DE19956730B4 - Verfahren zur Herstellung von Polyesterfasern mit hervorragendem Wasserabsorptionsvermögen - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Polyesterfasern mit hervorragendem Wasserabsorptionsvermögen, bei dem anorganische Teilchen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Calciumhydroxid-Teilchen, Magnesiumhydroxid-Teilchen, Manganhydroxid-Teilchen und Gemischen daraus, in einer Größe von 0,01 μm bis 50 μm, in einer Menge von 0,01–50 Gew.%, basierend auf dem Gesamtgewicht der Fasern zu einem Zugabezeitpunkt zugegeben werden, ausgewählt aus einer Polyesterpolymerisationsphase, einer Phase, in welcher Polyester unter Druck zu einer Spinndüse fließt, und einer Phase, in welcher Polyester zu Chips schmelzextrudiert wird.

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Polyesterfasern, welche, verglichen mit denjenigen aus Baumwolle und Wolle, eine höhere Wassersaugfähigkeit bzw. Wasserabsorptionsvermögen besitzen.
• Polyesterfasern werden gewöhnlich durch Polykondensation, vorwiegend aus Terephthalsäure oder aromatischer Dicarbonsäure, wie 2,6-Naphthalindicarbonsäure oder deren Esterderivaten, und Ethylenglykol hergestellt.
• Polyesterfasern sind vorzüglich in Bezug auf mechanische Eigenschaften und Temperaturbeständigkeit, aber schlecht im Wasserabsorptionsvermögen im Vergleich mit natürlichen Fasern, wie z.B. wiederaufbereiteter Zellulose, da Polyesterfasern in ihren Molekülen eine hohe Kristallinitätsstruktur und wenige wasseranziehende Gruppen, z.B. hydrophile Gruppen, besitzen. Der Begriff "Wasserabsorptionsvermögen", wie er hier benutzt wird, bedeutet das Ausmaß in welchem die Fasermenge, wie Filamente, Faserbündel, textile Gewebe, Gewirke bzw. Gestricke, Vliese und dergleichen, Wasser absorbiert. In dem Fall, in dem Wasserabsorptionsvermögen benötigt wird, kann die Verwendung von Polyesterfasern ein Problem verursachen.
• Aus diesem Grund ging aktive Forschung in Richtung der Entwicklung von Polyesterfasern mit hervorragendem Wasserabsorptionsvermögen, während sie gleichzeitig ihre physikalischen Eigenschaften behalten.
• US-3,329,557 C und GB-956,833 C offenbaren zum Beispiel, daß Polyester vor dem Spinnen mit hydrophilem Polyalkylenglykol gemischt wird. Die so erhaltenen Polyesterfasern zeigen jedoch völlig verschlechterte physikalische Eigenschaften und außerdem erreichen sie kein zufriedenstellendes Wasserabsorbierbarkeits-Niveau.
• DE 31 10 906 A1 beschreibt eine hydrophile Polyestermasse mit 1 bis 20 Gew.-% eines Alkali- und/oder Erdalkalisalzes von salzbildenden Polymeren und/oder Copolymeren als Füllstoff in feindisperser Verteilung, insbesondere mit max. Teilchengrößen von 1 μm. Das Wasserabsorptionsvermögen dieser Polyestermasse ist jedoch nicht zufriedenstellend. Über die mechanischen Eigenschaften (z.B. Festigkeit und Dehnung) werden keine Aussagen getroffen. Die koreanische Veröffentlichung No. 93-6779 offenbart einen Polyester, dem eine organische Verbindung mit Polyalkylen oder Polyamin als Hauptkette hinzugefügt wird. In der koreanischen Veröffentlichung No. 86-397 wird beschrieben, daß dem Polyester das Elutionsmittel ROSO3M (worin R eine Alkylgruppe mit 1–30 Kohlenstoffatomen oder eine Alkylaryl-Gruppe mit 7–40 Kohlenstoffatomen und M ein Alkalimetall oder ein Erdalkalimetall ist) hinzugegeben wird und versponnen und die Fasern mittels einer eluierenden Behandlung mit einer wäßrigen alkalischen Lösung porös gemacht werden. Diese Polyesterfasern haben ein bedeutend verbessertes Wasserabsorptionsvermögen, leiden aber unter dem signifikanten Nachteil, daß sie sehr teuer sind. Die Zusätze haben einen hohen Preis und zusätzliche Verfahren erhöhen die Produktionskosten.
• JP 9041220 AA beschreibt die Herstellung von Polyesterfasern unter Zugabe von z.B. Ca(OH)₂. Angaben über das Wasserabsorptionsvermögen, die physikalischen Eigenschaften oder die Größe der anorganischen Partikel werden nicht offenbart.
• Es ist auch bekannt, daß Polyesterfasern durch Hinzufügen von kolloidalen Siliziumdioxid-Teilchen hydrophil gemacht werden. Dies verursacht ebenfalls eine Zunahme der Produktionskosten.
• Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die oben genannten Probleme, entsprechend dem Stand der Technik, zu überwinden und ein Verfahren zur Herstellung von Polyesterfasern, die sowohl ein hervorragendes Wasserabsorptionsvermögen als auch hervorragende physikalische Eigenschaften zeigen, bereitzustellen.
• Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Polyesterfasern bereitzustellen, welches die Produktionskosten nicht signifikant steigert.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung von Polyesterfasern mit hervorragendem Wasserabsorptionsvermögen gelöst, bei dem anorganische Teilchen, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Calciumhydroxid-Teilchen, Magnesiumhydroxid-Teilchen, Manganhydroxid-Teilchen und Gemischen daraus, in einer Größe von 0,01 μm bis 50 μm, in einer Menge von 0,01–50 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht der Fasern, zu einem Zugabezeitpunkt zugegeben werden, ausgewählt aus einer Polyesterpolymerisationphase, einer Phase, in welcher Polyester unter Druck zu einer Spinndüse fließt, und einer Phase, in welcher Polyester zu Chips schmelzextrudiert wird.
• Polyester wird üblicherweise aus Polycarbonsäure und Polyalkohol hergestellt. Für die Polyesterfasern der vorliegenden Erfindung wird aromatische Dicarbonsäure oder ihre Esterderivate verwendet. Beispiele von aromatischen Dicarbonsäuren, die für die vorliegende Erfindung verwendet werden können, schließen Isophthalsäure, Terephthalsäure, 2,6-Napthalindicarbonsäure, Phthalsäure, Adipinsäure, Sebacinsäure und Gemische hieraus ein. Als Polyalkohol wird hauptsächlich Ethylenglykol zusammen mit einer kleinen Menge an anderen Alkoholen, beispielsweise Propylenglykol, Butandiol, 1,4-Cyclohexandiol und Neopentylglykol, verwendet.
• Falls dies notwendig ist, können Zusätze wie Hitzestabilisatoren, Antihaftmittel, Antioxidantien, Antistatikmittel, UV-Absorbenzien etc. zur Herstellung von Polyesterfasern verwendet werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden anorganische Teilchen zur Herstellung von Polyesterfasern benutzt, um die Polyesterfasern mit einer hohen Hydrophilie auszustatten. Die anorganischen Teilchen werden ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Calciumhydroxid-Teilchen, Magnesiumhydroxid-Teilchen, Manganhydroxid-Teilchen und Gemischen hieraus.
• Für den Zeitpunkt der Zugabe der anorganischen Teilchen während der Herstellung der Polyesterfasern kann ausgewählt werden aus einer Polyesterpolymerisationsphase, einer Phase in welcher Polyester unter Druck zu einer Spinndüse fließt, und einer Phase in welcher Polyester zu Chips schmelzextrudiert wird.
• In der Polyesterpolymerisationsphase werden die anorganischen Teilchen zeitlich gerade nach der Beendigung des Veresterungsschrittes hinzugefügt, oder zur Zeit des Polykondensationsschrittes. Diesbezüglich dürfen die hinzuzufügenden anorganischen Teilchen keine Feuchtigkeit enthalten, damit die Reaktion nicht unterdrückt wird.
• Der Polyester wird, nachdem er durch die Polykondensation polymerisiert wurde, unter Druck zu einer Spinndüse befördert, um zu Polyesterfasern versponnen zu werden. Im Laufe dieses Transports können Calciumhydroxid-Teilchen, Magnesiumhydroxid-Teilchen, Manganhydroxid-Teilchen und Gemische hieraus hinzugefügt werden. In diesem Zusammenhang wird ein Teil des Polymers von der Transport-Rohrleitung abgezogen, anorganische Teilchen werden hinzugefügt und zu dem in der Rohrleitung verbleibendem Polymer zurückgeführt.
• Wenn der polymerisierte Polyester zur Herstellung von Polyester-Chips zu einem Extruder befördert wird, werden die anorganischen Teilchen direkt zugeführt. Die anorganische Teilchen enthaltenden Polyesterchips können in der vorliegenden Erfindung alleine oder in Kombination mit anderen Polyesterchips verwendet werden.
• Typischerweise können Calciumhydroxid, Magnesiumhydroxid, Manganhydroxid aus Carbonaten oder Nitraten des Calciums, Magnesiums und Mangans erhalten werden. Zuerst werden die Carbonate oder Nitrate pyrolisiert, um Oxide zu erhalten, welche dann mit Wasser reagieren. Derartige anorganische Teilchen sind vorteilhaft, da sie aufgrund von einfachen Herstellungsverfahren leicht zu erhalten und preisgünstig sind. Außerdem befähigen Calciumhydroxid, Magnesiumhydroxid, Manganhydroxid durch ihre hervorragende Hydrophilie die Polyesterfasern dazu, ein hervorragendes Wasserabsorptionsvermögen aufzuweisen.
• Erfindungsgemäß weisen die anorganischen Teilchen eine Größe von 0,01 bis 50 μm auf. Wenn zum Beispiel anorganische Teilchen mit einer Größe kleiner als 0,01 μm verwendet werden, wird keine große Verbesserung des Wasserabsorptionsvermögens erreicht. Andererseits verursachen anorganische Teilchen größer als 50 μm eine Faserabtrennung während des Spinnens oder des Nachbearbeitungsverfahrens. Die anorganischen Teilchen werden vorzugsweise in einer Menge von ca. 0,1–50 Gew.-%, basierend auf dem Gewicht des Polyesters, verwendet. Zum Beispiel ergibt eine Menge von kleiner als 0,1 Gew.-% eine geringfügige Verbesserung des Wasserabsorptionsvermögens, während eine Menge von größer als 50 Gew.-% sich schädigend auf die physikalischen Eigenschaften des Polyesters auswirkt.
• Wie oben erwähnt ist, dürfen die anorganischen Teilchen weder Wasser noch Verunreinigungen aufweisen, da sonst eine Verminderung bzw. Verschlechterung der Spinnfähigkeit und des Nachbearbeitungsverfahrens festgestellt wird. Da das Vorhandensein von anorganischen Teilchen im Polyester ein direkter Faktor ist, um die physikalischen Eigenschaften des Polyesters zu beeinflussen, werden bevorzugt hochreine anorganische Teilchen verwendet. Ebenso muß bei der Bestimmung des Wassergehalts die Verarbeitungsfähigkeit und die physikalischen Eigenschaften der Polyesterfasern berücksichtigt werden.
• Ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung kann unter Heranziehen der folgenden Beispiele erreicht werden, welche die vorliegende Erfindung erläutern, aber nicht einschränken sollen.
• BEISPIEL I
• In einen Reaktor wurden 100 Gewichtsanteile Terephthalsäure und 45 Gewichtsanteile Ethylenglykol gegeben, welche dann während 4 Stunden durch Erwärmung auf 140–230°C unter Rühren verestert wurden. Nach Zugabe von 0,04 Gewichtsanteilen Antimontrioxid und 0,015 Gewichtsanteilen Phosphorsäure pro Gewichtsanteil Ethylenglykol, wurde die veresterte Mischung bei 230–285°C für 4 Stunden bei Betrieb unter Vakuum der Polykondensation unterworfen, um Polyester I zu ergeben.
• Der Polyester I wurde mit flüssigem Stickstoff verfestigt und zu einem Pulver zerstoßen. Danach wurden 80 Gewichtsanteile des Pulvers für 30 min mit 20 Gewichtsanteilen Calciumhydroxid-Teilchen mit einer durchschnittlichen Größe von 0,3 μm homogenisiert, das homogene Gemisch anschließend durch einen Doppelschnecken- Schmelzextruder geleitet, wodurch bei Betrieb unter Vakuum und 240–290°C Polyester II entstand.
• 90 Gewichtsanteile des Polyester I und 10 Gewichtsanteile des Polyester II wurden vermischt, bei 160°C für 6 Stunden mit heißer Luft getrocknet, in einem Schmelzextruder bei 290°C geschmolzen und durch eine Spinndüse gesponnen, um 75124 Polyesterfasern zu ergeben.
• BEISPIEL II
• 75/24 Polyesterfasern wurden ähnlichen wie in Beispiel I hergestellt, außer, daß 95 Gewichtsanteile des Polyester I und 5 Gewichtsanteile des Polyester II benutzt wurden.
• VERGLEICHSBEISPIEL I
• In einen Reaktor wurden 100 Gewichtsanteile Terepthalsäure und 45 Gewichtsanteile Ethylenglykol gegeben, welche dann während 4 Stunden durch Erwärmung auf 140–230°C unter Rühren verestert wurden. Nach Zugabe von 0,04 Gewichtsanteilen Antimontrioxid und 0,015 Gewichtsanteilen Phosphorsäure pro Gewichtsanteil Ethylenglykol wurde die veresterte Mischung bei 230–285°C bei Betrieb unter Vakuum für 4 Stunden der Polykondensation unterworfen, um Polyester I zu ergeben.
• Der Polyester I wurde mit flüssigem Stickstoff verfestigt und zu Pulver zerstoßen. Danach wurden 80 Gewichtsanteile des Pulvers für 30 min mit 20 Gewichtsanteilen kolloidalen Siziliumdioxid-Teilchen mit einer durchschnittlichen Größe von 0,3 μm homogenisiert, das homogene Gemisch anschließend durch einen Doppelschnecken-Schmelzextruder geleitet, wodurch bei Betrieb unter Vakuum bei 240–290°C Polyester III entstand.
• 90 Gewichtsanteile des Polyester I und 10 Gewichtsanteile des Polyester III wurden vermischt, bei 160°C für 6 Stunden mit heißer Luft getrocknet, in einem Schmelzextruder bei 290°C geschmolzen und durch eine Spinndüse gesponnen, um 75/24 Polyesterfasern zu ergeben.
• VERGLEICHSBEISPIEL II
• 75/24 Polyesterfasern wurden in einer ähnlichen Art wie in Vergleichsbeispiel I hergestellt, außer, daß 95 Gewichtsanteile des Polyester I und 5 Gewichtsanteile des Polyester III benutzt wurden.
• Die durch die Beispiele und Vergleichsbeispiele erhaltenen Polyester wurden auf physikalische Eigenschaften getestet und die Ergebnisse sind in Tabelle 1 wiedergegeben.
• TABELLE 1

  
• Wie aus den Daten der Tabelle 1 ersichtlich ist, ergibt das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung Polyesterfasern mit höchstem Wasserabsorptionsvermögen und ähnlichen physikalischen Eigenschaften wie diese der herkömmlichen Verfahren. Außerdem hat die vorliegende Erfindung gegenüber der herkömmlichen Verfahren den Vorteil, daß die Produktionskosten durch die preisgünstigen anorganischen Teilchen bedeutend herabgesetzt sind.
• Die vorliegende Erfindung wurde in einer veranschaulichten Weise beschrieben und es ist zu verstehen, daß die benutzte Terminologie eher in der Form von der Beschreibung als in der Einschränkung ausgelegt ist. Viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung sind hinsichtlich der oben genannten Lehre möglich. Daher ist es verständlich, daß die Erfindung innerhalb des Umfangs der beigefügten bzw. anhängenden Ansprüche anderweitig als beschrieben ausgeführt werden kann.

Claims (1)

1. Verfahren zur Herstellung von Polyesterfasern mit hervorragendem Wasserabsorptionsvermögen, bei dem anorganische Teilchen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Calciumhydroxid-Teilchen, Magnesiumhydroxid-Teilchen, Manganhydroxid-Teilchen und Gemischen daraus, in einer Größe von 0,01 μm bis 50 μm, in einer Menge von 0,01–50 Gew.%, basierend auf dem Gesamtgewicht der Fasern zu einem Zugabezeitpunkt zugegeben werden, ausgewählt aus einer Polyesterpolymerisationsphase, einer Phase, in welcher Polyester unter Druck zu einer Spinndüse fließt, und einer Phase, in welcher Polyester zu Chips schmelzextrudiert wird.