Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft Verbundfasern, die eine
heterogene Zusammensetzung aus einem Ethylen-Vinylalkohol und einem
Polyester enthalten und eine hohe Gebrauchstüchtigkeit und
einen angenehmen Griff aufweisen, sowie ein Verfahren zur
Herstellung dieser Verbundfasern.
2. Beschreibwig des Stands der Technik
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Polyesterfasern werden dank ihrer allgemein
zweckdienlichen Eigenschaften, wie ausgezeichnete Beschaffenheit in
bezug auf Festigkeit und Modul, Abriebfestigkeit, chemische
Beständigkeit, Wetterbeständigkeit und Formbeständigkeit, worin
sie natürlichen Fasern weit überlegen sind, in großem Umfang
hergestellt und eingesetzt. Andererseits sind Polyesterfasern
jedoch auf dem Gebiet der Endanwendungszwecke von Stoffen und
Bekleidung, die einen hochwertigen Griff aufweisen sollen,
natürlichen Fasern in bezug auf angenehmen und/oder
hochwertigen Griff trotz vieler Bemühungen, die bisher zur
Verbesserung der Filainentform, der Garnstruktur und dergl. gemacht
wurden, immer noch unterlegen. Ferner weisen die
Polyesterfasern noch die folgenden Probleme des Anschmutzens oder
Verschmutzens auf: sie sind im Vergleich zu Baumwolle
hinsichtlich des Nachdunkelns von weißem Gewebe, das ein Problem der
Rückverschmutzung darstellt, unterlegen; sie sind anfällig
gegen Verschmutzung durch Öl; ihre beschichteten Produkte,
wie polyurethanbeschichtete Stoffe, leiden unter dem Problem
der Farbübertragung aufgrund einer Wanderung des
Dispersionsfarbstoffes; und dergl. Obwohl die vorerwähnten Probleme von
Polyesterfasern lange Zeit umfassend untersucht worden sind,
wurde festgestellt, daß derartige Polyesterfasern, die keine
oder gegebenenfalls nur eine sehr geringe Menge an
hydrophilen Gruppen aufweisen, oder die durch Copolymerisation nur in
sehr geringem Umfang oder nur an ihren Molekülenden
modifiziert worden sind, die vorstehenden Probleme nicht
vollständig
lösen können. Es wurde ferner festgestellt, daß die
Einführung einer zu großen Menge an hydrophilen Gruppen die
naturgegebenen Eigenschaften des Fasersubstrats beeinflußt,
wodurch die Fasern für praktische Zwecke unbrauchbar werden,
und daß die Modifikation des Polymeren durch einfache
Copolymerisation oder dergl. nur eine begrenzte Wirksamkeit zeigt.
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Untersuchungen hinsichtlich der Frage, warum natürliche
Fasern, wie Baumwolle, Seide und Wolle, einen ausgezeichneten
Griff und ansprechendes Aussehen oder eine hohe
Schmutzbeständigkeit aufweisen, klärten, daß alle natürlichen Fasern
hydrophile Gruppen aufweisen, aufgrund derer sie die
folgenden überlegenen Eigenschaften besitzen, wenn sie unter
Verwendung von Wasser verarbeitet werden.
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Alle natürlichen Fasern quellen bei Absorption von
Wasser. Die einzelnen Filamente quellen dann unter Verdickung um
etwa 30 Prozent ihrer scheinbaren Größe auf, und auch Garne,
die die Filamente enthalten, werden aufgrund der minimalen
Deformation der Filamente beim Quellvorgang noch dicker, z.B.
die Kräuselung von Wolle aufgrund der bilateralen Struktur,
die Verformung von Baumwolle durch Verwindung, die
ungleichmäßige Wellung von Seide und dergl., wodurch die Bindungen
oder Maschen gebogen und fixiert werden. Wenn ein ein
derartiges Garn enthaltender textiler Werkstoff anschließend
getrocknet wird, nimmt die beim Quellen erreichte scheinbare
Dichte nunmehr ab- wodurch zwischen den Filamenten Abstände
entstehen, während die Fixierung der Bindungen oder der
Maschen noch gewährleistet ist. Folglich nimmt der Kontaktdruck
zwischen den Filamenten und zwischen sich kreuzenden Garnen
ab. Daher wirken keinerlei beschränkenden Kräfte, wenn das
Textilerzeugnis durch Biegen, Scheren, Dehnen oder Erholung
von diesen Einflüssen deformiert wird, wodurch der
Hystereseverlust abnimmt. Diese Tatsache verleiht den Stoffen eine
größere Elastizität und Lebensdauer.
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Es wurde ferner festgestellt, daß das Problem des
Nachdunkelns durch Rückverschmutzung während des Waschvorgangs
oder durch Anschmutzen durch Sublimation und Wanderung von
Dispersionsfarbstoff durch Beschichten der Oberfläche von
Polyesterfilamenten mit einem hydrophilen Polymeren merklich
verbessert werden kann.
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Die Erfinder haben unter Berücksichtigung der
vorstehenden Punkte das Aufbringen von
Ethylen-Vinylalkohol-Copolymeren auf Polyesterfasern angestrebt. Da das
Ethylen-Vinylalkohol-Copolymere durch Absorption von Wasser quillt und
hydrophile Gruppen aufweist, kann es die bei Polyesterfasern
naturgegebenen vorerwähnten Probleme der Verschmutzung durch Öl
oder des Nachdunkelns durch Rückverschmutzung während des
Waschvorgangs lösen und weist keine Probleme hinsichtlich der
Ahschmutzung durch Sublimation oder Wanderung des
Dispersionsfarbstoffes auf. Die Untersuchung und Klärung der Frage,
wie eine ein Ethylen-Vinylalkohol-Copolymeres und einen
Polyester enthaltende Faser, die die Vorteile der beiden Produkte
vereinigt, gebildet werden kann, hat zu der Erfindung
geführt.
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Die japanische Patentveröffentlichung 5223/1971
beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern mit
geringer elektrostatischer Aufladbarkeit und verbesserter
Feuchtigkeitsabsorption. Das Verfahren umfaßt das Mischen von
100 Gewichtsteilen eines Polyesters und 3 Gewichtsteilen
eines auf Polyvinylalkohol basierenden Harzes und das
Schmelzformen der erhaltenen Mischung unter Bildung eines
homogen gemischten Polymeren.
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Fasern mit einer homogen gemischten Struktur aus einer
Polyesterkomponente und einer Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer-
Komponente liefern jedoch im Vergleich zu Fasern mit
heterogen gemischter Struktur Web- oder Wirkwaren mit geringer
Fülligkeit und einem schlechten Griff. Im Verlauf der
Untersuchung hinsichtlich der Gründe dafür wurde festgestellt, daß
die Faser mit einer homogen gemischten Struktur beim
Eintauchen in sehr heißes Wasser gleichmäßig einläuft und nur einer
geringen Deformation unterliegt.
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Andererseits wurde festgestellt, daß sich im Fall einer
Faser von heterogen gemischter Struktur an verschiedenen
Bereichen minimale Deformationen bilden, sich einige Bereiche
verblegen und einige Bereiche verformen, wenn eine derartige
Faser in sehr heißes Wasser getaucht wird. Als Grund wird
angenommen,
daß aufgrund der Tatsache, daß das durch Absorption
von Wasser quellende Ethylen-Vinylalkohol-Copolymere an
lokalisierten Bereichen im Querschnitt einer Faser anwesend ist
und die Spannung beim Quellen minimale Deformationen an
lokalisierten Bereichen der Faser bewirkt, was dann zu einer
Verbesserung in der Fülligkeit und in der ästhetischen
Beschaffenheit eines Faseraggregats führt. Dies ähnelt dem Verhalten
von natürlichen Fasern, bei denen beim Quellen minimale
Deformationen entstehen.
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EP-A-0064 568 beschreibt ein Verfahren zur Behandlung
einer Faserstruktur, die zwei oder mehr Komponenten aufweist,
wobei es sich bei mindestens einer der Komponenten um einen
eine SO&sub3;M-Gruppe enthaltenden Polyester handelt. M ist als
ein Metall oder Wasserstoff definiert. Das beschriebene
Verfahren umfaßt die Vorbehandlung unter Verwendung eines
Abbaumittels, das die im Polyester enthaltenen SO&sub3;M-Gruppen
selektiv zersetzt, und deren Entfernung durch Alkalibehandlung.
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EP-A-0 104 081 beschreibt eine Spinndüsenanordnung für
mehrkomponentige Verbundfasern. Die Anordnung besteht
hauptsächlich aus drei Bereichen: einem einen Verbundstrom
bildenden Bereich, einer Verteilungsvorrichtung und einem
Sammelbereich. Aus den mit den beschriebenen Anordnungen
hergestellten Fasern können sehr feine Filamente erhalten werden.
Zusammenfassende Darstellung der Erfindung
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Demgemäß wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung
eine Verbundfaser aus einem Ethylen-Vinylalkohol-Copolymeren
und einem Polyester bereitgestellt, die miteinander heterogen
gemischt sind, welche ein verseiftes Erzeugnis eines Ethylen-
Vinylacetat-Copolymeren (A), das einen Ethylengehalt von 30
bis 70 Mol-%, einen Verseifungsgrad von mindestens 95% und
einen Schmelzindex von nicht mehr als 20 g/10 min aufweist,
und einen thermoplastischen Polyester (B), der mindestens 80
Mol-% Polyethylenterephthalat-Einheiten und/oder
Polybutylenterephthalat-Einheiten enthält, in einem Mischverhältnis,
bezogen auf die Gewichtsanteile, von A:B = 5:95 bis 40:60
enthält wobei die Komponente A in Form von Inseln (Islands)
über den Querschnitt der Faser hinweg verteilt ist, und der
Bereich der Komponente (B) innerhalb des Querschnitts der
Faser,
in dem die Komponente A nicht vorhanden ist, eine Zone
der Komponente B enthält, die eine Kreisfläche mit einem
Durchmesser von mindestens 1/20 der Kreisfläche der Faser
aufweist.
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Die Verbundfaser weist grundsätzlich die folgenden
Griff- und Gebrauchseigenschaften auf:
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i) sie liefert Stoffe mit hoher Fülligkeit und gutem
Griff sowie mit großem Drapiervermögen und Silhouette und
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ii) sie leidet nicht unter Rückverschmutzung beim
Waschvorgang und nicht unter Sublimation und Wanderung des
Dispersionsfarbstoffes.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein
Verbundfaseraggregat gemäß der vorstehenden Beschreibung
bereitgestellt, worin die in der Oberflächenschicht vorhandene
Komponente B durch Alkalibehandlung ausgewaschen worden ist, so
daß Lediglich die Komponente A in der Oberflächenschicht
verbleibt, wodurch eine unregelmäßig aufgerauhte Oberfläche
gebildet wird, und die einzelnen Fasern im Aggregat jeweils
voneinander verschiedene Querschnittprofile aufweisen.
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Das Faseraggregat gemäß dem zweiten erfindungsgemäßen
Aspekt wird durch Alkalibehandlung eines
Verbundfaseraggregats des ersten erfindungsgemäßen Aspekts erhalten. Die Faser
weist grundsätzlich Griff- und Gebrauchseigenschaften wie die
Faser der ersten Ausführungsform auf und weist ferner dank
ihrer besonderen Querschnittsform einen Griff auf, der
ähnlich wie bei natürlichen Fasern ist und sich vom Griff
herkömmlicher synthetischer Fasern deutlich unterscheidet.
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In einer dritten Ausführungsform der Erfindung wird ein
Verfahren zur Herstellung der Verbundfaser der ersten
Ausführungsform bereitgestellt.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Ein besseres Verständnis der Erfindung und zahlreiche
der damit verbundenen Vorteile ergeben sich aus der folgenden
ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten
Zeichnung.
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Figg. 1, 2 und 3 zeigen schematische Kopien von
Photographien der Querschnitte der erfindungsgemäßen
Verbundfasern. Fig. 4 zeigt eine schematische Kopie der Photographie
des Querschnitts einer homogen gemischten Faser der
Vergleichsbeispiele. In allen diesen Figuren sind der
Durchmesser D des Umkreises des Faserquerschnitts und der Durchmesser
L eines gedachten Kreises mit der gleichen Fläche, wie sie
lokal von der Komponente B besetzt wird, gezeigt. Fig. 5
zeigt eine Photographie zur Erläuterung der Faserform nach
einer alkalischen Ätzbehandlung, wobei die Komponente B unter
Bildung von aufgerauhten Oberflächen durch eine Alkalilösung
ausgewaschen worden ist. Fig. 6 zeigt die Querschnittansicht
eines Beispiels der Spinnvorrichtung zur Herstellung der
erfindungsgemäßen Verbundfaser, worin 1 die Einlaßplatte für
die Polymerschmelzen mit Öffnungen 2 und 3 zur Einführung der
Schmelzen, 4 und 5 Mischplatten, 6 eine Zwischenplatte, 7
eine Sandkiste, 8 einen Filter, 9 eine
Fließbegradigungsplatte, 10 eine Spinndüse, 11 einen statischen Mischer und 12
eine Filtrationszone zeigen.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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Man kennt die Verteilung der Komponenten A und B in den
Faserquerschnitten aufgrund optischer
Transmissionsmikroskopie. Die Figg. 1 bis 4 stellen Skizzen zur Wiedergabe der
Photographien dar, worin schwarze Punkte die
Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer-Komponente (A) darstellen, während im
Unterschied dazu die freien Bereiche die Polyesterkomponente (B)
wiedergeben.
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In der erfindungsgemäßen Verbundfaser ist die Komponente
A in Form von feinen Inseln (Islands) verteilt, wobei die
Verteilung unregelmäßig ist. Der Seebereich ist entsprechend
dem Inselbreich, d.h. der Komponente B, im Querschnitt der
Faser, lokalisiert. Der Einfluß des Ausmaßes der
unregelmäßigen Verteilung der Komponente A oder der bokalisierung der
Komponente B wird erfindungsgemäß dahingehend beurteilt, ob
im Bereich der Komponente B, in dem die Komponente A nicht
vorhanden ist, ein Raum, der eine Kreisfläche mit einem
Durchmesser L von mindestens 1/20 des Faserdurchmessers
enthalten kann, vorhanden ist. Der hier genannte
Faserdurchmesser D bedeutet den Durchmesser des Querschnitts, wenn die
Fasei einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, und den
Durchmesser seines Umkreises, wenn die Faser einen
unregelmäßig geformten Querschnitt aufweist.
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In der erfindungsgemäßen Verbundfaser beträgt der
Durchmesser L einer Kreisfläche in der Zone der Komponente B, in
der die Komponente A nicht vorhanden ist, mindestens D/20 und
vorzugsweise D/10 bis D/2. Wenn L weniger als D/20 beträgt,
unterscheidet sich die Faser nicht sehr stark von homogen
gemischten Fasern und der Einfluß wird minimiert, obgleich dies
in Abhängigkeit vom Mischungsverhältnis der Komponente A und
der Komponente B nicht immer gilt. Die Ahzahl der in der
Kreisfläche enthaltenen Zonen der Komponente B mit einem
Durchmesser von mindestens D/20 ist nicht auf 1 beschränkt,
vielmehr können mehrere derartige Zonen lokal oder in
schlechter Verteilung vorliegen. Mit L zwischen D/10 bis D/5
erhält man Stoffe, die noch die bevorzugten Tast- und
Griffeigenschaften aufweisen. Ein weiteres Merkmal der heterogen
gemischten erfindungsgemäßen Verbundfaser besteht in der
unregelmäßigen Verteilung der Heterogenität der
Faserquerschnitte zwischen den einzelnen Fasern wie auch entlang der
Faserlängen.
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Insbesondere, wenn bei hoher Temperatur und unter hohem
Druck gefärbt wird, erreichen aus der heterogen gemischten
Verbundfaser hergestellte Web- oder Wirkwaren eine gute
Fülligkeit und einen guten Griff sowie dank der durch das
Ethylen-Vinylalkohol-Copolymere vermittelten vollständigen
Quellwirkung ein ausgezeichnetes Drapiervermögen und Silhouette,
während homogen gemischte Fasern keine derartig verbesserten
Eigenschaften entwickeln.
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Beim erfindungsgemäßen thermoplastischen Polyester
handelt es sich z.B. um einen von einer aromatischen
Dicarbonsäure, wie Terephthalsäure, Isophthalsäure,
Naphtalin-2,6-dicarbonsäure, Phthalsäure, α,β-(4-Carboxyphenoxy)-ethan, 4,4'-
Dicarboxydiphenyl oder 5-Natriumsulfoisophthalsäure, einer
aliphatischen Dicarbonsäure, wie Adipinsäure oder
Sebacinsäure, oder einem Ester der vorstehenden Verbindungen, und
einem Diol, wie Ethylenglycol, Diethylenglycol,
1,4-Butandiol Neopentylglycol, Cyclohexan-1,4-dimethanol,
Polyethylenglycol oder Polytetramethylenglycol, abgeleiteten
faserbildenden
Polyester, der mindestens 80 Mol-%, und
insbesondere mindestens 90 Mol-% des aus
Polyethylenterephthalat-Einheiten und/oder Polybutylenterephthalat-Einheiten bestehenden
faserbildenden Polyesters enthält. Der Polyester kann eine
kleine Menge an Additiven, Fluoreszenzmitteln,
Stabilisatoren, UV-Absorbern oder dergl. enthalten.
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Als das erfindungsgemäß verwendete verseifte Produkt des
Ethyien-Vinylacetat-Copolymeren (nachstehend als EVAL
bezeichnet) sind für die Zwecke der Erfindung solche mit einem
Ethylengehalt von 30 bis 70 Mol-% und einem hohen
Verseifungsgrad von mindestens 95% geeignet. Wenn der
Vinylalkoholgehalt im EVAL abnimmt, sind dessen Eigenschaften, wie die
hydrophile Beschaffenheit, aufgrund der Abnahme der
Hydroxylgruppenanzahl (OH) weniger ausgeprägt. Dadurch ist, wie
nachstehend näher beschrieben wird, der erwünschte Griff, wie der
von natürlichem Leinen, schwer erreichbar, was nicht
bevorzugt ist. Wenn der Vinylalkoholgehalt andererseits zu hoch
ist, nimmt die Formbarkeit von EVAL in der Schmelze ab. Wenn
derartiges EVAL unmittelbar vor dem Spinnvorgang mit einem
Polyester gemischt wird und das Gemisch anschließend zu
Filamenten geformt wird, wird die Spinnbarkeit ebenfalls
verschlechtert, wodurch es häufiger zu Filament- und/oder
Garnbrüchen kommt, was ebenfalls nicht bevorzugt ist. Ferner
zeigt EVAL mit einem derartig hohen Vinylalkoholgehalt eine
ungenügende thermische Beständigkeit in einem
Temperaturbereich oberhalb 250ºC, d. h. der Spinntemperatur von
Polyestern. Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß EVAL
mit einem hohen Verseifungsgrad und einem Vinylalkoholgehalt
von 30 bis 70 Mol-% zur Bildung der Faser und damit zur
Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe geeignet ist.
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Fig. 5 zeigt ein Beispiel einer Photographie des
Querschnitts der erfindungsgemäßen heterogen gemischten
Verbundfasern nach der alkalischen Ätzbehandlung. Die heterogen
gemischten Verbundfasern sind durch das nachstehend
beschriebene erfindungsgemäße Herstellungsverfahren aus EVAL mit
einem Ethylengehalt von 48 Mol-% und einem Verseifungsgrad
von 99% und einem Polyethylenterephthalat in einem
Mischungsverhältnis, bezogen auf die Gewichtsanteile, von 15:85
erhalten
worden. Die auf diese Weise erhaltenen Verbundfasern sind
anschließend einer Verarbeitung unter üblichem Recken und
sodann einer Ätzbehandlung mit etwa 20% Alkali unterworfen
worden. Es ist ersichtlich, daß die Querschnittsprofile der
einzelnen Fasern unregelmäßig aufgerauhte Oberflächen zeigen,
die jeweils verschieden voneinander sind, deren Formen durch
das herkömmliche Schmelzspinnverfahren von Polyestern nicht
erreicht worden sind. Fig. 5 stellt ein Beispiel von
Querschnittansichten an beliebigen Punkten entlang der Faserlänge
der Verbundfasern dar. Es wurde beobachtet, daß weitere
Beispiele an verschiedenen Punkten jeweils eine Anhäufung von
Querschnitten mit verschiedenen Profilen zeigen, und daß die
gleichen Querschnittsprofile sich nicht in der Längsrichtung
einer Faser ausdehnen. Diese Tatsache stellt eine der
wichtigen Merkmale der erfindungsgemäßen Verbundfaser dar. Da
unregelmäßig verteiltes EVAL durch die Absorption von Wasser beim
Eintauchen in sehr heißes Wasser oder bei Kontakt mit
Heißdampf quillt, entstehen geringfügige Deformationen an
verschiedenen Stellen - einige gebogen, einige verdrillt -
willkürlich entlang der Faserlänge und unter den das EVAL
enthaltenden Fasern. Dies bedeutet, daß die erfindungsgemäßen
Verbundfasern mit einer natürlichen Unregelmäßigkeit
ausgestattet sind, was mit synthetischen Fasern nicht erreicht werden
konnte. Dies ist vermutlich einer der Gründe, warum der Griff
der erfindungsgemäßen Verbundfaser so stark unterschiedlich
vom Griff von herkömmlichen synthetischen Fasern ist und
einen sehr ähnlichen Griff wie natürliche Fasern aufweist.
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Wir vermuten folgenden Grund, warum sich die in Fig. 5
gezeigten Querschnittsprofile entwickeln: Da ein Ethylen-
Vinylalkohol-Copolymeres und ein Polyester in einem
heterogenen Zustand vermischt sind, wird, wenn die derartig
vermischte Faser einer alkalischen Ätzbehandlung unterworfen
wird, der Polyester in der Oberflächenschicht gelöst und
selektiv entfernt, wodurch die nicht mit Alkali auswaschbaren
Anhäufungen der EVAL-Polymeren in unverändertem Zustand auf
der Oberfläche der Faser verbleiben. Dadurch wird ein Komplex
mit unregelmäßig aufgerauhter Oberfläche gebildet. Da ferner
die beiden Polymer-Komponenten über den Faserquerschnitt und
über die Faserlänge hinweg unregelmäßig gemischt sind,
unterscheiden sich zusätzlich die beiden Querschnittsprofile in
ihren einzelnen Fasern und entlang der Faserlänge
voneinander. Dadurch kann eine natürliche Unregelmäßigkeit, die durch
herkömmliche synthetische Fasern niemals erreicht werden
konnte, erzeugt werden.
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Die erfindungsgemäßen Verbundfasern können ihre Wirkung
nicht nur dann erzeugen, wenn sie in 100%igem Zustand
verwendet werden, sondern auch dann, wenn sie im Gemisch mit
anderen Fasern eingesetzt werden. Ferner können die
erfindungsgemäßen Verbundfasern sowohl in Form eines Multifilamentgarns
als auch als kurze geschnittene Fasern eingesetzt werden,
wobei der gleiche Wirksamkeitsgrad erwartet werden kann. Die
erfindungsgemäßen Verbundfasern mit gutem Griff, guten
Gebrauchseigenschaften und der günstigen Wirkung können auch
dann erhalten werden, wenn ihre Querschnitte in eine
pentagon- oder hexagon-ähnliche Struktur geändert werden, durch
ein Verfahren höherer Ordnung, wie das künstlich-gezwirnte
Kräuselungsverfahren, oder wenn sie unregelmäßige
Querschnittsprofile, die multilobale Querschnitte, wie trilobale,
T-förmige, tetralobale, pentalobale, hexalobale, heptalobale
und octalobale und ähnliche unregelmäßige Profile, umfassen,
aufweisen, die durch die Verwendung von unregelmäßig
geformten Düsen während des Spinnvorgangs geformt werden, sofern
sie die beschriebene Faserstruktur aufweisen.
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Nachstehend wird das Verfahren zur Herstellung der
erfindungsgemäßen Verbundfaser beschrieben. Zum Zweck der
Entwicklung der erfindungsgemäß vorgesehenen Faserstruktur ist
es, grob ausgedrückt, wichtig, das Gemisch der beiden
Polymerbestandteile, d.h. des Polyesters und des EVAL, zu
Filamenten zu extrudieren, während ein ungleichmäßig gemischter
Zustand der beiden Bestandteile, bei dem eine Polymergruppe
in gewissem Umfang von der anderen getrennt ist, beibehalten
wird Fig. 6 stellt eine Querschnittansicht einer
Spinndüsenvorrichtung zur Durchführung eines Beispiels eines derartigen
Spinriverfahrens dar. Der Polyester und das EVAL werden durch
Schmelzextruder getrennt voneinander extrudiert, anschließend
werden die extrudierten Polymerschmelzen getrennt voneinander
durch Dosierpumpen mit vorgeschriebenen
Fließgeschwindigkeiten dosiert. Die beiden Ströme werden aus Einlaßöffnungen 2
bzw. 3 der Einlaßplatte 1 zugeführt und unter
vorgeschriebenen Bedingungen mit einem in den Mischplatten 4 und 5
vorgesehenen statischen Mischer gemischt. Das Gemisch läuft
anschießend durch die Zwischenplatte 6, wird durch die
Filtrierzone 12 in einem Sandkasten 7 filtriert, läuft durch den
Filter 8 und die Begradigungsplatte 9 und wird schließlich
durch eine Spinndüse 10 extrudiert.
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Es ist sehr wichtig, die Anzahl der Mischelemente des
statischen Mischers 11 sorgfältig auszuwählen. Wenn unter den
verschiedenen, gegenwärtig gebräuchlichen statischen Mischern
ein von der Fa. Kenics Co. erhältlicher statischer Mischer,
dessen Flügel jeweils um 180º um die zentrale Achse verdreht
sind und nacheinander in jeweils um 90º verschobenen
Positionen angeordnet sind und der die Aufgabe der Auftrennung einer
n Elemente passierenden Schmelze in 2n Schichten besitzt,
verwendet wird, muß die Zahl der Elemente im Bereich von 3
bis 15 und vorzugsweise im Bereich von 4 bis 8 liegen. Bei 16
Elementen oder mehr werden der Polyester und das EVAL zu
gleichmäßig miteinander vermischt, als daß durch
Nachbehandlungsverfahren der erhaltenen Filamente die gewünschte
Faserstruktur entstehen könnte. Wenn n mindestens 16 beträgt,
liegt der vorerwähnte, die Heterogenität der Komponenten A
und B angebende Parameter L bei einem Wert unterhalb von
D/20, während bei einem Wert für n = 4 bis 8 L den Wert D/10
bis D/2 hat, und man somit die bevorzugten Verbundfilamente
aus der heterogen gemischten Zusammensetzung erhält.
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Wenn ein anderer als der von der Fa. Kenics Co.
erhältliche statische Mischer verwendet wird, muß es sich um ein
Gerät handeln, bei dem die Zahl der eingesetzten Elemente
einer Aufteilung in 2³ bis 2¹&sup5; Schichten entspricht. Der von
der Fa. Toray Co. erhältliche High-Mixer und der von der Fa.
Charless & Ross Co. erhältliche Ross-ISG-Mixer teilen eine n
Elemente passierende Schmelze in 4n Schichten auf. In diesem
Fall wird die Anzahl der Elemente vorzugsweise aus einem
Bereich von etwa 2 bis etwa 8 ausgewählt.
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Nachstehend wird der Einfluß des Mischzustandes des
Polymeren auf die Stabilität des Spinnverfahrens beschrieben.
Es wurde festgestellt, daß die Verwendung zu vieler Elemente
zu einer zu gleichmäßigen Mischung von Polyester und EVAL
führt und zwischen den Esterbindungen des Polyesters und den
Hydroxylgruppen des EVAL-Polymeren teilweise eine chemische
Reaktion stattfindet, wodurch rasch als Reaktionsprodukte des
Polyesters und des EVAL dreidimensional-vernetzte Gele
zusammen mit niedermolekularen, durch Polyesterabbau entstandenen
Verbindungen gebildet werden, die eine Fortführung des
Spinnvorgangs verhindern. Daher ist es ebenso zur Verhinderung der
Gelbildung aus den beiden Polymeren auch sehr wirksam, den
Polyester und EVAL innerhalb kurzer Zeit und unmittelbar vor
dem Spinnvorgang heterogen zu mischen. Durch diese
Vorgehensweise läßt sich erstmals eine stabile Faserbildung aus einem
Polymergemisch aus Polyester und EVAL im Großmaßstab
verwirklichen.
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Erfindungsgemäß ist es insbesondere bevorzugt, daß die
die beiden mittels eines statischen Mischers heterogen
miteinander gemischten Polymerkomponenten enthaltende
Zusammensetzung auf ihrem Weg zu der Düse durch Trenn- und/oder
Feinzerteilungselemente, wie ein Drahtnetz, einen
Metallvliesfilter und einen Sandfilter, geführt wird, weil eine derartige
Passage das Wachstum der Komponente A zu Schichten von großen
Anhäufungen verhindert, feine Inseldispersionen der
Komponente B in der Komponente A liefert und den heterogenen
Mischzustand der beiden Polymeren stabilisiert, wodurch der
Spinnvorgang stabilisiert wird.
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Es ist notwendig, daß das Mischverhältnis von EVAL und
Polyester, bezogen auf die Gewichtsteile, im Bereich von 5:
95 bis 40:60 liegt. Wenn das Mischverhältnis von EVAL nicht
mehr als 5 Gew.-% beträgt, entwickelt sich der Griff wie bei
natürlichen Fasern aufgrund der Eigenschaften des
EVAL-Polymeren nicht vollständig, was nicht bevorzugt ist. Wenn das
Mischverhältnis andererseits mindestens 40 Gew.-% beträgt,
sinkt die Stabilität der Durchführung des Spinnvorgangs und
des Ziehvorgangs ab und außerdem weisen die erhaltenen
Filamente nur schlechte Fasereigenschaften auf, z.B. eine geringe
Festigkeit, die von der Festigkeit von Polyesterfasern weit
entfernt ist. Auch der Polymerisationsgrad des verwendeten
EVAL ist wichtig. Wenn er zu gering ist, ergeben sich starke
Unterschiede in den Schmelzviskositäten des Polyesters und
des EVAL während des Spinnvorganges, was die Stabilität der
heterogen gemischten Polymerschmelze verschlechtert und die
Verspinnbarkeit verringert, was nicht bevorzugt ist. Ein
gemäß JIS-K-6730-1977 bei 190ºC unter einer Belastung von 2160
g gemessener Schmelzindex von nicht mehr als 20 g/10 min ist
im Hinblick auf die Verspinnbarkeit geeignet.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der
folgenden Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen, die
der Erläuterung der Erfindung dienen sollen.
Beispiele
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In den folgenden Beispielen und Vergleichsbeispielen
werden Messungen gemäß dem nachstehend beschriebenen
Verfahren durchgeführt.
Grundviskosität des Polyesters
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Bestimmt in einer Lösung in einem
Phenol/Tetrachlorethylen (1/1)-Lösungsmittel in einem konstanten
Temperaturbad von 30ºC mit einem Ubbelhode-Viskosimeter.
Rückverschmutzung beim waschvorgang
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Die Verschmutzungslösung wurde durch Mischen von
Stearinsäure, Ölsäure, Rindertalg, Olivenöl, Cetylalkohol, festem
Paraffin, Cholesterin, Ruß, Ton, Siliciumdioxid, Eisenoxid,
n-Decan und Portlandzement in einem geeigneten Verhältnis
unter Rühren mittels eines Homogenmischers hergestellt. Ein
Prüfkörper wurde unter Verwendung einer Wasch-Meßvorrichtung
(launder-o-meter) mit der auf diese Weise hergestellten
Schmutzlösung verschmutzt, mit einem Leitungswasserstrahl
gewaschen, getrocknet und anschließend mit einer Grauskala
gemäß dem JIS-Verschmutzungs-Testverfahren bewertet.
Beispiel 1
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Ein Ethylen-Vinylalkohol-Copolymeres (A) mit einem
Ethylengehalt von 48 Mol-%, einem Verseifungsgrad von 99% und
einem Schmelzindex von 14,0 g/10 min und ein
Polyethylenterephthalat (B) mit einer Grundviskosität von 0,70 wurden
geschmolzen und getrennt durch Extruder extrudiert, wobei
beide mit einer Zahnradpumpe derart dosiert wurden, daß das
Verbältnis von A zu B 15:85 Gew.-% betrug. Die beiden
Schmelzen wurden einem Spinnpack zugeführt. Anschließend wurden die
Schmelzen ungleichmäßig mittels eines mit 4 Elementen
ausgerüsteten, von der Fa. Kenics Co. hergestellten statischen
Mischers geknetet. Die geknetete Schmelze wurde durch einen
Sandfilter geleitet und bei einer Spinndüsen-Temperatur von
290ºC durch runde Düsen extrudiert, wobei das Schmelzspinnen
mit einer Aufspulgeschwindigkeit von 1000 m/min ausgeführt
wurde. Das so gesponnene Garn wurde mit einer herkömmlichen
Walzen-Platten-Streckvorrichtung bei einer Temperatur der
heißen Walze und der heißen Platte von 75ºC bzw. 120ºC mit
dem Faktor 3,2 gestreckt. Man erhielt ein Multifilamentgarn
von 75d/36f. Verspinnbarkeit und Streckfähigkeit waren
problemlos gegeben. Das so erhaltene Multifilamentgarn wurde
sowohl für Kette als auch für Schuß verwendet und zu einem 1/1-
Gewebe mit Grundbindung gewebt. Der Webvorgang konnte ohne
Schwierigkeiten durchgeführt werden. Der so erhaltene graue
Stoff wurde auf übliche Weise behandelt. Zusätzlich wurde
eine alkalische Ätzbehandlung ausgeführt, wodurch man ein mit
einem im Vergleich zum Anfangsgewicht um etwa 20%
verringertes Gewicht erhielt. Der Stoff wurde auf übliche Weise
gefärbt.
Vergleichsbeispiel 1
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Das gleiche Ethylen-Vinylalkohol-Copolymere (A) und das
gleiche Polyethylenterephthalat wie in Beispiel 1 wurden
beide in Schnitzel-Form in einem Gewichtsverhältnis von 15:85
gemischt. Das Gemisch wurde geschmolzen und durch einen
Extruder extrudiert, mittels einer Zahnradpumpe dosiert und
einem Spinnpack zugeführt. Dabei durchfloß die Schmelze einen
Sandfilter und wurde dann zur Durchführung des
Schmelzspinnvorgangs mit einer Aufspulgeschwindigkeit von 1000 in/min
durch runde Düsen bei einer Spinndüsen-Temperatur von 290ºC
extrudiert. Das auf diese Weise gesponnene Garn wurde dann
auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 verarbeitet. Man
erhielt ein 1/1 Gewebe mit Grundbindung, das anschließend einer
Alkalibehandlung unterworfen wurde. Zur Kontrolle wurde ein
Gewebe mit Grundbindung aus einem zu 100% aus PET bestehenden
Multifilamentgarn von 75d/36f mit der gleichen Struktur und
dem gleichen Gewicht hergestellt und der Alkalibehandlung
unterworfen.
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Die Ergebnisse der Bewertung der Stoffe von Beispiel 1
und Vergleichsbeispiel 1 sind in Tabelle 1 aufgeführt. Die
Faserquerschnitte des in Beispiel 1 und des in
Vergleichsbeispiel 1 gesponnenen Garns sind in Fig. 1 bzw. in Fig. 4
gezeigt. Wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist, unterlag EVAL im
Vergleichsbeispiel 1 der Gelbildung unter Verstopfung der
Spinndüse und Beeinträchtigung der Verspinnbarkeit innerhalb
von etwa 3 Stunden, während im Beispiel 1 derartig ungünstige
Erscheinungen nicht beobachtet wurden. Ferner betrug der
Lokalisierungsparameter L der Komponenten A und B im Beispiel 1
D/2 bis D/20, und die Stoffwellung (fabric wave) wies eine
gute Schrumpffähigkeit auf, wodurch ein fertiger Stoff von
hoher Fülle und Flexibilität sowie von erstklassigem, sich
weich anfühlendem Griff und hoher Elastizität erhalten wurde,
während die Proben von Vergleichsbeispiel 1 eine papierartige
Beschaffenheit aufwiesen. In bezug auf Gebrauchseigenschaften
und Beherrschung der Rückverschmutzung unter Verwendung der
Verschmutzungslösung beim Waschvorgang war der Stoff von
Beispiel 1 dem Produkt des Vergleichsbeispiels weit überlegen.
-
Die Querschnitte der den Stoff von Beispiel 1 bildenden
Fasern wurden mikroskopisch untersucht. Es wurden die in Fig.
5 gezeigte Strukturen festgestellt, wobei einzelne Filamente
unregelmäßig aufgerauhte Oberflächenstrukturen aufwiesen und
die einzelnen Filamente sich voneinander unterschieden.
Tabelle 1
Spinnbarkeit
Faser-durchmesser
Von der Komponente B besetzer Bereich
Wellung (wave) im Stroff nach dem Färben
Griff und Fülle
Flexibilität
Schutz gegen Rückverschmutzung beim Waschvorgang
Bsp.
gut
Klasse
Verleichs-bsp.
nicht gut; die Spinndüse verstopfte 3 Stunden nach Beginn
nicht gut
Kontrolle 100% PET
Beispiele 2 bis 5 und Vergleichsbeispiele 2 und 3
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Diese Beispiele zeigen die Fälle, in denen die Fasern
keiner alkalischen Ätzbehandlung unterzogen wurden. Beispiel
1 wurde zur Faserbildung mit dem gleichen
Ethylen-Vinylalkohol-Copolymeren und Polyethylenterephthalat unter den in
Tabelle 2 aufgeführten Bedingungen durchgeführt. Die erhaltenen
Fasern wurden jeweils zu einem Gewebe mit Grundbindung
gewebt, das anschließend gefärbt und in gleicher Weise wie in
Beispiel 1 fertiggestellt wurde. Im Vergleichsbeispiel 2, in
dem das Mischverhältnis von EVAL zu gering ist, zeigte der
erhaltene Stoff keine besonderen Merkmale im Griff oder der
Gebrauchseigenschaften und war daher nicht zufriedenstellend,
obwohl er eine gute Verarbeitbarkeit aufwies. Im
Vergleichsbeispiel 3 mit einem zu hohen Mischverhältnis von EVAL war
die Spinnbarkeit instabil und es kam aufgrund von
Düsenverstopfungen zu häufigen Filamentbrüchen, wodurch man nur ein
unvoteilhaftes gesponnenes Garn erhielt. Die Streckbarkeit
war daher ebenfalls nicht zufriedenstellend, und es wurden
keine auf ihren Griff hin bewertbare Stoffe erhalten. In den
Beispielen 2 und 3, in denen das Mischverhältnis von EVAL (A)
und Polyester (B), A/B, 7/93 bzw. 30/70 betrug, wiesen die
Fasern eine gute Verarbeitbarkeit auf, und die erhaltenen
Stoffe zeigten einen erstklassigen Griff und wiesen eine
ebenso hohe Schutzfunktion gegen Rückverschmutzung beim
Waschvorgang auf. In den Beispielen 4 und 5 betrug die Anzahl
der Elemente des statischen Mischers im Spinnpack 8 bzw. 12
und man erzielte eine gute Verarbeitbarkeit. In diesen Fällen
betrug der Lokalisierungsparameter, der Komponenten A und B
in den gesponnenen Fasern 5 bis 25 oder im Durchschnitt 7 bis
15, was eine wirksame Lokalisierung zeigte, wodurch man
Fasern mit besonderen Merkmalen sowohl in bezug auf den Griff
als auch in bezug auf die Gebrauchseigenschaften erhielt.
Tabelle 2
A Etyhlen-Vinylalkohol-Copolymeres
B Polyester
Spinnbedingungen
Spinnbarkeit
D/L
Griff
Schutzgegen Rückverschmutzung beim Waschvorgang
Ethylengehalt (Mol-%)
Verseifungsgrad der Vinylacetatkomponente (%)
MI (g/10 min)
Art
Mischverhältnis
Anzahl der Elemente des Mischers
Fülle
Flexibilität
Vergleichsbeispiel
Beispiel
PET
gut
nicht gut
noch akzeptabel
Klasse
noch akzeptabel bis gut
Es konnte kein bewertbarer gewebter Stoff erhalten werden
Beispiele 6 und 7
-
Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß zur
Durchführung der Faserbildung ein
Ethylen-Vinylalkohol-Copolymeres mit einem Ethylengehalt von 52 Mol-%, einem
Verseifungsgrad von 99% und einem Schmelzindex (MI-Wert) von 6,0
g/10 min verwendet wurde und die Spinndüse und das
Mischverhältnis A/B geändert wurde. Eine T-Düse wurde bei einem
Mischverhältnis A/B von 10/90 in Beispiel 6 und eine
Hundeknochen-Düse wurde bei einem Mischverhältnis von 18/82 in
Beispiel 7 verwendet.
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Die Figg. 2 und 3 zeigen die jeweiligen Querschnitte der
in den Beispielen gesponnenen Fasern. Man erzielte Fasern mit
guter Verspinnbarkeit, Reckbarkeit, Webbarkeit und dergl.
Wenn die Garne nach dem Reckvorgang in heißes Wasser getaucht
wurden, wurden auf jedem einzelnen geraden Filament leichte
Deformationen erzeugt, wodurch Verzerrungen mit zufälliger
Biegung an verschiedenen Bereichen entstanden. Wenn die
Stoffe der Alkalibehandlung unter 25%iger
Gewichtsverminderung unterworfen wurden, ergaben beide einen angenehmen Griff
mit einer ähnlichen Fülle wie bei Stoffen aus Wildseidengarn.
Beispiele 8 und 9 und Vergleichsbeispiele 4 und 5
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Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß
Ethylen-Vinylalkohol-Copolymere mit verschiedenen Ethylenanteilen
und eine Polyesterkomponente B mit [η] = 0,68 zur Durchführung
der Faserbildung verwendet wurde. Anschließend wurden sie zu
Stoffen gestrickt, und die erhaltenen Stoffe wurden gefärbt.
Man ließ die Stoffe zunächst durch Behandlung mit Wasser von
hoher Temperatur und hohem Druck bei 130ºC 30 Minuten
quellen. Anschließend wurden sie unter 15%-iger
Gewichtsverminderung mit Alkali behandelt. Die so behandelten Stoffe wurden
getrocknet, fertiggestellt und hinsichtlich ihres Griffs
bewertet.
Ethylengehalt
MI-Wert
vergleichsbeispiel
Beispiel
Vergleichsbeispiel
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Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 aufgeführt. Im
Vergleichsbeispiel 4 war die Verspinnbarkeit schlecht. Da Gele
aus dem Polymeren A zu verstopfungen am Spinnfilter unter
Herbeiführung eines Druckanstiegs führten und zu Fasern
verwirbelt wurden, war auch die Reckbarkeit schlecht und es
wurde kein bewertbarer gestrickter Stoff erhalten. Im
Vergleichsbeispiel 5, in dem der Molenbruch der
Vinylalkoholkomponente klein war, wiesen andererseits die erhaltenen
gestrickten Stoffe trotz ihrer guten Verarbeitbarkeit aufgrund
der Änderungen der Maschen des Strickstoffes beim Trocknen
eine geringe Fülle auf und fühlten sich unbefriedigend an. In
den Beispielen S und 9 war die Verarbeitbarkeit gut und die
fertiggestellten gestrickten Stoffe wiesen ähnlich dem mit
Leinen gemischten gesponnenen Strickstoff einen guten Griff
auf und fühlten sich gut an.
Tabelle 3
Ethylen-Vinylalkohol-Copolymeres (A)
Spinnbedingungen
Spinnbarkeit
Lokalisierungsparameter
Griff des gestrickten Stoffes
Ethylengehalt (Mol-%)
Verseifungsgrad der Vinylacetatkomponente, %
Schmelzindex (g/10 min)
Mischverhältnis A/B
Anzahl der Elemente des statischen Mischers
Fülle
Griffgefühl
Vergleichsbespeil
Beispiel
gering, Spinndüsenpackdrucknimmt zu
Es konnte kein bewertbarer gestrickter Stoff erhalten werden
gut
noch akzeptabel
Vergleichsbeispiele 6 und 7
-
Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß die
Anzahl der Elemente des statischen Mischers zur Durchführung
der Faserbildung geändert wurden. Im Vergleichsbeispiel 6
bzw. im Vergleichsbeispiel 7 wurden 16 Elemente bzw. 20
Elemente verwendet. In beiden Fällen mußte der Spinndüsenpack
zur Fortführung des kontinuierlichen Spinnvorganges häufig
ausgewechselt werden. Dies lag vermutlich an der Tatsache,
daß der Knetvorgang des Polymeren A (EVAL) und des Polymeren
B (Polyester) zu gleichmäßig durchgeführt wurde, so daß die
Reaktion der Hydroxylgruppen von EVAL mit den Esterbindungen
des Polyesters in einem geschmolzenen und gemischten Zustand
der beiden Polymeren auftraten, wodurch es im gemischten
Polymeren zu einer starken Gelbildung kam. Insbesondere kam es
im Vergleichsbeispiel 7, in dem 20 Elemente verwendet wurden,
zu häufigem Filamentbruch während des Spinnvorgangs und zur
Staubbildung beim Reckvorgang, wodurch die Ausbeute abnahm
und die Verarbeitbarkeit beeinträchtigt wurde. Ferner
betrugen die meisten der Lokalisierungsparameter D/L der Polymeren
A und B in den gesponnenen Fasern mindestens 20, und nur ein
kleiner Teil lag unter 20. Daher wiesen die auf gleiche Weise
wie in Beispiel 8 hergestellten und verarbeiteten gestrickten
Stoffe einen papierartigen Griff auf, ohne sich füllig
anzufühlen.
Beispiele 10 und 11
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Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß als
Polyester ein Butylenterephthalat mit einer Grundviskosität
[η] von 0,90 und ein Ethylen-Vinylalkohol-Copolymeres mit
einem Ethylengehalt von 52 Mol-%, einem Verseifungsgrad von
99% und einem Schmelzindex von 14,0 (Beispiel 10) oder 6,0
g/10 min (Beispiel 11) zur Durchführung der Faserbildung
verwendet wurden. Das Polymermischverhältnis A/B betrug 15/85 im
Beispiel 10 und 30/70 im Beispiel 11. Die
Spinndüsentemperatur betrug 270ºC und die Aufspulgeschwindigkeit 1200 m/min.
Die erhaltenen gesponnenen Garne wurden auf ein
Reckverhältnis von 2,0 mit einer herkömmlichen
Walzen-Platten-Streckvorrichtung bei einer Temperatur der heißen Walze von 50ºC und
der heißen Platte von 120ºC gereckt. Man erhielt
Multifilamentgarne
von 75d/36f. Sie ließen sich gut verspinnen und
recken und verursachten keine Probleme.
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Die so erhaltenen Multifilamentgarne wurden sowohl für
Kette als auch für Schuß verwendet und zu einem 1/1 Gewebe
mit Grundbindung gewebt. Der Webvorgang konnte problemlos
durchgeführt werden. Der so erhaltene graue Stoff wurde auf
übliche Weise behandelt, anschließend für eine längere
Zeitspanne als im Fall des 100%igen Polyesterstoffes einer
alkalischen Ätzbehandlung unterworfen, wodurch das Gewicht um
etwa 20% reduziert wurde. Der Stoff wurde anschließend bei
120ºC in gleicher Weise wie in Beispiel 1 gefärbt. Die so
erhaltenen Stoffe entsprachen in ihrer Beschaffenheit
natürlichem Leinenstoff mit gutem Griff und fühlten sich weich und
leinenartig an.
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Es ist offensichtlich, daß die vorstehende
erfindungsgemäße Lehre zahlreichen Modifikationen und Variationen
unterzogen werden kann. Es ist daher darauf hinzuweisen, daß die
Erfindung im Rahmen des Umfangs der beigefügten Ansprüche
auch in abgeänderter Form ausgeübt werden kann.