DE19542666A1

DE19542666A1 - Verfahren zur stofflichen Verwertung von multikomponentigen gemischten Kunststoffabfällen

Info

Publication number: DE19542666A1
Application number: DE19542666A
Authority: DE
Inventors: James P Sullivan; Matthew B Hoyt
Original assignee: BASF Corp
Current assignee: BASF Corp
Priority date: 1994-11-16
Filing date: 1995-11-16
Publication date: 1996-05-23
Also published as: IT1276132B1; ITMI952339A1; US5565158A; CA2154434A1; ITMI952339A0

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur stofflichen Verwertung von multikomponentigem gemischten Kunststoffabfall. Insbesondere betrifft diese Erfindung ein Verfahren zur stofflichen Verwertung von multikomponentigem gemischten Kunststoffabfall durch Überführung in Garn.

Die stoffliche Verwertung von Abfällen gewinnt in der modernen Gesellschaft immer mehr an Bedeutung. Die bestehenden Deponien füllen sich auf, für neue ist kaum noch Platz. Ein weiterer Grund für die Abfallverwertung ist die weltweite Verknappung der für die Erzeugung von Neuware erforderlichen Rohstoffe. Da bieten sich die häufig aus Erdölprodukten hergestellten Altkunststoffe zur stofflichen Verwertung geradezu an. Kunststoffe sind generell nicht schnell abbaubar, das Erdöl wird letztendlich versiegen.

Gemischter multikomponentiger Kunststoffabfall, d. h. Polymergemische aus zwei oder mehr polymeren Komponenten, ist besonders zur stofflichen Verwertung geeignet. Ein Beispiel für ein gemischtes multikomponentiges Kunststoffabfallsystem ist die Bikomponentenfaser und aus Bikomponentenfasern hergestellte Produkte.

Gegenüber Fasern aus nur einer Komponente zeigen Bikomponentenfasern bei einigen Anwendungen verbesserte Eigenschaften. Bikomponentenfasern bestehen aus zwei verschiedenen polymeren Komponenten, die als zwei getrennte Domänen vorliegen. In Multikomponentenfasern liegen zwei oder mehr verschiedene polymere Komponenten in getrennten Domänen vor. Dabei muß man Bikomponenten- und Multikomponentenfasern von solchen Fasern unterscheiden, die zwei bzw. zwei oder mehr als zwei verschiedene Polymere nicht in Form getrennter Domänen, sondern nur im Gemisch enthalten.

Beispiele für Bikomponentenfaserstrukturen sind u. a. Kernmantel-, Inseln-im-Meer-, Seite-an-Seite- und weitere Anordnungen, wie aus den US-Patenten Nr. 3 718 534, 4 370 114, 3 531 368 und 5 162 074 bekannt, auf die alle hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird.

Eine beliebte Bikomponentenfaser hat einen Mantel aus Nylon 6 (Polycapronsäureamid) und einen Kern aus Polyethylenterephthalat (PET). Dieser Fasertyp eignet sich insbesondere zur Herstellung von Faservliesen, da Nylon 6 eine niedrigere Schmelztemperatur als PET aufweist, was bei Erhitzung auf mindestens den Schmelzpunkt von Nylon 6 an den Kreuzungspunkten der Filamente zu punktförmigen Verschweißungen führt. Bei bestimmten Anwendungen dieser Bikomponentenfasern können jedoch große Mengen Rückstand anfallen, die der Deponierung zugeführt werden. So fallen z. B. bei der Herstellung von textilen Flächengebilden und Autoteppichböden aus Colback (eingetragenes Warenzeichen der Akzo), einem Garn, das zu 23% aus einer Haut aus Nylon 6 und zu 77% aus einem Kern aus PET besteht, große Mengen an Colback-Garn-, -Vliesstoff- und Randabschnittabfällen an. So fallen z. B. bei der Vliesstoffherstellung jährlich über 200 Tonnen Rückstände an, die der Deponierung zugeführt werden, wobei diese Menge aufgrund aktueller und geplanter Produktionssteigerungen voraussichtlich noch ansteigen wird.

Aus gemischten Kunststoffabfällen hergestelltes Rezyklat kann bei der richtigen Anwendung recht wertvoll sein. Eine besonders wünschenswerte Möglichkeit zur stofflichen Verwertung von gemischten Kunststoffabfällen wie Colback-Garn- und -Vliesstoffproduktionsrückständen besteht in der Überführung der Abfälle in Garn zum Wiedereinsatz in neuen Flächengebilden.

Gemischte Kunststoffabfälle bringen jedoch bei der stofflichen Verwertung ganz spezielle Probleme mit sich. So liegt z. B. ein Nachteil der stofflichen Verwertung von Colback-Garn- und -Vliesstoffproduktionsrückständen darin begründet, daß Nylon und PET zwar jedes für sich leicht zu verwerten sind, die Verwertung von Gemischen aus Nylon und PET sich jedoch weniger leicht gestaltet. Die stoffliche Verwertung von gemischten Kunststoffabfällen erfordert in der Regel eine Trennung der polymeren Komponenten. Trennverfahren basieren allgemein auf mechanischer Trennung, chemischer Trennung oder einer Mischform dieser Ansätze. In der Regel lohnt es sich aber nicht, Nylon und PET mittels dieser herkömmlichen Verfahren zu trennen.

Zur mechanischen Trennung von Feststoffen gibt es unter anderem auf Größe- und Dichteunterschieden beruhende Verfahren, bei denen solche Vorrichtungen wie Zyklone und Siebsichter zum Einsatz kommen, für die die Feststoffe in Form von physikalisch verschiedenen Teilchen vorliegen müssen. Zur stofflichen Verwertung von Colback-Garn- und -Vliesstoffproduktionsrückständen muß man sie zu Größen vermahlen, die leicht in Nylon- und PET-Teilchen zerfallen. Das erfordert das Mahlen zu Teilchen, die kleiner als der Durchmesser der Colback-Filamente, die einen Durchmesser von etwa 40 µm aufweisen, sind. Das heißt, der Colback-Garn- und -Vliesstoffproduktionsrückstand muß zu Teilchen vermahlen werden, die ein Sieb der Maschenweite 400 Mesh (Lochgröße 37 µm) passieren können. Dafür gibt es zwar entsprechende Vorrichtungen, wie den Mikro-Atomizer der Pulverizing Machinery Co., jedoch ist das Zermahlen von Kunststoffen schwierig und in der Regel auch teuer und erfordert häufig kältetechnische Verfahren.

Ein chemisches Trennverfahren zur Rückgewinnung von Nylon 6 aus Colback-Abfall ist z. B. aus dem eigenen US- Patent Nr. 5 241 066 bekannt. Dabei liegt ein großer Nachteil der Anwendung von chemischen Trennverfahren zur Abtrennung von Nylon 6 und PET aus deren Mischungen darin begründet, daß es mehrere Lösungsmittel gibt, die zwar Nylon 6, aber nicht PET lösen können. Auch sprechen Umweltbedenken hinsichtlich der Verwendung von Lösungsmitteln gegen die Anwendung von chemischen Trennverfahren.

Die stoffliche Verwertung von Kunststoffabfällen aus gemischten Polymeren kann weiter dadurch erschwert werden, daß die miteinander vermischten Polymere nicht miteinander verträglich sind. Ganz allgemein unterscheidet man bei Polymermischungen verträgliche und unverträgliche. Verträgliche Mischungen, wie z. B. bestimmte Konzentrationen von Polybutylenterephthalat (PBT) in PET, haben in der Regel nur einen Schmelzpunkt und sehen unter dem Mikroskop homogen aus. Unverträgliche Mischungen, wie z. B. die meisten Konzentrationen von Nylon 6 in PET, zeigen mehrere Schmelzpunkte und sehen unter dem Mikroskop heterogen aus. Unverträgliche Mischungen zeichnen sich oft durch schlechte Haftung zwischen den Phasen aus.

Im geschmolzenen Zustand bilden unverträgliche Polymermischungen flüssige Dispersionen. Das Verhalten von flüssigen Dispersionen versteht man zwar recht gut im Falle von Newtonschen Flüssigkeiten, recht schlecht jedoch im Falle von zähflüssigen Flüssigkeiten wie Polymerschmelzen.

Die Morphologie dieser unverträglichen flüssigen Dispersionen stellt gewisse Anforderungen an die Spinn- und Streckverfahren. Bekanntlich zeigen unverträgliche flüssige Dispersionen wie Nylon/PET-Dispersionen eine Morphologie, bei der ein Polymer Kugeln bildet, die vom anderen Polymer umgeben sind. Die Größe und Form dieser Kugeln beeinflussen die Eigenschaften des fertigen Garns.

So kann zum Beispiel die Größe und Form der Kugeln die Faserbildung aus der Schmelze beeinträchtigen. Ganz allgemein müssen die Kugeln für einen annähernd homogenen Fluß der Masse wesentlich kleiner als der Kapillaren durchmesser der Spinndüse sein. Bei zu großen Dispersionskugeln kann es unmöglich sein, eine Faser zu erspinnen. Zudem können große Kugeln auch bei erfolgreichem Spinnen noch das Verstrecken der Spinnfasern erheblich erschweren.

Die Größe und Form der Kugeln unterliegen dem Einfluß der Bedingungen der Schmelze, in der die Grenzflächenspannung zwischen den beiden unvermischbaren Polymeren durch viskose und elastische Kräfte ausbalanciert wird. Die Größe der Kugeln in Schmelzdispersionen wird durch zwei dynamische Prozesse bestimmt: Dispersion und Koaleszenz. Durch Dispersion zerfallen die Kugeln, durch Koaleszenz werden sie wieder vereinigt. Diese Prozesse konkurrieren und können ein Gleichgewicht erreichen. Ein solches Gleichgewicht ist abhängig von den volumetrischen Konzentrationen, der örtlichen Schergeschwindigkeit, dem Flußtyp, der Grenzflächenspannung und den Viskositäten der Flüssigkeiten.

Da kleinere Kugeln das Erspinnen von Fasern erleichtern, begünstigen bessere Verarbeitungsbedingungen die Dispergierung der Kugeln und verhindern ihre Koaleszenz. Die Dispergierung von Kugeln erzielt man am leichtesten bei einem Verhältnis der Viskositäten (Kugeln/Matrix) zwischen etwa 0,3 und etwa 1,5, sie findet aber überhaupt nicht statt bei einem Verhältnis von über 3,0. Begünstigt wird der Dispersionsprozeß auch durch abnehmende Grenzflächenspannung und zunehmende örtliche Turbulenzscherspannung. Die Grenzflächenspannung kann man mit Phasenvermittlern oder durch Modifizierung der Polymerchemie (einschließlich Oxidation) ändern. Die örtliche Scherspannung kann man auf verschiedenste Weise erhöhen, wie z. B. durch Erhöhung der Fließgeschwindigkeit oder durch Senkung der Filtrationsgröße und des Spinndüsenkapillarendurchmessers (durch kleine Kapillaren kann es aber dann zu anderen Fließproblemen kommen).

Die Koaleszenz von Kugeln zu größeren Kugeln kann man unterbinden, indem man die volumetrische Konzentration der Kugelphase senkt und die Schergeschwindigkeit herabsetzt.

In hochviskosen Flüssigkeiten, wie z. B. Polymerschmelzen, kann es sein, daß Dispersion und Koaleszenz nur langsam erfolgen, so daß sich während der Extrusion kein Gleichgewicht einstellt. Sofern Dispersion überwiegt, sollten längere Extrusionsverweilzeiten zu einer Verbesserung des Verfahrens führen, da sie die Kugelgröße senken. Sofern Koaleszenz überwiegt, sollte man kürzere Verweilzeiten anwenden, um dadurch die Kugelgröße zu verkleinern und so das Verfahren zu verbessern.

Beim Schmelzverzug, der zwischen der Düsenplatte (oder der Spritzquellung) und der Verfestigung des Garns erfolgt, fließt das geschmolzene Polymer im Dehnungsfluß, bei dem es neben der weiteren Dispergierung der Kugeln auch zu ihrer Verlängung kommen kann, während der Koaleszenzprozeß zum Erliegen kommt. Durch die Verlängung werden die Kugeln in eine rechteckige Form gezogen. Eine Kugel kann auch in kleinere Kugeln auseinandergezogen werden. Sowohl das Verlängen wie auch das Dispergieren der Kugeln sollte die physikalischen Eigenschaften der fertigen Faser verbessern.

Wie bereits oben erwähnt, ist ein schon unter Schwierigkeiten aus einer unverträglichen Polymermischung gesponnenes Garn gegenüber einem Garn aus reinem Polymer oder einer verträglichen Mischung noch schwerer zu verstrecken. Bestenfalls enthält die Mischung lange Fibrilen, die sich zusammen mit dem Matrixpolymer verformen lassen.

Schlimmstenfalls enthält die Mischung große Kugeln, die sich beim Verstrecken als formbeständig erweisen. Da die Morphologie des Garns von den Spinnbedingungen abhängt, kann das Zugverhalten des Garns wesentlich mit Variationen beim Spinnen variieren. Daher sollten Verarbeitungsbedingungen für unverträgliche flüssige Dispersionen auf die Erzielung relativ kleiner Kugeln ausgerichtet sein, um so das Spinnen und Verstrecken zu erleichtern und ein Garn mit verbesserten physikalischen Eigenschaften zu erhalten.

Es gibt verschiedene Rezyklierungsverfahren, bei denen man gemischte Polymere einsetzen kann. Eingewiesen sei zum Beispiel auf das professionelle Entwicklungsseminar der Universität Clemson, "Thermoplastic Waste Reclamation", 9.-10. Februar 1993; Kaminsky, W., "Recycling of Polymeric Materials by Pyrolysis", Makromol. Chem., Macromol. Symp. 48/49, S. 381-393 (1991); und Chemical Week, "Honing Technology to Improve Economics", 18./25. Dezember 1991. Aus einer Mischung gebrauchter Kunststoffe kann man eine Art Kunststoffholz extrudieren, während Verbrennung bzw. energetische Verwertung Energie aus Kunststoffmischungen erzeugt. Das thermische Spalten von Polymeren (Pyrolyse) ist eine in der Entwicklung stehende Technik, die für die Zukunft interessant sein könnte. Die meisten Kunststoffverwertungsverfahren erfordern jedoch ziemlich sortenreine Kunststoffe.

Frühere Versuche, Colback-Garn- und -Vliesstoff produktionsrückstände durch Überführung in Garn zu verwerten, waren allerdings nicht von Erfolg gekrönt. Die Ursache für die Schwierigkeit der Garnbildung aus den Abfällen lag wohl in der Unverträglichkeit zwischen Nylon und PET. Selbst Versuche, Mischungen aus Neu-Nylon 6 und Neu-PET zu verspinnen, hatten keinen Erfolg.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereitstellung eines Verfahrens zur stofflichen Verwertung von multikomponentigen Polymermischungen.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur stofflichen Verwertung von bikomponentigen unverträglichen Polymermischungen.

Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur stofflichen Verwertung von Nylon-PET- Mischungen bereitzustellen.

Eine zusätzliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur stofflichen Verwertung von Colback-Nylon/PET-Produktionsrückständen durch Überführung in Garn.

Diese und weitere Aufgaben werden erfindungsgemäß gelöst.

Die vorliegende Erfindung basiert auf der überraschenden Entdeckung, daß Colback-Produktionsrückstände dadurch verwertet und in Garn überführt werden können, indem man ein Agglomerat aus den Colback-Rückständen verspinnt. Überraschend ist diese Entdeckung insbesondere, weil vorherige Versuche, Mischungen aus Neu-Nylon 6 und Neu-PET zu verspinnen, nicht erfolgreich waren.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit allgemein ein Verfahren zur stofflichen Verwertung eines multikomponentigen gemischten Kunststoffabfallmaterials, bei dem man ein multikomponentiges gemischtes Kunststoff abfallmaterial, insbesondere ein faserförmiges und vorzugsweise eine Bikomponentenfaser, agglomeriert und zu einem unverstreckten Garn verspinnt, wobei das multikomponentige gemischte Kunststoffabfallmaterial ein Gemisch aus mindestens zwei miteinander unverträglichen Polymeren darstellt.

Gegebenenfalls kann man zusätzlich eine Verstreckung entweder in einem mit dem Spinnen kontinuierlichen Verfahren oder als ein sekundäres, diskontinuierliches Verfahren nach dem Spinnen durchführen.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch das durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte Garn und solches Garn enthaltende Spinnvliesartikel.

Die Fig. 1 zeigt ein Diagramm der Beziehung zwischen der relativen Viskosität eines rheometerextrudierten Nylon-PET-Agglomerats gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Temperatur und Haltezeit.

Die Fig. 2A-2C sind Diagramme der Beziehung zwischen der Schmelzviskosität eines rheometerextrudierten Nylon-PET-Agglomerats gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Schergeschwindigkeit, der Temperatur und der Schmelzhaltezeit.

Die Fig. 3 ist ein Diagramm der Beziehung zwischen der Bruchdehnung des unverstreckten Garns und dem Einzeltiter des unverstreckten Garns.

Die Fig. 4 ist ein Diagramm der Beziehung zwischen der relativen Viskosität einer Nylon-PET-Polymermischung und der mittleren Extrusionsverweilzeit.

Die Fig. 5 ist ein Diagramm der Beziehung zwischen der Bruchdehnung eines unverstreckten Nylon-PET-Garns und der mittleren Extrusionsverweilzeit.

Erfindungsgemäß wird allgemein ein multikomponentiges gemischtes Kunststoffabfallmaterial agglomeriert und das Agglomerat zu unverstrecktem Garn versponnen.

Das beim erfindungsgemäßen Verfahren agglomerierte multikomponentige gemischte Kunststoffabfallmaterial ist eine Polymermischung generell aus mindestens zwei unverträglichen Polymeren.

Unverträgliche Polymere sind physikalisch und chemisch verschiedene und getrennte Einheiten und sind von verträglichen Polymeren zu unterscheiden, wobei die letzteren auch ohne Klebstoff oder Vorbehandlung fest aneinander haften können und sich nur in physikalischen Eigenschaften wie Taktizität, Kristallinität, Molekulargewicht oder Molekulargewichtsverteilung voneinander unterscheiden.

Beispiele für unverträgliche Polymerpaare sind unter anderem Polyamid (Nylon) mit PET, Polybutylenterephthalat (PBT), Polypropylen, Polyethylen und einem Copolymeren aus Vinylidenchlorid und Vinylchlorid sowie Polypropylen mit PET, Polyhexamethylen-1,3-benzoldisulfonamid, Poly-beta propionlacton, Polyharnstoff, Polystyrol und Poly-2- cyanacrylsäuremethylester.

Bevorzugt handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen agglomerierten und versponnenen Material um ein faserförmiges Material aus einem bikomponentigen unverträglichen gemischten Kunststoff. Als besonders zur erfindungsgemäßen Behandlung geeignet hat sich eine Mischung aus Polyamid (Nylon) und Polyester erwiesen. Aufgrund der großen Mengen an jährlich deponierten Colback-Produktionsrückständen ist es, wie bereits erläutert, besonders wünschenswert, Colback- Produktionsrückstände (23 Gew.-% Nylon 6, 77 Gew.-% PET) nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu behandeln.

Ein zur erfindungsgemäßen Verwendung besonders geeignetes Nylon 6 (Polycapronsäureamid) ist das dicarbonsäureterminierte Polycapronsäureamid gemäß US- Patent Nr. 3 658 981, auf das hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird. Dieses dicarbonsäureterminierte Polycapronsäureamid enthält 10 mÄq (Milliäquivalente) primärer Aminogruppen pro Kilogramm Polyamid. Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch nicht auf solche Polyamide beschränkt, sondern es können auch solche Polyamide darin Verwendung finden, die z. B. 100 mÄq Endgruppen und mehr als 40 mÄq primärer Aminogruppen pro Kilogramm Polyamid enthalten.

Neben PET sind als andere zum Einsatz in den für die Zwecke der Erfindung bevorzugten Nylon-Polyester-Mischungen geeignete Polyester unter anderem die aus der oben schon unter Bezugnahme erwähnten US-Patentschrift Nr. 3 658 981 bekannten zu nennen. Zu solchen Polyestern zählen unter anderem die mit 1 bis 2 aromatischen Ringen in der wiederkehrenden Einheit der Hauptkette, wie zum Beispiel Polybutylenterephthalat, Polyethylen-2,6- naphthalindicarboxylat, Polyethylen-2,7-naphthalindi carboxylat und Polyhexamethylen-4,4′-diphenylsulfondi carboxylat. Bei dem Polyester kann es sich auch um einen Copolyester aus zwei der oben aufgeführten Polyester handeln.

Die erfindungsgemäße agglomerierte Polymermischung kann etwa 5 Gew.-% bis etwa 95 Gew.-% eines Polymers und etwa 95 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-% des zweiten Polymers enthalten.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelte Nylon-PET-Mischungen können etwa 20 Gew.-% bis etwa 25 Gew.-% Nylon und etwa 75 Gew.-% bis etwa 80 Gew.-% PET enthalten. Wie schon weiter oben erwähnt, enthalten die in Colback-Garn und -Flächengebilden verwendeten Nylon 6/PET-Mischungen etwa 23 Gew.-% Nylon und etwa 77 Gew.-% PET. Garn und Flächengebilde unter dem Namen "Colback" sind im Handel von der BASF Corporation erhältlich. Hinsichtlich näherer Angaben zu Colback-Garnen und -Flächengebilden wird hiermit ausdrücklich zum Beispiel auf die US-Patentschrift Nr. 5 241 066 Bezug genommen.

Vor der Agglomerierung kann der gemischte Kunststoffabfall in allen geeigneten Verarbeitungsformen vorliegen, z. B. als Schnitzel, Pulver, Garn, Vliesstoff und ähnliches. Vorzugsweise wird der Abfall vor der Agglomerierung verkleinert. Die Verkleinerung kann zum Beispiel in einem Granulator erfolgen, in dem der Abfall in Schnitzel, Schuppen oder ähnliches umgeformt wird.

Die Agglomerierung der Abfallmischung kann in allen möglichen Plastkompaktoren erfolgen, wie z. B. einem Plastkompaktor des Typs CONDUX (erhältlich von CONDUX, Teil der HERBOLD Granulators Inc.). In der Regel erfolgt die Einführung der Abfallmischung in den Plastkompaktor mittels einer kontinuierlich arbeitenden Zufuhrschnecke. Die Agglomerierung des Kunststoffabfallgemischs erfolgt bevorzugt bei einer Temperatur zwischen der Glasübergangstemperatur des Polymergemischs und bei einer unter der Schmelztemperatur liegenden Temperatur.

Die Durchführung der Agglomerierung in einem solchen Temperaturbereich verhindert einen thermischen Abbau der Mischung und beschränkt den Viskositätsverlust auf ein Minimum. Typischerweise wird die Agglomerierung bei einer Temperatur von etwa 10°C über der Glasübergangstemperatur des Materials bis etwa 10°C unter der Glasübergangstemperatur des Materials durchgeführt. Die Glasübergangstemperatur der Polymermischung kann man nach bekannten Methoden bestimmen.

Nach der Agglomerierung kann das kompaktierte Abfallmaterial gewünschtenfalls zu Granulat verkleinert werden. Die Granulierung kann zum Beispiel in einem Granulator erfolgen. Das agglomerierte Material besteht generell aus Teilchen mit einem kieselähnlichen Aussehen.

Die Schmelzviskosität des Agglomerats ist für die Steuerung der Verspinnung des Agglomerats wichtig. So baut PET zum Beispiel mit der Zeit ab, was sich in niedrigeren Schmelzviskositäten zeigt. Je niedriger die Schmelzviskosität, desto kürzer die beim Spinnen erforderliche Verweilzeit. Bei niedrigschmelzviskosen Polymermischungen kann eine lange Verweilzeit zu Knötchenbildung im Garn und zu Oligomeransammlungen an der Spinndüsenplatte führen, was das Spinnen wesentlich erschwert.

Die Schmelzviskosität des Agglomerats ist zwar für die Steuerung des Spinnverfahrens wichtig, doch ist die relative Viskosität des Agglomerats leichter zu bestimmen.

Die Schmelzviskosität eines Agglomerats aus einer Mischung, die zu 23 Gew.-% aus Nylon 6 und zu 77 Gew.-% aus PET besteht, liegt bevorzugt bei etwa 60 bis etwa 150 Pa·s, besonders bevorzugt bei etwa 75 bis etwa 125 Pa·s, ganz besonders bevorzugt bei etwa 100 bis etwa 125 Pa·s. Die relative Viskosität des Agglomerats liegt bevorzugt bei etwa 1,5 bis etwa 2,5, besonders bevorzugt bei etwa 1,8 bis etwa 2,1 und ganz besonders bevorzugt bei etwa 1,8 bis etwa 1,95.

Aus den im weiteren genannten Gründen enthält das Agglomerat vor dem Spinnen vorzugsweise wenig Feuchtigkeit. Zur Senkung des Feuchtigkeitsgehalts kann man entweder das Agglomerat selbst trocknen oder, zum Beispiel durch Vakuum und Erhitzen in einem Mischgerät, das vor der Agglomeration vorliegende Gemisch aus polymeren Komponenten, wie das obenerwähnte Gemisch aus Polymerschnitzeln oder -pulvern.

Das Agglomerat kann ein oder mehrere Additive enthalten, wie zum Beispiel Hitze- und/oder Lichtstabilisatoren, Mattierungsmittel, Pigmente, Antistatika, Gleitmittel und ähnliche, die dem vorgesehenen Verwendungszweck des Garns entsprechen. So können Nylon-PET- Agglomerate zum Beispiel die Netzbarkeit oder Dispergierfähigkeit von Polyester durch Nylon bewirkende "Verbrückungsmittel" enthalten, um so die Bildung und Erhaltung einer Dispersion geschmolzener Polyesterteilchen im geschmolzenen Nylon zu erleichtern. Normalerweise kann das Agglomerat bis etwa 5 Gew.-% eines oder mehrerer der oben aufgeführten Additive enthalten.

Das Agglomerat kann man dann in allen herkömmlichen Spinnvorrichtungen, wie zum Beispiel solchen mit labormäßigen oder betriebsmäßigen Extrudern, verspinnen.

Ein Beispiel für einen geeigneten Laborextruder ist ein Extruder mit einem Schneckendurchmesser von einem Zoll und einer Kanaltiefe in der Dosierstrecke von 0,031 Zoll. Ein Beispiel für einen geeigneten betriebsmäßigen Extruder ist ein solcher mit einem Schneckendurchmesser von 3,5 Zoll und einer Kanaltiefe in der Dosierstrecke von 0,0938 Zoll. Jeder Extruder kann normalerweise bis zu vier Spinndüsen versorgen. Typisch sind ein stündlicher Durchsatz durch jede Spinndüse von 1 bis 5 lb und ein stündlicher Durchsatz für jede Kombination aus 136-Loch-Spinndüse und Kühlschacht von etwa 25,8 lb pro Stunde.

Allgemein verspinnt man das Agglomerat, indem man es durch den Extruder, einen Filter und mindestens eine Spinndüse leitet, wobei jede Spinndüse Kapillaren enthält.

In dem Extruder unterliegt das Agglomerat einer Temperatur, die ausreicht, das Agglomerat zu schmelzen, d. h. der Schmelztemperatur. Im Falle von Nylon-PET-Mischungen liegt diese Temperatur üblicherweise bei etwa 265°C bis etwa 285°C.

Im Extruder setzt man das Agglomerat üblicherweise Mischscherkräften aus, die ausreichen, um die Teilchengröße im gewünschten Bereich zu halten. Das Agglomerat enthält Teilchen mit einem Durchschnittsdurchmesser von bevorzugt etwa 1 bis etwa 5 Millimetern, besonders bevorzugt von etwa 1 bis etwa 3 Millimetern und ganz besonders bevorzugt von etwa 3 Millimetern.

Im Falle von erfindungsgemäß geeigneten Agglomeraten aus Nylon-PET-Polymermischungen liegt das scheinbare spezifische Mischschergeschwindigkeitsgefälle bevorzugt bei mindestens 80 s^-1 und ganz besonders bevorzugt bei etwa 120 bis etwa 200 s^-1.

Spinndüsenschergeschwindigkeitsgefälle durch das Spinndüsenloch liegen bevorzugt bei etwa 3000 s^-1, besonders bevorzugt bei mindestens 5000 s^-1 und ganz besonders bevorzugt bei bis zu etwa 30 000 s^-1.

Zu den wichtigsten Spinngrößen zählen Spinndüsenkapillarendurchmesser, Typ der Polymerfiltration, Spinntemperatur und Schmelzverweilzeit. Daneben scheint auch der Feuchtigkeitsgehalt des Agglomerats einen Einfluß auf das Spinnverhalten zu haben.

Jede Spinndüse besitzt Kapillaren eines zur weitgehenden Vermeidung von Filamentabrissen an der Spinndüse genügend großen Durchmessers. Dabei sollten die spinndüsenkapillaren nicht nur groß genug sein, um Brüche an der Spinndüse weitgehend zu vermeiden, sondern auch klein genug, um Filamentbrüche beim Lauf über eine Galette im Rahmen des Aufwickelns weitgehend zu vermeiden. Allgemein hängt die Kapillarengröße vom Einzeltiter der Filamente ab. In der Regel gilt: je kleiner der Einzeltiter, desto kleiner sollte der Kapillarendurchmesser sein. Da der Einzeltiter generell von der jeweils im Filament eingesetzten Polymermischung abhängt, kann auch die entsprechend einzusetzende Spinndüsenkapillarengröße sich entsprechend den jeweils in einem Filament vorliegenden Polymeren ändern. Der Fachmann kann den jeweils zur Verwendung bei einer bestimmten Polymermischung geeigneten Kapillarendurchmesser ohne weiteres bemessen.

Im Falle von Nylon-PET-Agglomeraten haben die Spinndüsenkapillaren bevorzugt einen Durchmesser von größer als 300 µm bis weniger als 1200 µm, besonders bevorzugt von etwa 600 µm bis etwa 1000 µm. Ganz besonders bevorzugt haben die Spinndüsenkapillaren einen Durchmesser von 800 µm. Versuche, Nylon-PET-Agglomerate durch Kapillaren mit einem Durchmesser von 300 µm zu verspinnen, ergaben häufig Brüche an der Spinndüse, während sich bei Versuchen mit Kapillaren eines Durchmessers von 1200 µm häufig Filamentbrüche an der Galette ergaben. Der Kapillarendurchmesser von 800 µm ist wesentlich größer als der von Kapillaren, die entweder für Nylon oder für PET allein eingesetzt werden. Dieser größere Kapillarendurchmesser führt bei der Dehnungsfließphase des Verzugs zu einer Verlängung der in der geschmolzenen Nylon- PET-Mischung enthaltenen Nylonkugeln, was das Garnverhalten verbessert. Weiterhin sollte das Verhältnis der Länge zum Durchmesser der Kapillaren bei 1,5 oder mehr liegen, wobei der erhöhte Druck, der erforderlich ist, um die Polymermischung mit der gewünschten Ausströmgeschwindigkeit durch eine längere Kapillare zu drücken, den oberen Grenzwert bestimmt. Bevorzugt liegt das Verhältnis der Länge zum Durchmesser der Kapillare bei etwa 2 bis 5.

Die Spinndüsenkapillaren können rund sein oder auch schlitzförmig, bogenförmig, dreieckig, quadratisch, halbmondförmig, kreuzförmig, sternförmig, Y-förmig oder ähnlich, und/oder sie können auch so angeordnet sein, daß sich die Filamente teilweise verkleben und so verschiedene unrunde Querschnitte annehmen. Löcher zur Bildung von Hohlfilamenten können auch eingesetzt werden. Der Einsatz von unregelmäßigen Formen kann jedoch die Spinndüsenscherverhältnisse beeinflussen.

Als Polymerfiltration werden diejenigen bevorzugt, die deutliche Erhöhungen des Packdrucks und die Bildung von Polymertropfen unter der Spinndüse vermeiden.

Infolge von Nylon 6/PET-Mischungen sind ganz besonders bevorzugte Typen der Polymerfiltration 10er Sintermetallkerzenfilter (Filtration 100 µm), z. B. Mott-10- Filter, sowie Siebfilter. 3er Sintermetallkerzenfilter (Filtration 15 µm), zum Beispiel Mott-3-Filter, können zu schnellem Packdruckaufbau und unter Umständen zur Bildung von Polymertropfen unter der Spinndüse führen. 6er Sintermetall kerzenfilter (Filtration 40 µm), zum Beispiel Mott-6-Filter, funktionieren viel besser als 3er Sintermetallkerzenfilter, können aber ebenfalls zu einer Erhöhung des Packdrucks führen.

Die Wahl der Spinntemperatur sollte weitgehendes Verspinnen der Polymermischung ermöglichen, ohne dabei einen merklichen thermischen Abbau einer oder mehrerer der Polymere des Agglomerats herbeizuführen. Zur Optimierung der Spinnleistung und Garnqualität muß die Spinntemperatur innerhalb von Grenzen geregelt werden. Die optimale Spinntemperatur hängt von der thermischen Stabilität und Viskosität der geschmolzenen Polymermischung ab. Zu hohe Temperaturen können zu thermischem Abbau, Vernetzung und anderen Veränderungen der geschmolzenen Polymermischung führen. Zu tiefe Spinntemperaturen können die Spinnbarkeit von hochviskosen Mischungen sehr nachteilig beeinflussen oder sogar völlig zunichte machen. Die Spinntemperatur ist also so zu wählen, daß diese Probleme vermieden werden. Zu hohe Drücke können zu Produktaustritt und zum Ausfall der Polymerpumpen wegen Verstopfung führen.

Für die bevorzugten Schmelzen aus Nylon-PET- Mischungen liegt die Spinntemperatur bevorzugt bei etwa 265°C bis etwa 285°C, besonders bevorzugt bei etwa 275°C bis etwa 285°C und ganz besonders bevorzugt bei etwa 275°C bis etwa 280°C.

Die mittlere Verweilzeit des Agglomerats in der Spinndüse darf nicht zum merklichen thermischen Abbau eines oder mehrerer der Polymere der Mischung führen. Die optimale Schmelzverweilzeit hängt von der thermischen Stabilität der geschmolzenen Polymermischung ab. Sollte eines oder mehrere der Polymere mit der Zeit abbauen, können zu lange Verweilzeiten zu Knötchenbildung im Garn und zur Ansammlung von Oligomer an der Spinndüsenplatte führen.

Da PET in der Schmelze mit der Zeit abbaut, ergeben kurze Verweilzeiten die besten Ergebnisse für Schmelzen aus Nylon-PET-Mischungen. Für diese Mischungen werden mittlere Verweilzeiten von etwa 5 bis etwa 10 Minuten bevorzugt.

Wie schon weiter oben erwähnt, scheint auch der Feuchtigkeitsgrad des Agglomerats das Spinnverhalten zu beeinflussen. Neben einer kurzen Schmelzverweilzeit könnte es also möglich sein, den Polymerabbau dadurch zu minimieren, daß man den Feuchtigkeitsgehalt des Agglomerats minimiert.

In den bevorzugten Nylon-PET-Agglomeraten liegt der Feuchtigkeitsgehalt bevorzugt bei unter 0,02 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt bei unter 0,01 Gew.-%.

Nach der Extrusion, üblicherweise in eine Ruhezone, werden die Filamente nach unten in eine Kühlzone geführt. Wie beim Schmelzspinnen von Multifilamentgarn üblich, üben die am Boden des Kühlschachts angeordneten Aufnahmerollen eine gewisse Spannung auf die extrudierten Filamente aus. Die Spannung wird auf ein niedriges, aber für einen ungestörten Betrieb ausreichendes Niveau eingestellt. Die auf das schmelzflüssige Filament ausgeübte Spannung ergibt sich aus der Einwirkung der Aufnahmerollen und aus dem Gewicht des Filamentteils unterhalb der bei austretenden schmelzflüssigen Filamenten knapp unter deren Austritt aus der Spinndüse zu beobachtenden Anschwellung mit einem gegenüber dem Spinndüsenkapillarendurchmesser größeren Durchmesser im Millimeterbereich, und verstreckt das schmelzflüssige Filament. Die Spannung steht mit der Verlängerung des Filaments bei der Aufnahme in Beziehung, wobei die Aufnahme wiederum dem Schachtverzug, d. h. dem Quotienten aus Aufnahmegeschwindigkeit und der Abzugsgeschwindigkeit des schmelzflüssigen Polymerstroms, proportional ist. Höhere Abzugsgeschwindigkeiten ermöglichen also bei gegebenen Durchsatz- und Aufnahmegeschwindigkeiten eine geringere Spannung im schmelzflüssigen Filament. Die höheren Abzugsgeschwindigkeiten begünstigen auch die Verringerung des Durchmessers der obenangesprochenen Anschwellung im austretenden schmelzflüssigen Filament.

Die maximal einzustellende Abzugsgeschwindigkeit ist abhängig von Faktoren wie Polymerviskosität, Anblasluftmenge und ähnlichen und wird dadurch begrenzt, daß bei übermäßigen Abzugsgeschwindigkeiten die extrudierten Filamente eine unregelmäßig forminstabile Schmelzanschwellung ausbilden, die zu Unregelmäßigkeiten im Einzeltiter und ähnlichem führt.

Im erfindungsgemäßen Verfahren überschreiten die Abzugsgeschwindigkeiten bevorzugt nicht etwa 200 Fuß/min.

Das unverstreckte Garn wird üblicherweise über einen Präparationsauftrag, wo es in der Regel großzügig präpariert wird, und eine Galette geleitet und dann aufgespult, z. B. auf einem Schweiter-Wickler.

Die geschmolzene Polymermischung kann entweder in einem mit dem Spinnen kontinuierlichen Verfahren oder als ein sekundäres diskontinuierliches Verfahren nach dem Spinnen gegebenenfalls unter Einwirkung von Wärme verstreckt werden. Bei einer Kaltverstreckung wird das unverstreckte Filament aus einem Polymer permanent bei einer Temperatur unter der Glasübergangstemperatur des Polymers gestreckt. Beim Heißverstrecken wird das unverstreckte Filament in der Nähe oder über der Glasübergangstemperatur der zwei oder mehr Polymere auf geheizten Galetten verstreckt.

Das unverstreckte Garn kann nach bekannten Verfahren verstreckt werden, wie z. B. denen gemäß der schon unter ausdrücklicher Bezugnahme oben erwähnten US-Patentschrift Nr. 3 658 981. So kann das Garn z. B. auf die für technische Anwendung erwünschte größtmögliche Festigkeit oder auf die im textilen Bereich erforderliche hohe Festigkeit und hohe Gleichmäßigkeit (Abwesenheit von Farbstoffstreifen und Streifigkeit) verstreckt werden.

Das bei der Verstreckung angewendete Verstreckverhältnis, d. h. das Verhältnis der Länge des verstreckten Filaments zu der Länge des gesponnenen, unverstreckten Filaments, richtet sich in der Regel nach der Bruchdehnung des unverstreckten Garns. Das Verstreckverhältnis sollte für ähnliche Bruchdehnung des verstreckten Garns sorgen. Für ein bestimmtes unverstrecktes Garn zu hohe Verstreckverhältnisse können zu einem hohen Anteil von Filamentgebrochenen in dem verstreckten Garn führen. Diese Filamentbrüche beeinträchtigen wiederum die Verarbeitbarkeit des verstreckten Garns.

Bevorzugt wird im erfindungsgemäßen Verfahren unverstrecktes Nylon-PET-Garn nach dem Spinnen auf erhitzten, bevorzugt etwa 80°C bis etwa 100°C, ganz besonders bevorzugt etwa 90°C heißen Galetten zu einem Verstreckverhältnis von 3,5 oder weniger, besonders bevorzugt von etwa 2,95 bis etwa 3,30 und ganz besonders bevorzugt von etwa 2,95 bis etwa 3,0, verstreckt. In Versuchen auf einer Streckzwirnmaschine kam es bei einem Verstreckverhältnis von 3,5 zu häufigen, bei einem Verstreckverhältnis von 3,25 zu weniger häufigen Filamentbrüchen. Somit kann man bei der Heißverstreckung zwar Verstreckverhältnisse bis zu 3,5 anwenden, wegen der geringen Anzahl von Filamentbrüchen sind niedrigere Verstreckverhältnisse jedoch bevorzugt.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann man unverstrecktes Nylon-PET-Garn mit einem Einzeltiter von nur 20 Denier herstellen, das nach einer Heißverstreckung bei einem Verstreckverhältnis bis zu 3,50 ein Garn mit einem Einzeltiter von etwa 6 ergibt.

Verstreckte Filamente, wie die aus Abfällen hergestellten, können oft mehrere Einlagerungen enthalten, wobei es nach Filtrationstyp oder Verweilzeit keine großen Unterschiede gibt. Die Ursache für diese Einlagerungen ist noch nicht geklärt; dazu zählen aber Agglomerate aus Faseradditiven wie z. B. Farbrußteilchen. Einlagerungen können das Zugverhalten des Garns, insbesondere von Garnen mit einem niedrigen Einzeltiter, einschränken.

Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Garn hat eine Struktur des Typs "Fibril/Matrix" ("Inseln im Meer" oder "faserförmig"), bei der das in der größeren Menge vorliegende Polymer die Matrix bzw. das Meer bildet und das in der kleineren Menge vorliegende Polymer die Fibrile oder Inseln im Matrixmeer bildet. Aus Colback- Abfällen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Garn enthält in einem Matrixmeer aus PET verteilte Fibrilinseln aus Nylon, wobei die Nylonfibrile bzw. -inseln hauptsächlich in Längsrichtung entlang der Filamentachse liegen.

Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Garn eignet sich zum Wiedereinsatz in einem Flächengebilde. Dabei befindet sich das rezyklierte Garn üblicherweise in einem Zentralbereich des Flächengebildes. Weiterhin eignet sich das Garn zur Verwendung in den in weiterreißfesteren Flächengebilden eingesetzten schweren Monofilamenten sowie für Anwendungen, bei denen es auf einen hohen Einzeltiter ankommt und ein graugefärbtes Garn in Kauf genommen werden kann.

Die folgenden Versuche sollen die Möglichkeit der Herstellung von Garn aus agglomerierten faserförmigen Polymermischungen belegen.

Beispiel 1

Kantenabschnitt aus 23 Gew.-% Nylon 6 und 77 Gew.-% PET wurde mit einem Plastkompaktor Condux CV-50 agglomeriert. Dabei schmolz das Polymergemisch nicht, sondern wurde bei einer Temperatur im Bereich der Glasübergangstemperatur verdichtet. Die Agglomeratteilchen hatten einen Nenndurchmesser von 3 Millimetern (mm) und ein kieselähnliches Aussehen. Bei der Agglomerierung trat leichte Dampfentwicklung auf, vermutlich aus monomerem Caprolactam. Das Agglomerat besaß eine relative Viskosität von etwa 2,03.

Das Agglomerat wurde dann in einem Rheometer (Göttfert® Rheograph 2002) extrudiert. Das erhaltene Extrudat wurde hinsichtlich der Einflüsse von Temperatur und Schmelzhaltezeit auf die relative Viskosität des Extrudats und der Einflüsse von Schergeschwindigkeit, Temperatur und Schmelzhaltezeit auf die Schmelzviskosität des Extrudats hin untersucht.

Durchgeführt wurden die Versuche bei Schergeschwindigkeitsgefällen von 1000 s^-1, 2000 s^-1, 4000 s^-1 und 8000 s^-1, Temperaturen von 275°C, 278°C, 280°C, 282°C und 285°C sowie Schmelzhaltezeiten von 2, 6, 10, 14 und 18 Minuten (die eigentliche Verweilzeit war 2-3 Minuten länger als die Schmelzhaltezeiten). Es wurde jeweils eine Düse mit einer Kapillare von 15 mm Länge und einem Durchmesser von 0,5 mm (500 µm) eingesetzt.

Die Beziehung zwischen der relativen Viskosität des aus dem Rheometer extrudierten Agglomerats und der Temperatur und der Schmelzhaltezeit ist aus Fig. 1 ersichtlich. Die Fig. 1 zeigt eine von der Temperatur abhängige zeitliche Abnahme der relativen Viskosität.

Die Beziehung zwischen der Schmelzviskosität des rheometerextrudierten Agglomerats und der Schergeschwindigkeit, Temperatur und Schmelzhaltezeit ist in Fig. 2A-2C ersichtlich. Die Schmelzhaltezeit betrug 2 Minuten in Fig. 2A, 10 Minuten in Fig. 2D und 18 Minuten in Fig. 2C. Dabei war die eigentliche Verweilzeit jeweils 2-3 Minuten länger als die Haltezeit. Die Fig. 2A-2C zeigen jeweils eine von der Temperatur abhängige zeitliche Abnahme der Schmelzviskosität.

Beispiele 2A-2F

Das in Beispiel 1 hergestellte Agglomerat wurde über Nacht getrocknet und dann auf einem gegenläufigen Leistritz- Doppelschneckenextruder bei 280°C mit 15 lb/h durch ein Loch mit einem Durchmesser von 2 mm zu Monofilamenten extrudiert und in Wasser abgeschreckt. Die Monofilamente hatten jeweils einen Nenndurchmesser von 3000 Denier (600 µm). In dem Monofilament lag das Nylon in Form von kleinen Kugeln, umgeben von PET, vor.

Beispiele 3A-3E

In den Beispielen 3A-3E wurden aus dem extrudierten Agglomerat gemäß Beispiel 2 feintitrige unverstreckte Garne mit einem Einzeltiter von 23 bis 84 Denier hergestellt und dann auf einer Streckzwirnmaschine heiß verstreckt. In diesen Beispielen wurden verschiedene Spinndüsenkapillarengrößen und Schmelztemperaturen beurteilt. Achtlochspinndüsen wurden zu 800 µm- oder 1200 µm-Löchern durchbohrt. Eine Spinndüse wurde im ursprünglichen Zustand verwendet, nominell mit 300 µm- Löchern. Förderleistungen variierten zwischen 7,7 g/min und 26 g/min. Das Garn wurde über eine Präparierung und eine Galette auf einer Schweiter-Aufwickelmaschine aufgewickelt.

Die Galettengeschwindigkeiten variierten im Bereich von etwa 390 bis etwa 830 m/min, wobei die entsprechenden Aufspulgeschwindigkeiten bei etwa 393 m/min bis etwa 835 m/min lagen. Als Präparation wurde eine 30%ige Emulsion großzügig auf das Garn aufgetragen.

Die zur Herstellung der unverstreckten Garnproben jeweils angewendeten Förderleistungen, Spinndüsenlochgrößen und Aufspulgeschwindigkeiten sind in Tabelle I zusammengefaßt. Die Spinntemperatur betrug 285°C in Beispiel 3C und 278°C in den anderen Beispielen. Morphologische Meßwerte der unverstreckten Garnproben gemäß den Beispielen 3E und 3F sind aus Tabelle II ersichtlich.

Die Beziehung zwischen der Bruchdehnung des unverstreckten Garns und dem Einzeltiter sind aus Fig. 3 ersichtlich. In Fig. 3 entsprechen die quadratischen Punkte den in den Beispielen 3A bis 3E hergestellten Proben und auch den unter den gleichen Spinnbedingungen wie in Beispielen 3A, 3E und 3F hergestellten Proben. Die dunklen Rundpunkte in der Fig. 3 entsprechen den in den im weiteren näher erläuterten Beispielen 4A-4E hergestellten Proben.

Tabelle II

Beispiele 3E und 3F: Morphologische Meßwerte

Aus der Tabelle I und 71a. 3 ist ersichtlich, daß die Garnproben mit den höheren Einzeltitern die höchste Bruchdehnung ergaben. Die Garne mit den höheren Einzeltitern wurden bei kurzen Verweilzeiten hergestellt. Die Garne mit den höheren Einzeltitern, welche auch eine größere Querschnittsfläche aufweisen, sollten auch von den häufigen Garneinlagerungen weniger beeinflußt werden. Weiterhin sollten Garne mit einem höheren Einzeltiter auch aufgrund des höheren Verhältnisses von Fördergeschwindigkeit zu Aufspulgeschwindigkeit eine geringere Orientierung aufweisen.

Die unverstreckten Garnproben wurden dann mit 800 m/min zwischen einer heißen 90° Galette und einer Heizplatte 3,00fach und 3,25fach verstreckt. Die Heizplattentemperatur wurde zwischen 120°C, 140°C und 160°C variiert.

Beispiele 4A-4E

Die Beispiele 4A-4E wurden ausgeführt, um die Polymerfiltration zu untersuchen und den Einfluß der Schmelzverweilzeit auf das Faserverhalten zu bestimmen.

In den Beispielen 4A-4F wurden aus der in Beispiel 2 hergestellten extrudierten Polymermischung mit Wasser abgeschreckte Polymerproben hergestellt und ungefähr fünf Zoll unterhalb der Spinndüsenplatte in einem Becher mit kaltem Wasser gesammelt. Dazu wurden Siebe oder 3er Sintermetallkerzenfilter bei einer mittleren Verweilzeit von 5, 10 oder 20 Minuten zur Herstellung der mit Wasser abgeschreckten Polymerproben eingesetzt. Die jeweils angewendeten Filter und mittleren Verweilzeiten stehen in Tabelle III. Auch in Tabelle III aufgeführt sind die Größen der Nylonkugeln in den mit Wasser abgeschreckten Polymerproben.

Aus Tabelle III ist ersichtlich, daß generell die Verwendung von 3er Sintermetallkerzenfiltern etwas kleinere Nylonkugeln als die Verwendung von Siebfiltern ergab. Die Verweilzeit hatte wenig Einfluß auf die durchschnittliche Kugelgröße, kurze Verweilzeiten ergaben jedoch die kleinsten Streuungen der Kugelgrößen. Die kurzen Verweilzeiten trafen auch mit den größeren Bruchdehnungen zusammen. Die größere Dehnung mag an den einheitlicher bemessenen Kugeln oder an der höheren relativen Viskosität der Polymermischung oder beidem liegen.

In den Beispielen 4A-4E wurden gemäß Beispiel 2 hergestellte Proben aus der extrudierten Polymermischung zu unverstrecktem Garn versponnen. Während des Spinnens wurde die Polymerverweilzeit durch Einstellung der Förderleistung (15, 30 oder 60 g/min) geändert, während ein fast konstanter Einzeltiter von 40 Denier erzielt wurde, indem die Anzahl der Filamente (8 oder 32) und die Aufspulgeschwindigkeit (410 oder 812 m/min) geändert wurden. Spinnpacks mit 3er Sintermetallkerzenfiltern, 6er Sintermetallkerzenfiltern und 10er Sintermetallkerzenfiltern sowie ohne Sintermetallfilter wurden verwendet, wobei alle Spinnpacks Siebfilter enthielten.

Alle Spinndüsen wurden mit Bohrungen von 800 µm versehen. Die jeweils verwendeten mittleren Verweilzeiten, Filtertypen, Aufspulgeschwindigkeiten und Filamentanzahlen sind in Tabelle IV aufgeführt.

Die Beziehung zwischen der relativen Viskosität der Polymermischung und der mittleren Extrusionsverweilzeit ist aus der Fig. 4 ersichtlich. Die Beziehung zwischen der Bruchdehnung des unverstreckten Garns und der mittleren Extrusionsverweilzeit ist in Fig. 5 wiedergegeben. In der Fig. 5 stellen die Punkte der Gruppe A bei einer mittleren Extrusionsverweilzeit von 5 Minuten gemessene Bruchdehnungswerte dar, wobei der Einzeltiter des unverstreckten Garns 40 Denier, die Anzahl der Filamente 32 und die Aufspulgeschwindigkeit 410 m/min betrug. Die Punkte gemäß Gruppe B bedeuten bei einer mittleren Extrusionsverweilzeit von 10 Minuten gemessene Bruchdehnungswerte, wobei der Einzeltiter des unverstreckten Garns bei 40, die Anzahl der Filamente bei 8 und die Aufspulgeschwindigkeit bei 812 m/min lagen. Die Punkte gemäß Gruppe C bezeichnen bei einer mittleren Extrusionsverweilzeit von 20 Minuten gemessene Bruchdehnungswerte, wobei der Einzeltiter des unverstreckten Garns bei 40, die Anzahl der Filamente bei 8 und die Aufspulgeschwindigkeit bei 410 m/min lagen.

Die Fig. 4 zeigt, daß die relative Viskosität der Polymermischung bei zunehmender mittlerer Extrusionsverweilzeit abnahm. Wie aus Tabelle IV und Fig. 5 ersichtlich, beeinflußte die mittlere Extrusionsverweilzeit bei einem fast konstant gehaltenen Einzeltiter die Bruchdehnung des Garns, wobei allerdings bei der feinheitsbezogenen Höchstzugkraft des Garns ein ähnlicher Trend nicht zu beobachten war.

Der Filtertyp hatte zwar anscheinend wenig Einfluß auf die physikalischen Garneigenschaften, dafür aber einen Einfluß auf die Spinnleistung. 3er Sintermetallkerzenfilter führten zu einem schnellen Spinnpackdruckaufbau und der Bildung von Polymertropfen unter der Spinndüse. 6er Sintermetallkerzenfilter funktionierten zwar viel besser als die 3er Sintermetallkerzenfilter, verursachten aber ebenfalls einen Spinnpackdruckaufbau. Die 10er Sintermetallkerzenfilter und die Siebfilter ergaben die besten Spinnleistungen.

Morphologische Meßwerte des unverstreckten Garns gemäß den Beispielen 4A, 4B, 4E und 4F sind in Tabelle V aufgeführt.

Gemäß Tabelle III korrelieren die einheitlicheren Kugelgrößen zwar mit der höheren Garnbruchdehnung, doch ist aus Tabelle V kein ähnlicher Trend mit der Variation der Stabdurchmesser ersichtlich.

Beim Spinnen wurden die Nylonkugeln zu Stäben verlängt, wobei das typische Kugelstreck- bzw. -verzugverhältnis bei zwei bis drei lag.

Das gemäß den Beispielen 4A, 4B, 4E und 4F hergestellte Garn wurde auf einem Galettenstand unter Verwendung eines Garntransportwagens als Aufsteckgatter verstreckt. Vier unverstreckte Fäden wurden zu einem verstreckten Faden zusammengeführt. Verstreckverhältnisse von 3,50, 3,30 und 2,95 wurden entsprechend der Bruchdehnung des unverstreckten Garns gewählt. Die drei Galettenduos wurden bei 90°C gehalten, wobei das erste Duo bei 400 m/min und das zweite bei 420 m liefen, und die Geschwindigkeit des dritten Duos entsprechend dem gewünschten Verstreckverhältnis eingestellt wurde.

In diesen Beispielen wurden unter allen Bedingungen gelegentliche Filamentwickel beobachtet. Die in diesen Versuchen ausgewählten Verstreckverhältnisse wurden entsprechend den Bruchdehnungswerten der unverstreckten Garnproben so gewählt, daß sich ähnliche Bruchdehnungen für das verstreckte Garn einstellten.

In Tabelle VI sind die physikalischen Eigenschaften der verstreckten Garnproben zusammengefaßt.

Wie aus Tabelle VI ersichtlich, wurden feinheitsbezogene Höchstzugkräfte von fast 3 Gramm/Denier bei Bruchdehnungswerten von nahezu 50% beobachtet.

Im verstreckten Garn kann eine signifikante Streuung der Filamentgrößen vorliegen. Diese Streuung beruht nicht auf ungleichmäßigem Verstrecken, sondern entsteht schon beim Spinnen. Es ist höchstwahrscheinlich so, daß der Grund für die Streuung einer Streuung der Spinndüsenkapillarendurch messer und den relativ kurzen Kapillarenlängen zuzuschreiben ist.

Das verstreckte Garn kann auch mehrere Einlagerungen enthalten. Einlagerungen treten häufig (in der Regel alle 8 mm) in diesen Filamenten auf, wobei der verwendete Filtrationstyp oder die Schmelzverweilzeit keine große Rolle spielt.

Durch die Verstreckung des Garns werden die Nylonkugeln noch länglicher. In REM-Aufnahmen der geschälten Oberflächen des verstreckten Garns ist das Nylon nicht mehr ohne weiteres von dem PET zu unterscheiden.

Für Einsatzversuche auf einer Vliesmaschine wurde eine Probe des unverstreckten Garns gemäß Beispiel 4E auf 90°C heißen Galetten 3,50fach verstreckt und als Glattgarn aufgewickelt. Dazu wurde das unverstreckte Garn schon als Glattgarn von den Spulen abgewickelt. Das Garn wurde dann im Gatter einer Vliesanlage angeordnet und durch die Garnhülsen hindurch zu den Vliesmaschinen geblasen. Durch Filamentbrüche riß das Garn schon in den Garnhülsen, noch ehe Flächengebilde daraus hergestellt werden konnten.

Vergleichsbeispiele A bis C

Drei Mischungen aus jungfräulichen Schnitzeln, die zu etwa 23 Gew.-% aus Nylon und zu etwa 77 Gew.-% aus PET bestanden, wurden auf einem gegenläufigen Leistritz- Doppelschneckenextruder bei 280°C mit 15 lb/h durch eine Düse mit einem Loch von 2 mm Durchmesser in Monofilamente extrudiert und dann mit Wasser abgeschreckt. Dabei wurden jeweils Siebfilter und eine mittlere Verweilzeit von 5 Minuten angewendet.

Die Mischungen erwiesen sich als nicht spinnfähig. Somit wurden nur mit Wasser abgeschreckte Proben für morphologische Untersuchungen erhalten.

Die durchschnittlichen Durchmesser der Nylonkugeln sowie die Viskositäten des Nylons und PETs in den mit Wasser abgeschreckten Mikrofilamenten aus jungfräulichem Polymer bei bestimmten Geschwindigkeitsgefällen sind in Tabelle VII wiedergegeben.

Tabelle VII

Vergleichsbeispiele A bis C

Viskositäten und durchschnittliche Kugeldurchmesser

Die Angaben in Tabelle VII zeigen, daß die kleinsten Kugeln dann auftreten können, wenn die PET- und Nylon- Viskositäten einander am ähnlichsten sind. Aufgrund der kleineren Kugeln in der jungfräulichen Polymermischung wurde eine homogenere Masse mit besseren Spinneigenschaften erwartet. Es zeigte sich jedoch, daß trotz der generell kleineren Kugeln aus den jungfräulichen Polymermassen diese Massen nicht versponnen werden konnten. Somit scheint etwas anderes als die Morphologie der Masse die Spinneigenschaften der Masse zu beeinflussen.

Die vorhergehenden Beispiele zeigen also, daß man Garn aus agglomerierten Nylon-PET-Abfall herstellen kann und zudem daß ein solches Garn nicht aus gemischten jungfräulichen Polymeren hergestellt werden konnte, trotz der Tatsache, daß die Morphologien der Mischungen aus jungfräulichen Polymeren denen des Rezyklats entsprachen.

Claims

1. Verfahren zur stofflichen Verwertung eines multikomponentigen gemischten Kunststoffabfallmaterials, bei dem man das multikomponentige gemischte Kunststoffabfallmaterial agglomeriert und zu einem unverstreckten Garn verspinnt, wobei das multikomponentige gemischte Kunststoffabfallmaterial ein Gemisch aus mindestens zwei miteinander unverträglichen Polymeren darstellt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das multikomponentige gemischte Kunststoffabfallmaterial faserförmig ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das faserförmige multikomponentige gemischte Kunststoffabfallmaterial ein faserförmiges bikomponentiges Kunststoffgemisch darstellt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das bikomponentige Kunststoffgemisch ein Polyamid und einen Polyester enthält.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das bikomponentige Kunststoffgemisch etwa 5 bis etwa 95 Gew.-% Polyamid und etwa 95 bis etwa 5 Gew.-% Polyester enthält.

6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei es sich bei dem Polyamid um Polycapronsäureamid handelt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Polycapronsäureamid mit einer Dicarbonsäure terminiert ist.

8. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Polyester in der Hauptkette eine wiederkehrende Einheit mit 1 bis 2 aromatischen Ringen enthält.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Polyester aus der Gruppe Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, Polyethylen-2,6-naphthalindicarboxylat, Polyethylen-2,7- naphthalindicarboxylat, Polyhexamethylen-4,4′- diphenylsulfondicarboxylat und deren Copolyester stammt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei es sich bei dem Polyester um Polyethylenterephthalat handelt.

11. Verfahren nach Anspruch 4, wobei es sich bei dem Polyamid um Polycapronsäureamid und bei dem Polyester um Polyethylenterephthalat handelt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das bikomponentige Kunststoffgemisch etwa 20 bis 25 Gew.-% Polycapronsäureamid und etwa 75 bis etwa 80 Gew.-% Polyethylenterephthalat enthält.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das bikomponentige Kunststoffgemisch etwa 23 Gew.-% Polycapronsäureamid und etwa 77 Gew.-% Polyethylenterephthalat enthält.

14. Verfahren nach Anspruch 1, wobei man das multikomponentige gemischte Kunststoffabfallmaterial bei einer Temperatur von 10°C über bis etwa 10°C unter der Glasübergangstemperatur des Materials agglomeriert.

15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei man das multikomponentige gemischte Kunststoffabfallmaterial bei der Glasübergangstemperatur des Materials agglomeriert.

16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Agglomerat eine Schmelzviskosität von etwa 75 bis etwa 125 Pa·s aufweist.

17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Agglomerat eine Schmelzviskosität von etwa 100 bis etwa 125 Pa·s aufweist.

18. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Agglomerat ein oder mehrere Additive aus der Gruppe der Wärmestabilisatoren, Lichtstabilisatoren, Mattierungsmittel, Pigmente, Antistatika und Gleitmittel enthält.

19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Additiv bzw. die Additive in dem Agglomerat in einer Menge bis zu etwa 5 Gew.-% vorliegt bzw. vorliegen.

20. Verfahren nach Anspruch 1, wobei man das Agglomerat über einen Extruder, ein Filter und mindestens eine Spinndüse verspinnt, wobei die mindestens eine Spinndüse jeweils einen zur weitgehenden Vermeidung von Filamentabrissen an der mindestens einen Spinndüse ausreichenden Kapillarendurch messer aufweist und die Filtration des Filters ausreicht, um Spinnpackdruckaufbau sowie Polymertropfenbildung unter der mindestens einen Spinndüse weitgehend zu vermeiden, und dabei eine Spinntemperatur einhält, die ausreicht, das weitgehende Verspinnen des Agglomerats zu ermöglichen, ohne dabei einen nennenswerten thermischen Abbau eines oder mehrerer polymerer Bestandteile des Agglomerats hervorzurufen, sowie dabei eine mittlere Verweilzeit des Agglomerats in der mindestens einen Spinndüse einstellt, die keinen nennenswerten thermischen Abbau eines oder mehrerer polymerer Bestandteile des Agglomerats hervorruft.

21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei man ein bikomponentiges Kunststoffgemisch agglomeriert, das etwa 20 bis etwa 25 Gew.-% Polycapronsäureamid und etwa 75 bis etwa 80 Gew.-% Polyethylenterephthalat enthält, wobei die mindestens eine Spinndüse einen Kapillarendurchmesser von größer als etwa 300 µm bis weniger als etwa 1200 µm aufweist, ein Siebfilter oder ein Filter mit einer Filtration von etwa 40 µm bis etwa 100 µm einsetzt, eine Spinntemperatur von etwa 265°C bis etwa 285°C einhält und die mittlere Verweilzeit auf etwa 5 bis etwa 10 Minuten einstellt.

22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei die mindestens eine Spinndüse jeweils einen Kapillarendurchmesser von etwa 600 bis etwa 1000 µm aufweist.

23. Verfahren nach Anspruch 22, wobei die mindestens eine Spinndüse jeweils einen Kapillarendurchmesser von etwa 800 µm aufweist.

24. Verfahren nach Anspruch 21, wobei man ein Filter mit einer Filtration von etwa 100 µm oder ein Siebfilter einsetzt.

25. Verfahren nach Anspruch 21, wobei die Spinntemperatur bei etwa 275°C bis etwa 285°C liegt.

26. Verfahren nach Anspruch 25, bei dem die Spinntemperatur bei etwa 275°C bis etwa 280°C liegt.

27. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Agglomerat einen Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 0,02 Gew.-% aufweist.

28. Verfahren nach Anspruch 27, wobei das Agglomerat einen Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 0,01 Gew.-% aufweist.

29. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das unverstreckte Garn einen Einzeltiter von mindestens 20 Denier aufweist.

30. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das unverstreckte Garn Fasern mit einer Fibril-Matrix-Struktur enthält.

31. Verfahren nach Anspruch 1, wobei man das unverstreckte Garn in einem mit dem Spinnen kontinuierlichen Verfahren oder nach dem Spinnen in einem sekundären diskontinuierlichen Verfahren gegebenenfalls unter Einwirkung von Wärme verstreckt.

32. Verfahren nach Anspruch 1, wobei man das unverstreckte Garn nach dem Spinnen in einem zweiten diskontinuierlichen Verfahren verstreckt.

33. Verfahren nach Anspruch 32, wobei man das unverstreckte Garn in dem zweiten diskontinuierlichen Verfahren über eine Galette mit einer Temperatur von etwa 80°C bis etwa 100°C verstreckt.

34. Verfahren nach Anspruch 33, wobei die Galette eine Temperatur von etwa 90°C aufweist.

35. Verfahren nach Anspruch 31, wobei man das unverstreckte Garn mit einem Verstreckverhältnis von etwa 3,5 oder weniger verstreckt.

36. Verfahren nach Anspruch 35, wobei man das unverstreckte Garn mit einem Verstreckverhältnis von etwa 2,95 bis etwa 3,0 verstreckt.

37. Verfahren nach Anspruch 36, wobei man das unverstreckte Garn mit einem Verstreckverhältnis von etwa 2,95 bis etwa 3,30 verstreckt.

38. Verfahren nach Anspruch 31, wobei das verstreckte Garn einen Einzeltiter von etwa 6 Denier aufweist.

39. Unverstrecktes Garn gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1.

40. Verstrecktes Garn gemäß dem Verfahren nach Anspruch 31.

41. Verfahren zur stofflichen Verwertung eines multikomponentigen gemischten Kunststoffabfallmaterials, bei dem man ein durch ein Verfahren zur Agglomerierung eines ein Gemisch aus mindestens zwei miteinander unverträglichen Polymeren enthaltenden multikomponentigen Kunststoff abfallmaterials erhaltenes Agglomerat zu Garn verspinnt.

42. Verfahren nach Anspruch 41, wobei das multikomponentige Kunststoffabfallmaterial faserförmig ist.

43. Textiles Flächengebilde aus Garn gemäß dem Verfahren nach Anspruch 42.

44. Textiles Flächengebilde nach Anspruch 42, wobei sich das Garn in einem zentralen Bereich des Flächengebildes befindet.