonding-Charakteristiken der
verschiedenen Faserzusammensetzungen zu bewerten.
-
Beurteilung des Bonding-Fensters
-
Die
Beurteilung des Bonding-Fensters der Bindefasern im Bereich von
275°F (135°C) bis 350°F (177°C) zeigt,
dass einerseits eine zu niedrige Bonding-Temperatur in einem zu
schwachen Bonding des luftgelegten Vliesstoffes resultieren kann
(geringe Trockenzugfestigkeit) und dass andererseits eine zu hohe
Bonding-Temperatur ein zu starkes Bonding hervorrufen kann, was
bedeutet, dass die Bindefaser vollkommen schmilzt und ihre Charakteristiken
verliert.
-
Die
Mikroskopbilder stellen, wie in 1 veranschaulicht,
einen Teil der Analyse dar, einschließlich Beispielen für zu schwaches
und zu starkes Bonding. In diesem Beispiel zeigt die Zweikomponentenfaser Schmelzcharakteristiken
bei 275°F
(135°C),
wobei ein gutes Bonding bei 300°F
(149°C)
beobachtet wurde und sich bei 325°F
(163°C)
ein zu starkes Bonding zeigte.
-
Beurteilung der Trockenzugfestigkeit
-
Um
die Bonding-Leistung (Trockenzugfestigkeit oder Bindungsfestigkeit)
des Vliesstoffs zu beurteilen, welcher Zweikomponentenfasern in Übereinstimmung
mit Tabelle 3 umfasst, wurde die Zugfestigkeit an dem gefertigten
luftgelegten und bei 300°F
(149°C)
gebondeten Vliesstoff gemessen. Die Resultate dieser Beurteilung
sind in den 2 und 3 aufgeführt. Darüber hinaus
wurden in die Analyse jene Daten einbezogen, die über Fibervision-Bindefasern
gesammelt wurden, die unter den gleichen Bedingungen gebondet und
getestet wurden.
-
2 demonstriert,
dass die Zugabe eines gepfropften Polymers eine beträchtliche
Wirkung auf die Bindungsstärke
des luftgelegten Vliesstoffs haben kann. Im Vergleich zu Probe 1
und zu den im Handel erhältlichen
Fasern, die von Fibervision geliefert werden, wurden spezifischerweise
signifikante Verbesserungen bei den Zweikomponentenfasern der vorliegenden
Erfindung in Bezug auf die Trockenzugfestigkeit gezeigt.
-
Die
Pfropfmenge nimmt Einfluss auf die Zugfestigkeit des entsprechenden
Vliesmaterials. Spezifischerweise betrug die Zugfestigkeit von Probe
1 unter 10 Pfund pro Quadratzoll (psi), wohingegen die aus dem gepfropften
Polymer hergestellten Vliesmaterialien alle eine durchschnittliche
Zugfestigkeit von über
45 psi aufwiesen. Die durchschnittliche Zugfestigkeit belief sich
für Probe
2 auf 49 psi, für
Probe 3 auf 50 psi und für Probe
5 auf 53 psi. Probe Nr. 4 zeigt eine Zugfestigkeit von über 70 psi.
Somit wurde in diesem Beispiel die höchste Zugfestigkeit des Vliesstoffs
nachgewiesen, und zwar bei einer Pfropfkonzentration von 0,9 Gew.-% (Probe
Nr. 4).