DE60114954T2

DE60114954T2 - Polytrimethylenterephthalatgarn

Info

Publication number: DE60114954T2
Application number: DE60114954T
Authority: DE
Inventors: M. James HOWELL; Forrest Joe LONDON
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 2000-03-03
Filing date: 2001-03-01
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2021-03-02
Also published as: KR20020011402A; US6685859B2; CN1216189C; MXPA01011167A; BR0105553A; TW557333B; EP1183409B1; CN1363002A; ATE310115T1; AR027969A1; JP4649089B2; CA2372428A1; US20010033929A1; DE60114954D1; EP1183409A1; TR200103145T1; CA2372428C; JP2003526022A; KR100660500B1; WO2001066837A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Polyestegarn, das aus Poly(trimethylenterephthalat)-Fasern hergestellt wird. Spezieller betrifft die vorliegende Erfindung Poly(trimethylenterephthalat)-Garne, die während des Spinnprozesses voll orientiert werden.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Synthesefasern, wie beispielsweise Polyesterfasern, sind in der Textilindustrie für die Verwendung in textilen Flächengebilden und Bekleidungsstücken gut bekannt. Derartige Synthesegarne werden üblicherweise hergestellt aus Polyethylenterephthalat-Fasern unter Anwendung bekannter kommerzieller Prozesse. Seit jüngerer Zeit sind Synthesefasern aus Poly(trimethylenterephthalat)-Fasern von Interesse. Da die zwei Polymere über unterschiedliche Eigenschaften verfügen, sind die Grundkenntnisse im Zusammenhang mit dem Verspinnen und Verstrecken von Polyethylenterephthalat-Garnen auf Poly(trimethylenterephthalat)-Garne nicht direkt anwendbar. Allerdings sind die Eigenschaften, die in dem Endprodukt, d.h. dem Textilgarn oder textilen Flächengebilde, angestrebt werden, oftmals ähnlich.
Ein "Textilgarn" muss über bestimmte Eigenschaften verfügen, wie beispielsweise über einen ausreichend hohen Elastizitätsmodul sowie Streckgrenze und über eine ausreichend geringe Schrumpfung, um so zur Verwendung in Textilprozessen, wie beispielsweise dem Texturieren, Weben und Wirken, geeignet zu sein. Andererseits erfordern Rohgarne eine weitere Verarbeitung, bevor sie über die Mindesteigenschaften zur Weiterverarbeitung zu Textilien verfügen. Rohgarne (hierin auch bezeichnet als "Vorgarne") werden im typischen Fall durch Schmelzspinnen von teilorientierten Garnfilamenten hergestellt, die anschließend zur Verringerung der Schrumpfung und zur Erhöhung des E-Moduls verstreckt und erhitzt werden.
Vorgarne verfügen nicht über die Eigenschaften, die zur Herstellung von Textilerzeugnissen ohne weiteres Verstrecken benötigt werden. Der Streckprozess vermittelt den Garnfilamenten eine höhere Orientierung und vermittelt ihnen Eigenschaften, die für textile Anwendungen wichtig sind. Eine dieser Eigenschaften, die Abkochschwindung ("BOS", boil off shrinkage) gibt den Betrag der Schrumpfung an, die das Garn zeigt, wenn es an hohen Temperaturen exponiert wird. Da jedoch Vorgarne eine zusätzliche Verarbeitung erfordern, ist der Produktionsdurchsatz gering und die Herstellungskosten hoch. Die bestehenden und kommerziell verfügbaren teilorientierten Poly(trimethylenterephthalat)-Garne werden vor der Verwendung in textilen Flächengebilden verstreckt oder strecktexturiert. Es wird daher angestrebt, ein "direkt anwendbares" verzwirntes Garn bereitzustellen, das sich für die Erzeugung von Textilerzeugnissen ohne weiteres Verstrecken verwenden lässt.
Die EP-A-1 052 325 beschreibt eine Polyesterfaser mit einer Doppelbrechung von 0,025 oder mehr, die mindestens 90 Gew.% Poly(trimethylenterephthalat) aufweist und auf die ein Appreturmittel in einer speziellen Menge aufgetragen wird, welches Mittel aufweist: (1) einen aliphatischen Kohlenwasserstoffester mit einem Molekulargewicht von 300 bis 800 und/oder ein Mineralöl mit einer Viskosität nach Redwood bei 30°C von 40 bis 500 Sekunden, (2) einen Polyether, der eine spezielle Struktur hat, (3) ein nichtionisches Tensid und (4) ein ionisches Tensid in einem speziellen Anteil.
Die EP-A-1 154 055 beschreibt ein Multifilamentgarn, das im Wesentlichen aus Poly(trimethylenterephthalat) besteht und gekennzeichnet ist durch eine Festigkeit aus der Spannungs-Dehnungskurve mit mindestens 3 cN/dtex und einem Young'schen Modul von nicht mehr als 25 cN/dtex, wobei der Mindestwert des differentialen Young'schen Moduls bei 3 bis 10 % Dehnung nicht mehr beträgt als 10 cN/dtex und die elastische Erholung nach 10 % Dehnung mindestens 90 % beträgt.
Die vorliegende Erfindung gewährt direkt verwendbare Poly(trimethylenterephthalat)-Garne, bei denen es sich um vollorientierte, gezwirnte Garne handelt, die in textilen Flächengebilden ohne Verstrecken oder Wärmebehandeln, d.h. ohne Wärmefixierung, verwendet werden können.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung umfasst ein Verfahren zum Spinnen eines vollorientierten Garns zur direkten Verwendung, das nicht in einem separaten Verarbeitungsschritt gestreckt oder wärmebehandelt wurde und eine Abkochschwindung von weniger als 15 % hat, welches Verfahren umfasst: Extrudieren eines Polyesterpolymers durch eine Spinndüse zur Erzeugung schmelzflüssiger Ströme von Polymer mit einer Spinngeschwindigkeit von weniger als 4.500 m/min und einer Temperatur zwischen 255° und 275°C, wobei das Polymer mindestens 85 Mol% Poly(trimethylenterephthalat) aufweist, worin mindestens 85 Mol% repetierende Einheiten sind, die aus Trimethylen-Einheiten bestehen, und worin das Polymer eine Grenzviskosität von mindestens 0,70 dl/g hat; Verfestigen der schmelzflüssigen Ströme, um nichtrunde Filamente zu erzeugen; sowie Zusammenführen der Filamente, um das Garn zu erzeugen, wobei das einzelne Filament in der Mehrzahl von nichtrunden Filamenten gekennzeichnet ist durch:
worin A₁ die Fläche eines Querschnittes des einzelnen Filamentes ist, P₁ ist der Umfang des Querschnittes des einzelnen Filamentes und A₂ ist die maximale Fläche eines Querschnittes mit einem Umfang von P₁.
Die vorliegende Erfindung richtet sich ebenfalls auf ein vollorientiertes Garn zur direkten Verwendung, das nicht in einem separaten Verarbeitungsschritt gestreckt oder wärmebehandelt ist und erhalten werden kann mit Hilfe eines Spinnverfahrens, wie es vorstehend beschrieben wurde.
Vorzugsweise beträgt die Spinntemperatur 260° bis 270°C.
In einer der bevorzugten Ausführungsformen gilt 0,6 ≤ A₁/A₂ ≤ 0,95.
Vorzugsweise genügen mindestens 65 % der Filamente des Garns den Bedingungen und mehr bevorzugt genügen mindestens 70 % der Filamente des Garns den Bedingungen. Noch mehr bevorzugt genügen mindestens 90 % der Filamente des Garns den Bedingungen.
Vorzugsweise genügen die einzelnen Filamente in dem Garn im Durchschnitt den Bedingungen.
Vorzugsweise haben die Garnfilamente eine Denierzahl von 0,35 bis 10 dpf. Vorzugsweise hat das Garn eine Denierzahl von 20 bis 300. Vorzugsweise hat das Poly(trimethylenterephthalat) eine Grenzviskosität von 0,8 bis 1,5 dl/g.
Vorzugsweise genügen mindestens 70% der Filamente des Garns den Bedingungen, wobei die Filamente des Garn eine Denierzahl von 0,5 bis 7 dpf haben und das Garn eine Denierzahl von 30 bis 200 hat. Mehr bevorzugt genügen die einzelnen Filamente in dem Garn im Durchschnitt den Bedingungen und das Poly(trimethylenterephthalat) hat eine Grenzviskosität von 0,8 bis 1,5 dl/g.
Die Erfindung richtet sich ferner auf ein Verfahren zum Herstellen von textilem Flächengewebe, welches Verfahren umfasst:

a) Spinnen eines vollorientierten Garns zur direkten Anwendung, das in einem separaten Verarbeitungsschritt weder verstreckt noch wärmebehandelt wird, nach dem vorstehend beschriebenen Spinnverfahren und
b) Weben oder Wirken des Garns zu einem textilen Flächengebilde.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Garn während des Spinnens vollständig orientiert und nach dem Spinnen nicht zur Orientierung des Garns gestreckt oder wärmebehandelt.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung einer exemplarischen Spinnposition zur Erzeugung von Poly(trimethylenterephthalat)-Garnen der vorliegenden Erfindung zur direkten Verwendung;
2 ist eine schematische Darstellung eines hypothetischen Filamentes mit einem octalobalen Querschnitt;
3 ist eine schematische Darstellung eines anderen hypothetischen Filamentes mit einem octalobalen Querschnitt;
4 ist eine schematische Darstellung eines hypothetischen Filamentes mit einem rosettenförmigen Querschnitt;
5 ist eine Mikrophotographie (750-fache Vergrößerung) von Filamenten mit octalobalem Querschnitt, die entsprechend der Beschreibung in Beispiel III hergestellt wurden;
6 ist eine Mikrophotographie (750-fache Vergrößerung) von Filamenten mit einem rosettenförmigen Querschnitt, die entsprechend der Beschreibung in Beispiel I hergestellt wurden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung gewährt ein Verfahren zum Spinnen eines vollorientierten Poly(trimethylenterephthalat)-Garns, das zur direkten Verwendung in textiltechnischen Verfahrensschritten ohne dazwischen geschaltetes Verstrecken oder Texturieren geeignet ist. Ferner stellt die vorliegende Erfindung derartige Poly(trimethylenterephthalat)-Garne zur direkten Verwendung zur Verfügung. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung gewährt Garne zur direkten Verwendung, die bei sehr viel geringeren Spinngeschwindigkeiten versponnen werden, als in der Vergangenheit erforderlich war. Unter Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung kann ein vollorientiertes Poly(trimethylenterephthalat)-Garn zur direkten Verwendung mit weniger als 4.500 Metern pro Minute ("m/min") versponnen werden. Die Spinngeschwindigkeiten können bis herab zu 3.000 m/min und sogar bei bestimmten kommerziellen Durchsätzen noch weniger betragen. Die Garne der vorliegenden Erfindung zur direkten Verwendung sind dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Abkochschwindung von weniger als 15 % haben und aus Filamenten erzeugt werden, die nichtrunde Querschnitte haben (Eine gewisse Abkochschwindung ist für die Verarbeitung des textilen Flächengebildes wünschenswert. Eine Abkochschwindung bis herab zu etwa 2 % kann nützlich sein).
Es ist festgestellt worden, dass vollorientierte Poly(trimethylenterephthalat)-Garne zur direkten Verwendung unter Anwendung von Verfahren des Schmelzspinnens bei einer Geschwindigkeit von weniger als 4.500 m/min erzeugt werden können, wenn die Querschnittform der Garnfilamente nicht rund ist. Wie hierin verwendet, genügt ein Filament mit nichtrundem Querschnitt den folgenden Bedingungen:
worin A₁ die tatsächliche Querschnittfläche des einzelnen Garnfilamentes ist, P₁ ist der Umfang des Querschnittes des einzelnen Garnfilamentes und A₂ ist die maximale Querschnittfläche, die den gleichen Umfang P₁ hat. Nach dieser Definition für einen perfekten runden Querschnitt beträgt das Verhältnis aus der tatsächlichen Querschnittfläche zu der maximalen Querschnittfläche exakt 1. Mit den nachfolgenden Beispielen wird gezeigt, dass, wenn die Bedingungen (I) und (II) eingehalten werden, eine geringere Spinngeschwindigkeit zur Anwendung gebracht werden kann, um die angestrebten Garne zur direkten Anwendung zu erhalten.
Eine der bevorzugten Ausführungsformen richtet sich auf nichtrunde Querschnitte mit der Formel (I), die den folgenden Bedingungen genügen: 0,6 ≤ A₁/A₂ ≤ 0,95.
Bevorzugt genügen mindestens 65 % und mehr bevorzugt 70 % und noch mehr bevorzugt mindestens 90 % oder mehr der Filamente des Garns diesen Bedingungen. Bevorzugt genügt der Durchschnitt der einzelnen Filamente in dem Garn den Bedingungen.
Die Filamente der vorliegenden Erfindung können Denierzahlen bis herab zu 0,35 dpf oder sogar noch kleiner haben und vorzugsweise 0,5 dpf oder mehr und am meisten bevorzugt 0,7 dpf oder mehr und können Denierzahlen bis zu 10 dpf oder höher und vorzugsweise Denierzahlen bis zu 7 dpf und mehr bevorzugt bis zu 5 dpf haben.
Die Garne der vorliegenden Erfindung können Denierzahlen bis herab zu 20 oder sogar noch geringer haben und vorzugsweise 30 oder mehr und am meisten bevorzugt 50 oder mehr haben und können Denierzahlen bis zu 300 oder darüber haben und haben vorzugsweise Denierzahlen bis zu 200 und mehr bevorzugt bis zu 150.
Garne mit nichtrundem Querschnitt, die Querschnitte haben, welche der vorgenannten Gleichung genügen, schließen solche Querschnitte ein, wie sie auf dem Fachgebiet als "octalobal", "rosettenförmig" (auch bekannt als "sol"), "ausgebogt-oval", "trilobal", "4-kanalig" (auch bekannt als "quatra-channel"), "ausgebogt-bandartig", "bandartig", "stemchenförmig", usw. haben.
Wie in 1 gezeigt wird, werden schmelzflüssige Ströme 20 von Poly(trimethylenterephthalat)-Polymer durch Düsen in einer Spinnbrause 22 nachgeschaltet in eine Abschreckzone 24 extrudiert, der in radialer Richtung oder Querrichtung Kühlluft zugeführt wird. Die Temperatur der Schmelzströme 20 wird mit Hilfe der Spinnblocktemperatur geregelt, die an sich als die Spinntemperatur bekannt ist. Darüber hinaus lassen sich der Querschnitt und die Menge der Düsen in der Spinnbrause 22 in Abhängigkeit von der gewünschten Filamentgröße und der Zahl der Filamente in dem Multifilamentgarn entsprechend den konventionellen Methoden variieren, wie sie beispielsweise in den US-P-4 385 886, 4 850 847 und 4 956 237 offenbart wurden. In der vorliegenden Erfindung ist der zur Anwendung gelangende Querschnitt ebenfalls in der gewünschten Spinngeschwindigkeit berücksichtigt. Das bedeutet, um verzwirnte Garne zur direkten Anwendung zu erzeugen, genügt der Querschnitt den Gleichungen (I) und (II), wenn die gewünschte Spinngeschwindigkeit weniger als 4.500 m/min beträgt. Darüber hinaus beträgt die Spinntemperatur zwischen 255° und 275°C zur Erzeugung der verzwirnten Garne der vorliegenden Erfindung zur direkten Verwendung. Bevorzugt beträgt die Spinntemperatur zwischen 260° und 270°C und mehr bevorzugt wird die Spinntemperatur bei 265°C gehalten.
Die Ströme 20 erstarren zu Filamenten 26 in einem bestimmten Abstand unterhalb der Spinnbrause innerhalb der Abschreckzone. Die Filamente 26 werden unter Erzeugung von Multifilamentgarn 28 zusammengeführt. Auf das Garn 28 wird durch einen dosierten Auftrag oder mit Hilfe eines Walzenauftrages, wie beispielsweise einer Appretierwalze 32, eine konventionelle Spinn-Appretur aufgetragen. Das Garn 28 passiert anschließend teilweise Umläufe über Galetten 34 und 36 und wird auf einen Garnkörper 38 aufgewickelt. Die Filamente können gegebenenfalls verflochten werden, wie beispielsweise mit Hilfe der Verflechtungskammer 40.
Die Garne zur direkten Verwendung werden aus einem Polyesterpolymer gesponnen, wobei das Polymer mindestens 85 Mol% Poly(trimethylenterephthalat) aufweist, worin mindestens 85 Mol% repetierende Einheiten aus Trimethylen-Einheiten bestehen und worin das Polymer eine Grenzviskosität ("IV") von mindestens 0,70 dl/g hat. Das Poly(trimethylenterephthalat) hatte bevorzugt ein IV von mindestens 0,8 dl/g und mehr bevorzugt mindestens 0,9 dl/g und am meisten bevorzugt mindestens 1 dl/g. Die Grenzviskosität beträgt vorzugsweise nicht mehr als 1,5 dl/g und mehr bevorzugt nicht mehr als 1,2 dl/g. Die Grenzviskosität wird in 50/50 Gew.% Dichlormethan/Difluoressigsäure nach dem Standard ASTM D 4603-96 gemessen.
Das Polytrimethylenterephthalat der vorliegenden Erfindung kann andere repetierende Einheiten typischerweise im Bereich von 0,5 % bis 15 Mol% enthalten. Beispiele für andere Monomere, die zur Herstellung von 3GT verwendet werden können, sind lineare, cyclische und verzweigte aliphatische Dicarbonsäuren mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen (beispielsweise Butandisäure, Pentandisäure, Hexandisäure, Dodecandisäure und 1,4-Cyclohexandicarbonsäure); aromatische Dicarbonsäuren außer der Terephthalsäure mit 8 bis 12 Kohlenstoffatomen (beispielsweise Isophthalsäure und 2,6-Naphthalendicarbonsäure); lineare, cyclische und verzweigte aliphatische Diole mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen (Ethandiol, 1,2-Propandiol, 1,4-Butandiol, 3-Methyl-1,5-pentandiol, 2,2-Dimethyl-1,3-propandiol, 2-Methyl-1,3-propandiol und 1,4-Cyclohexandiol); sowie aliphatische und aromatische Etherglykole mit 4 bis 10 Kohlenstoffatomen (beispielsweise Hydrochinon-bis(2-hydroxyethyl)ether oder ein Poly(ethylenether)glykol mit einem Molekulargewicht unterhalb von etwa 460 und einschließlich Diethylenetherglykol). Bevorzugt sind Isophthalsäure, Pentandisäure und Hexandisäure sowie 1,4-Butandiol, da sie kommerziell leicht verfügbar und nicht kostspielig sind. Bevorzugt sind Polytrimethylenterephthalate, die keine solche anderen Einheiten enthalten oder die lediglich geringe Mengen davon enthalten.
Der/Die Copolyester kann/können geringe Mengen anderer Comonomere enthalten, wie beispielsweise Comonomere, die üblicherweise ausgewählt werden, so dass sie keinen wesentlichen nachteiligen Einfluss auf den Umfang der Faserkräuselung (im Falle spontan kräuselungsfähiger Polyester-Bikomponentenfasern) oder auf andere Eigenschaften ausüben. Derartige andere Comonomere schließen 5-Natrium-sulfoisophthalat ein, zum Beispiel in einer Menge im Bereich von etwa 0,2 % bis 5 Mol%. Zur Regelung der Viskosität und der Wirkung des Verzweigens können sehr geringe Mengen an trifunktionellen Comonomeren eingebaut werden, wie beispielsweise Trimellithsäure.
Nach Erfordernis kann Polytrimethylenterephthalat andere Additive enthalten, z.B. Mattierungsmittel, Viskositätsverstärker, optische Aufheller, farbgebende Pigmente und Antioxidantien. Mattierungsmittel, wie beispielsweise das bevorzugte TiO₂, können in einer Menge von 0 % bis 3 Gew.% des Polyesters vorliegen.
Polytrimethylenterephthalate können mit Hilfe der Verfahren hergestellt werden, die beschrieben wurden in den US-P-5 015 789, 5 276 201, 5 284 979, 5 334 778, 5 364 984, 5 364 987, 5 391 263, 5 434 239, 5 510 454, 5 504 122, 5 532 333, 5 532 404, 5 540 868, 5 633 018, 5 633 362, 5 677 415, 5 686 276, 5 710 315, 5 714 262, 5 730 913, 5 763 104, 5 774 074, 5 786 443, 5 811 496, 5 821 092, 5 830 982, 5 840 957, 5 856 423, 5 962 745 und 5 990 265, EP-998 440, WO 00/14041 und 98/57913, H.L. Traub, "Synthese und textilchemische Eigenschaften des Poly-Trimethylenterephthalats", Dissertation an der Universität Stuttgart, (1994); S. Schauhoff; "New Developments in the Production of Polytrimethylene Terephthalate (PTT)": Man-Made Fiber Year Book (September 1996) und in den US-Patentanmeldungen mit den Aktenzeichen 09/016 444, 09/273 288, 09/291 960, 09/346 148, 09/382 970, 09/382 998, 09/500 340, 09/501 700, 09/502 322, 09/502 642, 09/503 599, 09/505 785, 09/644 005, 09/644 007 und 09/644 008. Polytrimethylenterephthalate, die als die Polyester der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, sind kommerziell verfügbar bei E. I. du Pont de Nemours and Company, Wilmington, Delaware, und zwar unter dem Warenzeichen Sorona.
Die hierin diskutierten Messungen sind unter Verwendung der konventionellen US-Textileinheiten, einschließlich Denierzahl, angegeben. Die dtex-Äquivalente für Denier sind hinter den tatsächlich gemessenen Werten in Klammem angegeben. In ähnlicher Weise sind die Messungen für feinheitsbezogene Reißfestigkeit und den E-Modul in "Gramm pro Denier" ("gpd") gemessen und angegeben und die Äquivalenten dN/tex-Werte in Klammern gesetzt.
TESTMETHODEN
Die physikalischen Eigenschaften der teilorientierten Poly(trimethylenterephthalat)-Garne, die in den folgenden Beispielen angegeben sind, wurden unter Verwendung der Zugprüfmaschine Instron Corp. Modell Nr. 1122 gemessen. Spezieller wurden die Reißdehnung, E_B, und die feinheitbezogene Reißfestigkeit nach dem Standard ASTM D 2256 gemessen.
Die Abkochschwindung ("BOS") wurde nach dem Standard ASTM D 2259 wie folgt bestimmt: Es wurde an einer Garnlänge ein Gewicht angehängt, um eine Last von 0,2 g/d (0,18 dN/tex) an dem Garn zu erzeugen, und dessen Länge L₁ gemessen. Das Gewicht wurde sodann entfernt und das Garn für 30 Minuten in siedendes Wasser getaucht. Das Garn wurde anschließend aus dem siedenden Wasser entnommen, für etwa 1 Minute zentrifugiert und für etwa 5 Minuten abkühlen gelassen. Das abgekühlte Garn wurde sodann mit dem gleichen Gewicht wie zuvor belastet. Die neue Länge des Garns, L₂, wurde aufgezeichnet. Die prozentuale Schrumpfung wurde sodann nach der folgenden Gleichung (III) berechnet:
Die Trockenhitzeschrumpfung ("Dry Heat Shrinkage", "DHS") wurde nach dem Standard ASTM D 2259 ermittelt und verläuft ähnlich, wie vorstehend für BOS beschrieben wurde. L₁ wurde wie beschrieben gemessen, jedoch wurde das Garn anstelle in siedendem Wasser eingetaucht zu werden, in einen Ofen bei etwa 160°C gegeben. Nach etwa 30 Minuten wurden das Garn aus dem Ofen entnommen und für etwa 15 Minuten abkühlen gelassen, bevor L₂ gemessen wurde. Die prozentuale Schrumpfung wurde sodann nach der vorstehenden Gleichung (III) berechnet.
BEISPIELE
HERSTELLUNG DES POLYMERS
Obgleich die vorliegende Erfindung nicht von dem zur Herstellung des Polymers zur Anwendung gelangenden speziellen Prozess abhängt, wird der zur Herstellung des Polymers, das in Vergleichsbeispiel A verwendet wird, angewendete Prozess der Vollständigkeit halber nachfolgend beschrieben.
POLYMERHERSTELLUNG 1
Es wurde Poly(trimethylenterephthalat)-Polymer unter Anwendung eines Chargenprozesses aus Dimethylterephthalat und 1,3-Propandiol hergestellt. Zur Anwendung gelangte ein 18 kg (40 lb)-Horizontalautoklav mit Rührwerk, Vakuumdüsen und Monomer-Destillationskolonne, die sich oberhalb des Klave-Abschnittes des Autoklaven befanden. Die Monomer-Kolonne wurde mit 18 kg (40 lb) Dimethylterephthalat und 15 kg (33 lb) 1,3-Propandiol beladen. Es wurde ausreichend Lanthanacetat als Katalysator zugesetzt, um 250 Teile pro Million ("ppm") Lanthan in dem Polymer zu erhalten. "Teile pro Million" ist gleichbedeutend mit "Mikrogramm pro Gramm". Darüber hinaus wurde Tetraisopropyltitanat-Polymerisationskatalysator dem Monomer zugegeben, um 30 ppm Titan in dem Polymer zu erhalten. Die Temperatur der Kolonne wurde allmählich bis auf 245°C erhöht und näherungsweise 6,2 kg (13,5 lb) Methanoldestillat gewonnen.
Dem Autoklaven wurde eine Menge Phosphorsäure in 1,3-Propandiol-Lösung zugegeben, um etwa 160 ppm Phosphor im Polymer zu erhalten. Die Inhaltsstoffe wurden gerührt und gut gemischt und durch Erhöhung der Temperatur bis 245°C und Verringerung des Druckes auf weniger als 3 mm Quecksilbersäule (weniger als 400 Pa) und Rühren für eine Dauer von 4 bis 8 Stunden polymerisiert. Mit dem Molekulargewicht des Polymers in der gewünschten Größe wurde das Polymer durch eine Band- oder Strangdüse extrudiert, abgeschreckt und zu einer Flocken- oder Pelletgröße zerkleinert, die für das Polymerisieren durch Umschmelzextrusion oder Polymerisieren im festen Zustand geeignet war. Mit Hilfe dieses Verfahrens wurde Polymer mit einer Grenzviskosität ("IV") im Bereich von 0,88 dl/g erzeugt.
Das mit Hilfe dieses Verfahrens erzeugte Polymer (kein TiO₂, 0,88 dl/g) wurde in den Vergleichsbeispielen A-1 bis A-6 verwendet.
POLYMERHERSTELLUNG 2
Es wurde Poly(trimethylenterephthalat)-Polymer zur Verwendung in den Beispielen I und II aus Terephthalsäure und 1,3-Propandiol hergestellt, indem ein 2-Kesselprozess unter Nutzung eines Veresterungskessels ("Reaktor") und eines Polykondensationskessels ("Klave") verwendet wurden, die beide ummantelt, gerührt und mit Tiefpool-Ausführung waren. In den Reaktor wurden 194 kg (428 lb) 1,3-Propandiol und 250 kg (550 lb) Terephthalsäure geladen. Der Veresterungskatalysator (Monobutylzinnoxid in einer Menge von 90 ppm Sn (Zinn)) wurde dem Reaktor zugegeben, um die Geschwindigkeit der Veresterung nach Erfordernis zu beschleunigen. Die Aufschlämmung im Reaktor wurde bewegt und bei Atmosphärendruck bis 210°C erhitzt und gehalten, während das Reaktionswasser entfernt wurde und bis die Veresterung beendet war. Zu diesem Zeitpunkt wurde die Temperatur bis zu 235°C erhöht, eine kleine Menge von 1,3-Propandiol entnommen und der Inhalt des Reaktors in den "Klave" gegeben.
Mit dem Übertrag des Reaktorinhalts wurde das Klave-Rührwerk gestartet und 91 g Tetraisopropyltitanat als Polykondensationskatalysator zugegeben. Es wurde TiO₂ zugesetzt, um ein mattiertes Polymer zu erzeugen, indem eine Aufschlämmung von 20 Gewichtsprozent ("Gew.%") Titandioxid (TiO₂) in 1,3-Propandiol-Lösung dem Klave in einer Menge zugegeben wurden, um 0,3 Gew.% im Polymer zu erhalten. Die Prozesstemperatur wurde bis 255°C erhöht und der Druck bis 1 mmHg (133 Pa) verringert. Überschüssiges Glykol wurde so schnell abgetrieben, wie es der Prozess erlaubte. Die Rührgeschwindigkeit und die Leistungsaufnahme wurden verwendet, um den Aufbau des Molekulargewichts zu verfolgen. Sobald die gewünschte Viskosität der Schmelze und das Molekulargewicht erhalten wurden, wurde der Klave-Druck bis 1.034 kPa Überdruck (150 psig) erhöht und der Klave-Inhalt zu einem Granulator extrudiert.
VERGLEICHSBEISPIEL A
In diesem Vergleichsbeispiel wurden mehrere Poly(trimethylenterephthalat)-Garne mit rundem Querschnitt aus Polymer versponnen, das entsprechend der vorstehenden Beschreibung in der Polymerherstellung 1 hergestellt wurde und eine IV von 0,88 hatte. Jedes Garn wurde unter identischen Bedingungen mit der Ausnahme versponnen, dass die Spinngeschwindigkeit entsprechend den Angaben in Tabelle I variiert wurden. Die in diesem Vergleichsbeispiel zur Anwendung gelangenden Spinnbedingungen sind in der Tabelle I in der Reihenfolge der zunehmenden Spinngeschwindigkeit als Punkte A-1 bis A-6 gezeigt. Die teilweise- oder vollorientierten Garne wurden unter Anwendung eines Umschmelz-Einschneckenextrusionsprozesses und einer Polyesterfaser-Schmelzspinn-(S-Wrap)-Technologie zu teilweise- oder vollorientierten Filamenten mit rundem Querschnitt versponnen, indem durch Düsen (Durchmesser etwa 0,38 mm) einer Spinnbrause extrudiert wurde. Der Spinnblock wurde nach Erfordernis bei einer Temperatur gehalten, um die Polymertemperatur auf näherungsweise 267°C zu bringen. Die Filamentströme verließen die Spinnbrause und wurden mit Luft bei 21°C abgeschreckt, zu Bündeln von 34 Filamenten aufgenommen, näherungsweise 0,35 Gew.% einer Spinnappretur aufgetragen und die Filamente verflochten und als 34 Filamentgarne aufgenommen. Tabelle I fasst die angewendeten Spinnbedingungen zusammen.
Tabelle II zeigt die physikalischen Eigenschaften des teilorientierten Garns ("POY") (A-1 bis A-4) und des vollorientierten Garns (A-5 und A-6), die in diesem Vergleichsbeispiel hergestellt wurden. Wie aus Tabelle II entnommen werden kann, nehmen die Spinngeschwindigkeiten zu, die Abkochschwindung des teilorientierten Garns nimmt ab. Wenn damit teilorientierte Filamente verwendet werden, die einen runden Querschnitt haben, ist das resultierende teilorientierte Garn für die Zwecke der Direktanwendung so lange nicht geeignet, wie die Spinngeschwindigkeiten größer sind als 5.000 m/min und das Garn als vollorientiert bezeichnet wird. Da die in diesem Beispiel verwendeten Filamente rund sind, beträgt das Verhältnis aus der tatsächlichen Querschnittfläche zu der maximalen Querschnittfläche 1,0.
BEISPIEL 1
Dieses Beispiel zeigt, dass man, wenn das Poly(trimethylenterephthalat)-Garnfilament einen nichtrunden Querschnitt hat, ein Garn mit Spinngeschwindigkeiten kleiner als 4.500 m/min zur Direktanwendung herstellen kann. Die Filamente wurden mit einem Rosettenquerschnitt aus dem vorstehend in der Polymerherstellung 2 beschriebenen Polymer versponnen und hatten einen IV-Wert von 0,88. Es wurden ein Umschmelz-Einschneckenextrusionsprozess und eine Polyesterfaser-Schmelzspinn-(S-Wrap)-Technologie zur Anwendung gebracht. Das Polymer wurde durch Düsen einer Spinnbrause extrudiert und der Spinnblock bei einer Temperatur nach Erfordernis gehalten, um die Polymertemperatur auf näherungsweise 270°C zu bringen. Die Filamentströme, die die Spinnbrause verließen, wurden mit Luft bei 21°C abgeschreckt, zu Bündeln von 50 Filamenten aufgenommen, eine Spinnappretur mit näherungsweise 0,50 Gew.% aufgetragen und die Filamente mit etwa 4.020 m/min verflochten und als ein 50-Filamentgarn aufgenommen. Das resultierende verzwirnte Garn kann ohne weiteres Verstrecken verwendet werden, um ein textiles Flächengebilde für Bekleidung mit weichem Griff und geringem Sonnenscheinglitzer zu liefern. Die Spinnbedingungen sind in Tabelle I angegeben und die Garneigenschaften in Tabelle II. Wie Tabelle II zeigt, ist das vollständigorientierte Garn dieses Beispiels für ein Garn mit Direktanwendung geeignet, da die Abkochschwindung kleiner ist als 15 %. Da die vollorientierten Garnfilamente über einen nichtrunden Querschnitt verfügen, der der vorgenannten Gleichung I genügt, wurde unter Anwendung einer Spinngeschwindigkeit von kurz über 4.000 m/min ein Garn zur Direktanwendung erzeugt.
6 ist eine Mikrophotographie, die unter Anwendung eines Lichtmikroskops Zeiss Axioplan 2 mit einer Bildvergrößerung von 750-fach aufgenommen wurde. Sie zeigt die Rosettenquerschnitte der Filamente, die entsprechend dem Prozess des vorliegenden Beispiels erzeugt wurden.
BEISPIEL II
Dieses Beispiel zeigt, dass ein Garn zur Direktanwendung mit Filamenten, die über variierende Querschnitte verfügen, bei Spinngeschwindigkeiten von weniger als 4.500 m/min versponnen werden kann. In diesem Beispiel wurden Poly(trimethylenterephthalat)-Garne aus Polymer versponnen, das entsprechend der vorstehenden Beschreibung unter Polymerherstellung 2 hergestellt wurde und einen IV-Wert von 0,88 hatte, bei dem ein Umschmelz-Einschneckenextrusionsprozess und eine Polyesterfaser-Schmelzspinn-(S-Wrap)-Technologie zur Anwendung gelangten. Die Hälfte der resultierenden Filamente hatten einen octalobalen Querschnitt, während die Hälfte einen rosettenförmigen Querschnitt hatte. Das Polymer wurde durch Düsen einer Spinnbrause extrudiert, die bei der erforderlichen Temperatur gehalten wurde, um dem Polymer eine Temperatur von näherungsweise 265°C zu vermitteln. Die Filamentströme, die die Spinnbrause verließen, wurden mit Luft bei 21°C abgeschreckt, zu Bündeln von 50 Filamenten aufgenommen, eine Spinnappretur von näherungsweise 0,35 Gew.% aufgetragen und die Filamente verflochten und mit etwa 4.020 m/min als ein 50-Filamentgarn aufgenommen. Das resultierende Garn kann ohne ein weiteres Verstrecken verwendet werden, um textiles Flächengebilde für Bekleidung mit weichem Griff und geringem Sonnenlichtglitzer zu liefern. Wie in Beispiel 1 wurde, da die Garnfilamente einen nichtrunden Querschnitt hatten, der der Gleichung I genügte, ein Garn zur Direktverwendung unter Anwendung einer Spinngeschwindigkeit von kurz über 4.000 m/min erzeugt.
Die Eigenschaften für die Garne zur direkten Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung, die in den Beispielen I und II hergestellt wurden, sind in Tabelle II gegeben.
BEISPIEL III
Dieses Beispiel wird vorgelegt, um zu zeigen, dass Filamente mit octalobalem Querschnitt den Bedingungen der Gleichung (I) genügen. 5 ist eine Mikrophotographie, die unter Anwendung eines Lichtmikroskops Zeiss Axioplan 2 mit einer Bildvergrößerung von 750-fach aufgenommen wurde und zur Messung von A-1 und A-2 verwendet wurde. TABELLE I – SPINNBEDINGUNGEN
TABELLE II – GARNEIGENSCHAFT

* Der Mittelwert wurde unter Verwendung Querschnitten in Mikrophotographien gemessen, die unter Verwendung eines Lichtmikroskops Zeiss Axioplan 2 mit einer Bildvergrößerung von 750-fach aufgenommen wurden.

BEISPIEL IV
Dieses Beispiel liefert eine Mehrzahl von Filamenten, die über "idealisierte" nichtrunde Querschnitte verfügen. Die Querschnitte werden als "idealisiert" bezeichnet, da entsprechend der Darstellung in den 2 bis 4 die Form der Filamente auf geometrische Formen angepasst wurde, für die die Umfangswerte und Flächen mühelos unter Anwendung der elementaren Geometrie und Trigonometrie berechnet werden können. Filamente, die die gleichen allgemeinen nichtrunden Querschnitte hatten, wie sie in diesem Beispiel geboten werden, wurden aus Poly(trimethylenterephthalat) unter Anwendung des in Beispiel II beschriebenen Spinnprozesses und durch Erzeugen durch Düsen der entsprechenden Form hergestellt.
GLATTER OCTALOBALER QUERSCHNITT
Der in 2 dargestellte Querschnitt zeigt einen idealisierten glatten octalobalen Querschnitt. Wie in 2 gezeigt wird, hat ein idealisierter glatter octalobaler Querschnitt im Wesentlichen eine octagonale Form, bei der jede Seite eine konvexe halbrunde Fläche hat. Der Umfang des Filamentes, P₁, ist gegeben, durch: P1 = 4πD.
Die Querschnittfläche des Filamentes A₁ ist gegeben durch: A1 = D2(π + 2cot(22,5)) = 7,97 D2.
Bei gegebenen Umfang P₁ ist die maximale Querschnittfläche A₂: A2 = 4πD2 = 12,5D2.
Das Verhältnis von tatsächlicher Filamentfläche zur maximalen Fläche ist gegeben durch: A1/A2 = 0,64.
Damit ist nach Bedingung (I) ein Filament, das über einen derartigen idealisierten octalobalen Querschnitt verfügt, "nichtrund" und wird gemäß der Erfindung zu einem Garn zur direkten Anwendung versponnen.
SPITZER OCTALOBALER QUERSCHNITT
Der in 3 gezeigte Querschnitt stellt einen idealisierten spitzen octalobalen Querschnitt dar. Wie in 3 gezeigt, hat ein idealisierter spitzer octalobaler Querschnitt im Wesentlichen eine octagonale Form, worin jede Seite ein spitzes Dreieck aufweist. Der Umfang des Filamentes P₁ ist gegeben durch: P1 = 16 √[R1 2 + R2 2 – 2R1R2cos(22,5°)]
Die Querschnittfläche des Filamentes A₁ ist gegeben durch:
Bei gegebenem Umfang P₁ ist der maximale Querschnitt A₂ gegeben durch:
Das Verhältnis der tatsächlichen Filamentfläche zu der maximalen Fläche ist gegeben durch:
Das Verhältnis R₂/R₁ ist als das Modifilcationsverhälrnis ("mod ratio") bekannt. Das Modifikationsverhältnis lässt sich so einstellen, dass ein erfindungsgemäßes Garn zur Direktverwendung erzeugt wird. Beispielsweise erzeugt bei dem in 2 gezeigten idealisierten Filament ein Modifilcationsverhälrnis von 1,16, d.h. R₂ = 1,16 R₁, ein Garn zur direkten Verwendung, das der vorgenannten Bedingung (I) genügt: A1/A2 = 0,86
Allerdings führt ein Modifikationsverhältnis von 1,05 nicht zu einem "nichtrunden" Querschnitt: A1/A2 = 0,97
ROSETTENFÖRMIGER QUERSCHNITT
Der in 4 gezeigte Filamentquerschnitt stellt einen idealisierten rosettenförmigen Querschnitt dar. Wie in 4 gezeigt, hat ein idealisierter rosettenförmiger Querschnitt im Wesentlichen einen spitzen octalobalen Querschnitt mit drei entfernten Lappen. Der Umfang des Filamentes P₁ ist gegeben durch: P1 = 5/8 × 16(R1 2 + R2 2 – 2R1R2cos(22,5°))1/2 + 2R1 = 10(R1 2 + R2 2 – 2R1R2cos(22,5°))1/2 + 2R1
Die Querschnittfläche des Filamentes A₁ ist gegeben durch: A1 = 5/8 × 8R1R2sin(22,5°) = 5/8(8)(0,38)R1R2 = 1,9R1R2 wobei die Fläche A₁ ein 5/8 der Fläche des "spitzen octalobalen" Querschnittes ist. Bei gegebenem Umfang P₁ ist die maximale Querschnittfläche A₂ gegeben durch:
worin der Durchmesser des größten Kreises P₁/π beträgt.
Wenn R, = 1,16R₁ gilt, dann beträgt A₁/A₂ = 0,66.
Wenn R₂ = 1,3R₁ gilt, dann beträgt A₁/A₂ = 0,57.
Die vorstehende Offenbarung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist zum Zwecke der Veranschaulichung und Beschreibung geboten worden. Sie erhebt nicht den Anspruch umfassend zu sein oder die Erfindung auf die offenbarten präzisen Formen zu beschränken.

Claims

Verfahren zum Spinnen eines vollorientierten Garns zur direkten Verwendung, das nicht in einem separaten Verarbeitungsschritt gestreckt oder wärmebehandelt wurde und eine Abkochschwindung von weniger als 15% hat, welches Verfahren umfasst: Extrudieren eines Polyesterpolymers durch eine Spinndüse zur Erzeugung schmelzflüssiger Ströme von Polymer mit einer Spinngeschwindigkeit von weniger als 4.500 U/min und einer Temperatur zwischen 255° und 275°C, wobei das Polymer mindestens 85 Mol.% Poly(trimethylenterephthalat) aufweist, worin mindestens 85 Mol.% repetierende Einheiten sind, die aus Trimethylen-Einheiten bestehen, und worin das Polymer eine Grenzviskosität von mindestens 0,70 dl/g hat; Verfestigen der schmelzflüssigen Ströme, um nichtrunde Filamente zu erzeugen; sowie Zusammenführen der Filamente, um das Garn zu erzeugen, wobei das einzelne Filament in der Mehrzahl von nichtrunden Filamenten gekennzeichnet ist durch:
worin A₁ die Fläche eines Querschnittes des einzelnen Filamentes ist, P₁ ist der Umfang des Querschnittes des einzelnen Filamentes und A₂ ist die maximale Fläche eines Querschnittes mit einem Umfang von P₁.
Vollorientiertes Garn zur direkten Verwendung, das nicht in einem separaten Verarbeitungsschritt gestreckt oder wärmebehandelt ist und eine Abkochschwindung von weniger als 15% hat und mit Hilfe des Verfahrens nach Anspruch 1 erhalten werden kann.
Verfahren zum Herstellen eines textilen Flächengebildes, umfassend: (a) Spinnen eines vollorientierten Garns zur direkten Anwendung, das nicht in einem separaten Verarbeitungsschritt gestreckt oder wärmebehandelt ist, nach Anspruch 1; sowie (b) Weben oder Wirken des Garns zu einem textilen Flächengebilde.
Verfahren oder Garn nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die Spinntemperatur 260° bis 270°C beträgt.
Verfahren oder Garn nach Anspruch 1 oder 2, wobei 0,6 ≤ A₁/A₂ ≤ 0,95.
Verfahren oder Garn nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei mindestens 65% der Filamente des Garns den Bedingungen genügen.
Verfahren oder Garn nach Anspruch 6, wobei mindestens 70% der Filamente des Garns den Bedingungen genügen.
Verfahren oder Garn nach Anspruch 6, wobei mindestens 90% der Filamente des Garns den Bedingungen genügen.
Verfahren oder Garn nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die einzelnen Filamente in dem Garn im Durchschnitt den Bedingungen genügen.
Verfahren oder Garn nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die Garnfilamente eine Denierzahl von 0,35 dpf bis 10 dpf haben.
Verfahren oder Garn nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei das Garn eine Denierzahl von 20 bis 300 hat.
Verfahren oder Garn nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei das Poly(trimethylenterephthalat) eine Grenzviskosität von 0,8 dl/g bis 1,5 dl/g hat.
Verfahren oder Garn nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei der nichtrunde Querschnitt octalobal ist.
Verfahren oder Garn nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei der nichtrunde Querschnitt ausgebogt-oval ist.
Verfahren oder Garn nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei der nichtrunde Querschnitt vierkanalig ist.
Verfahren oder Garn nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei der nichtrunde Querschnitt trilobal ist.
Verfahren oder Garn nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei der nichtrunde Querschnitt "bandartig" ist.
Verfahren oder Garn nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei der nichtrunde Querschnitt "ausgebogt-bandartig" ist.
Verfahren oder Garn nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei der nichtrunde Querschnitt "sternchenförmig" ist.
Verfahren oder Garn nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei der nichtrunde Querschnitt "rosettenförmig" ist.