DE3830468A1 - Polyurethanhaltige spinnpraeparationen - Google Patents

Polyurethanhaltige spinnpraeparationen

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Description

Die Erfindung betrifft polyurethanhaltige Spinnpräparationen, ein Verfahren zur Verbesserung des Fadenschlusses beim Schmelzspinnen synthetischer Fasermaterialien sowie die Verwendung von Polyurethanen als Fadenschlußmittel in Spinnpräparationen.
Beim Schmelzspinnen von synthetischen Fasermaterialien und deren Weiterverarbeitung zu textilen oder technischen Garnen werden die multifilen Fäden ohne Drehung auf die Spinnspule aufgewickelt. Die Einzelkapillaren liegen als parallele Fadenbündel vor, wobei der Zusammenhalt der Einzelkapillaren lediglich durch die mehr oder weniger stark ausgeprägte Adhäsionswirkung der Spinnpräparationen bewirkt wird. Bei dem anschließenden Streckprozeß erhalten diese Garne normalerweise einen Schutzdrall von einigen Drehungen pro Meter. Dieser Schutzdrall ist aber für viele nachfolgende Verarbeitungsprozesse nicht ausreichend. In vielen Fällen werden daher die Fäden in einem getrennten Verfahrensschritt gezwirnt. Das Zwirnen ist jedoch eine teure, zusätzliche Prozeßstufe. Um die Kosten des Zwirnens zu reduzieren, wurde bereits vorgeschlagen, die Fadenbündel mit Hilfe eines Luftstromes zu verwirbeln und gegebenenfalls anschließend zu zwirnen. Der Prozeß der Verwirbelung ist jedoch ebenfalls teuer und nur schwierig zu kontrollieren. Des weiteren wird der Verwirbelungsgrad reduziert, wenn das Garn unter Spannung über Fadenführer geleitet wird. Die Folge ist, daß es zu Knotenbildungen kommt, die das Aussehen der Gewebe negativ beeinflussen (US 46 32 874).
Eine andere Methode, das Kostenproblem zu lösen, ist die Verwendung von Fadenschlußmitteln in Spinnpräparationen. So werden beispielsweise in DE-OS 34 02 155 Epoxyalkylverbindungen als Fadenschlußmittel beschrieben. Nach dem Aufbringen solcher Spinnpräparationen auf die Fadenbündel ist jedoch eine Hitzebehandlung erforderlich. Des weiteren bewirken Epoxyalkylverbindungen einen permanenten Fadenschluß, der die Eigenschaften des fertigen Textils beeinflußt. In den meisten Fällen sollen jedoch Spinnpräparationen keinen Effekt auf der Faser hinterlassen und durch Auswaschen wieder leicht entfernt werden können (Chemiefasern/Textil-Industrie 1977, 328).
Aus US 35 05 220 sind Präparationsmittel bekannt, die Mineralöle, Polybutene mit mittleren Molekulargewichten zwischen 150 und 750, Alkyl- oder Alkenylsäurephosphate mit 13 bis 19 C-Atomen in den Alkyl- oder Alkenylresten und oxidierte pflanzliche Öle enthalten. Die hohe Viskosität dieser Mittel führt jedoch zu Schwierigkeiten bei der Anwendung.
Die Aufgabe der Erfindung bestand in der Entwicklung von Spinnpräparationen, die eine sehr gute Adhäsion der Einzelfäden eines Fadenbündels bewirken und die Verwirbelung und/oder das Zwirnen von Fadenbündeln überflüssig machen. Des weiteren sollen die Spinnpräparationen in einfacher Weise anwendbar sein und keine Thermobehandlung erfordern.
Überraschenderweise wurde gefunden, daß diese hohen Anforderungen von polyurethanhaltigen Spinnpräparationen erfüllt werden.
Erfindungsgegenstand sind dementsprechend Spinnpräparationen auf Basis von Glättemitteln, Emulgatoren, Netzmitteln, Fadenschlußmitteln und/oder Antistatika, die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie, bezogen auf Gesamtaktivsubstanzgehalt, 1 bis 40 Gew.-% Polyurethane enthalten.
Weiterer Erfindungsgegenstand ist ein Verfahren zur Verbesserung des Fadenschlusses beim Schmelzspinnen synthetischer Fasermaterialien, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß im Anschluß an das Schmelzspinnen, bezogen auf das Gewicht der Fadenbündel, 0,3 bis 2,0 Gew.-% polyurethanhaltiger Spinnpräparation-Aktivsubstanz auf die Fadenbündel aufgebracht werden.
Ferner ist die Verwendung von Polyurethanen als Fadenschlußmittel in Mengen von 1 bis 40 Gew.-%, bezogen auf Gesamtaktivsubstanzgehalt, in Spinnpräparationen Erfindungsgegenstand.
Die erfindungsgemäß zu verwendenden Polyurethane werden in an sich bekannter Weise hergestellt (siehe beispielsweise in Ullmanns Encyclopädie der technischen Chemie, Band 19, Seiten 302 ff., Verlag Chemie (1980)), indem Polyisocyanate mit Polyolen und Hydroxycarbonsäuren in Gegenwart von Lösungsmitteln und gegebenenfalls Katalysatoren in 1 bis 6 Stunden bei Temperaturen zwischen 60 und 120°C zu Präpolymeren umgesetzt werden. Bezogen auf die Polyolkomponente liegt das OH/NCO-Äquivalentverhältnis zwischen 0,4 und 1,1, vorzugsweise zwischen 0,5 und 0,7. Nachdem die Mischung 1 bis 3 Stunden gegebenenfalls unter Rückfluß erhitzt wurde, wird auf 18 bis 30°C abgekühlt und mit in organischen Lösungsmitteln gelösten tertiären Alkylaminen neutralisiert. Die Polyurethanmasse wird dann in Wasser dispergiert und anschließend, bezogen auf ein ursprüngliches NCO-Äquivalent, mit 0 bis 0,7 Äquivalenten Mono- und/oder Diaminen, gelöst in Wasser, umgesetzt. Nach Entfernen des Lösungsmittels mittels Destillation werden anionische Polyurethandispersionen erhalten, die keine freien NCO-Funktionen mehr besitzen. Der Polyurethangehalt liegt in den Dispersionen zwischen 10 und 60 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 25 und 40 Gew.-%.
Als Polyisocyanate eignen sich die aus der Polyurethanchemie bekannten aliphatischen und/oder aromatischen, cyclischen und/oder nichtcyclischen Polyisocyanate, beispielsweise 4′,4′′,4′′′-Triisocyanato-triphenylmethan, 2,4,4′-Triisocyanato-diphenylether, Tris(4-isocyanatophenyl)-thiophosphat, Toluol-2,4- und/oder Tolu­ ol-2,6-diisocyanat, Diphenylmethandiisocyanate, 1,5-Naphthalindi­ isocyanat, 1,4-Phenylendiisocyanat, Dicyclohexylmethan-4,4′-diisocyanat, 1,6-Hexandiisocyanat und/oder 3- Isocyanatmethyl-3,5,5-trimethylcyclohexylisocyanat (Isophorondiisocyanat). Vorzugsweise werden aliphatische Diisocyanate, besonders bevorzugt Dicyclohexyl­ methan-4,4′-diisocyanat und/oder Isophorondiisocyanat eingesetzt.
Als Polyolkomponente mit mindestens 2 alkoholischen Hydroxylgruppen zur Herstellung der Präpolymeren werden beispielsweise Glycerin, Trimethylolpropan, Polyether und Polyesterpolyole verwendet. Polyetherpolyole, die durch Addition von Alkylenoxiden, vorzugsweise Ethylenoxid und/oder Propylenoxid an polyfunktionelle Startermoleküle hergestellt werden, haben als Polyether die größte Bedeutung. Als Startermoleküle werden beispielsweise Ethylenglykol, 1,2-Propylenglykol, Trimethylolpropan, Trimethylolethan, Glycerin, Pentaerytrit, Sorbit, Zucker oder Ethylendiamin eingesetzt. Polyesterpolyole werden durch Polykondensation di- und trifunktioneller Polyole mit Dicarbonsäuren oder deren Anhydriden oder durch ringförmige Polymerisation von Caprolactan oder Pivalonlacton an niedermolekulare Starter-Diole hergestellt. Als di- und trifunktionelle Polyole eignen sich Ethylenglykol, 1,2- Propandiol, 1,4-Butandiol, 1,6-Hexandiol, Neopentylglykol, Diethylenglykol, Glycerin, Trimethylolpropan und/oder Hexantriol. Beispiele geeigneter Dicarbonsäuren bzw. Säureanhydride sind Bernsteinsäure, Adipinsäure, Phathalsäureanhydrid, Hexahydrophthalsäure, Maleinsäure oder Isophtahlsäure. Als Polyolkomponente werden vorzugsweise Polyesterpolyole mit mittleren Molekulargewichten zwischen 500 und 5000, besonders bevorzugt Polycaprolactone mit mittleren Molekulargewichten zwischen 500 und 3000, hergestellt durch ringöffnende Polymerisation von Caprolacton an niedermolekulare Diole als Startermoleküle, beispielsweise Ethylenglykol oder 1,4-Butandiol, eingesetzt. Polycaprolactane sind handelsübliche Produkte, die beispielsweise von Interox Chemicals Ltd. unter der Bezeichnung "CAPA" angeboten werden.
Geeignete Polyhydroxycarbonsäuren sind beispielsweise Dihydroxypropionsäure, Dimethylolpropionsäure, Dihydroxybernsteinsäure und/oder Dihydroxybenzosäure. Vorzugsweise kommt 2,2-Dimethylolpropionsäure zum Einsatz.
Als Lösungsmittel eignen sich insbesondere Methylethylketon, Ethylglykolacetat, N-Methylpyrollidon, Triacetin und/oder Diethylenglykoldiacetat.
Die Umsetzungen von Polyisocyanaten mit Polyolen und Polyhydroxycarbonsäuren werden gegebenenfalls in Gegenwart von Katalysatoren, beispielsweise 1,4-Diaza-(2.2.2)-bicyclooctan und/oder Dibutyl-di- laurylstannat durchgeführt, wobei die Katalysatormenge zwischen 0,001 und 0,1 Gew.-%, bezogen auf Gesamtaktivsubstanzgehalt der erhaltenen Polyurethane, liegt.
Die Neutralisation der Prepolymeren wird mit tertiären Alkylaminen, gelöst in obengenannten Lösungsmitteln, beispielsweise mit Triethylamin, Dimethylethanolamin, Triethanolamin, Dimethylisopropanolamin, Dimethylamino-3-propanol, Diethylethanolamin, Triiso­ propanolamin und/oder Methyldiisopropanolamin durchgeführt. Als Kettenverlängerer eignen sich Diamine, insbesondere in Form wäßriger Lösungen, beispielsweise Ethylendiamin, Hexamethylendiamin und/oder Piperazin, als Kettenabbrecher Monoamine, insbesondere in Form wäßriger Lösungen, beispielsweise Monoethanolamin und/oder Morpholin.
Die Polyurethandispersionen werden in wäßrig emulgierte Spinnpräparationen, die Glättemittel, Emulgatoren, Netzmittel, Antistatika und/oder gegebenenfalls weitere Additive enthalten, bei Temperaturen zwischen 18 und 25°C durch Mischen eingearbeitet. Die erhaltenen polyurethanhaltigen Spinnpräparation-Emulsionen haben einen Gesamtaktivsubstanzgehalt zwischen 3 und 40 Gewichtsprozent. Der Polyurethangehalt liegt in den Emulsionen, bezogen auf Gesamt­ aktivsubstanzgehalt zwischen 1 und 40 Gewichtsprozent (Gew.-%). Bezogen auf Gesamtaktivsubstanzgehalt enthalten die Emulsionen
35 bis 95 Gew.-% Glättemittel
0 bis 50 Gew.-% Emulgatoren, Antistatika und/oder Netzmittel
1 bis 40 Gew.-% Polyurethane
0 bis 10 Gew.-% Additive, zum Beispiel pH-Wert-Regulantien, Bakterizide und/oder Korrosionsschutzmittel
vorzugsweise
35 bis 95 Gew.-% Glättemittel
0 bis 50 Gew.-% Emulgatoren, Antistatika und/oder Netzmittel
5 bis 20 Gew.-% Polyurethane
0 bis 10 Gew.-% Additive.
Die erfindungsgemäßen Spinnpräparation-Emulsionen enthalten als Glättemittel beispielsweise Mineralöle, Fettsäureester mit 8 bis 22 C-Atomen im Fettrest und 1 bis 22 C-Atomen im Alkoholrest, beispielsweise Palmitinsäuremethylester, Isobutylstearat und/oder Talgfettsäure-2-ethylhexylester, Silicone, beispielsweise Dimethylpolysiloxan und/oder Polyalkylenglykole, beispielsweise Ethylenoxid/Propylenoxid-Mischpolymere mit mittleren Molekulargewichten zwischen 600 und 6000. Als Emulgatoren, Netzmittel und/oder Antistatika kommen anionische, kationische und/oder nichtionische Tenside in Betracht (siehe beispielsweise in Chemiefasern/ Textil-Industrie, 1977, 335), wie Mono- und/oder Diglyceride, beispielsweise Glycerinmono- und/oder Glycerindioleat, alkoxylierte, vorzugsweise ethoxylierte und/oder propoxylierte Fette, Öle, Fettalkohole mit 8 bis 24 C-Atomen und/oder C8-18-Alkylphenole, beispielsweise Ricinusöl mit 25 Mol Ethylenoxid und/oder C16-18-Fettalkohol mit 8 Mol Propylenoxid + 6 Mol Ethylenoxid, gewünschtenfalls alkoxylierte C8-24-Fettsäuremono- und/oder -diethanolamide, beispielsweise Ölsäuremono- und/oder -diethanolamid, Talgfettsäuremono- und/oder -diethanolamid und/oder Kokosfettsäuremonoethanolamid mit 4 Mol Ethylenoxid, Alkali- und/oder Ammoniumsalze alkoxylierter, vorzugsweise ethoxylierter und/oder propoxylierter, gegebenenfalls endgruppenverschlossener C8-22-Alkylalkoholsulfonate, beispielsweise Oleylalkohol · 20 Mol Ethylenoxid-butanol-natriumsulfonat, Umsetzungsprodukte aus gegebenenfalls alkoxylierten C8-22-Alkylalkoholen mit Phosphorpentoxid oder Phosphoroxychlorid, beispielsweise Ethylhexanol · 2 Mol Ethylenoxid-P₂O₅-ester, Kaliumsalz, Alkali- und/oder Ammoniumsalze von C8-22-Alkylsulfosuccinaten, beispielsweise Natriumdioctyl­ sulfosuccinat, und/oder Aminoxid, beispielsweise Dimethyl­ dodecylaminoxid. Als fakultative Bestandteile enthalten die Spinnpräparationen pH-Wert-Regulantien, beispielsweise C1-4-Carbonsäuren und/oder C1-4-Hydroxycarbonsäuren, wie Essigsäure und/oder Glykolsäure, Alkalihydroxide, wie Kaliumhydroxid und/oder Amine, wie Triethanolamin, Bakterizide und/oder Korrosionsschutzmittel.
Die Applikation polyurethanhaltiger Spinnpräparation-Emulsionen erfolgt in bekannter Weise nach Austritt der Kapillaren aus der Spinndüse. Die Präparationen, die eine Temperatur zwischen 18 und 30°C haben, werden mit Hilfe von Auftragswalzen oder mittels Dosierpumpen über geeignete Applikatoren aufgebracht. Die Aktivsub­ stanzauftragsmenge der Spinnpräparation-Emulsionen, die gegebenenfalls mit Wasser auf einen Aktivsubstanzgehalt zwischen 3 und 20 Gew.-% verdünnt werden, beträgt etwa 0,3 bis 2,0 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Fadenbündel. Nach der Behandlung mit den Präparationen werden die Fadenbündel auf Spinnspulen aufgewickelt. Es ist überraschend, daß die mit den erfindungsgemäßen Spinnpräparationen behandelten Fadenbündel neben einem verbesserten Fadenschluß reduzierte dynamische Faden/Festkörper-Reibungskoeffizienten besitzen. Die Fadenbündel können aus Polyamiden, Polyestern oder Polyolefinen bestehen.
Beispiele Herstellung der Polyurethandispersion I
0,015 Mol CAPA 210 (Interox Chemicals Ltd., mittleres Molekulargewicht = 1000, OH-Zahl = 112) und 0,01 Mol Dimethylolpropionsäure wurden in einem Rührreaktor in 10,06 g Methylethylketon gelöst und unter Rühren auf 60°C erwärmt. Nach der Homogenisierung wurden 0,0321 Mol Isophorondiisocyanat zugesetzt und die Mischung 2 Stunden auf 85 bis 90°C erwärmt. Nachdem sich ein konstanter NCO-Wert eingestellt hat, wurde noch weitere 30 Minuten erwärmt. Nachdem die Mischung auf 25 bis 30°C abgekühlt worden ist, wurden 0,019 Mol Trimethylamin in 6,567 g Methylethylketon zur Neutralisation zugesetzt. Nach etwa einer ¼ Stunde wurde die Polyurethanmasse in 50 g Wasser dispergiert und anschließend 0,07 Mol Ethylendiamin in 8,3 g Wasser zugesetzt. Methylethylketon wurde unter reduziertem Druck bei 35 bis 40°C abdestilliert, und es wurde eine wäßrige Polyurethandispersion mit einem Aktivsubstanzgehalt von 30 Gew.-% erhalten.
Anwendungsbeispiele
Es wurden Spinnpräparationen folgender Zusammensetzungen verwendet:
Spinnpräparation A:
61 Gew.-% Talgfettsäure-2-ethylhexylester
 6 Gew.-% Rüböl/Triolein-sulfat
 6 Gew.-% Natriumdioctylsulfosuccinat
10 Gew.-% Oleylalkohol · 20 Mol Ethylenoxid-butanol-natriumsulfonat
 4 Gew.-% Ölsäurediethanolamid
 7 Gew.-% Ölsäure-mono/diglycerid
 5 Gew.-% Olein
 1 Gew.-% KOH, 45 Gew.-%ig
Spinnpräparation B:
70 Gew.-% Talgfettsäure-2-ethylhexylester
 3 Gew.-% Natrium-dioctylsulfosuccinat
 2 Gew.-% Ethylhexanol · 2 Mol Ethylenoxid-P₂O₅-ester, Kaliumsalz
18 Gew.-% Dimethyl-dodecylaminoxid
 4 Gew.-% C16-18-Fettalkohol × 8 Mol Propylenoxid × 6 Mol Ethylenoxid
 2 Gew.-% Olein
 1 Gew.-% Triethanolamin
Spinnpräparation C:
20 Gew.-% Mineralöl, Viskosität (25°C) = 6 m²/sec
30 Gew.-% Poly-α-olefin, Viskosität (40°C) =5,1 m²/sec
20 Gew.-% Poly-α-olefin, Viskosität (40°C) =16,9 m²/sec
 3 Gew.-% Natrium-dioctylsulfosuccinat
 2 Gew.-% Ethylhexanol · 2 Mol Ethylenoxid-P₂O₅-ester, Kaliumsalz
18 Gew.-% Dimethyl-dodecylaminoxid
 4 Gew.-% C16-18-Fettalkohol × 8 Mol Propylenoxid × 6 Mol Ethylenoxid
 2 Gew.-% Olein
 1 Gew.-% Triethanolamin
9 Gewichtsteile (Gew.-Teile) in Wasser emulgierte Spinnpräparation A wurde mit 3,3 Gew.-Teilen (Präparation A1) oder mit 6,6 Gew.-Teilen (Präparation A2) der Polyurethandispersion I, 9 Gew.-Teile in Wasser emulgierte Spinnpräparation B mit 3,3 Gew.-Teilen (Präparation B1) und 6,6 Gew.-Teilen (Präparation B2) Polyurethandispersion I und 9 Gew.-Teile in Wasser emulgierte Spinnpräparation C mit 6,6 Gew.-Teilen (Präparation C1) Polyurethandispersion I bei 20°C vermischt. Der Gesamtaktivsubstanzgehalt der Spinnpräparation-Emulsionen betrug 7,5 Gew.-%.
Nylon 6 115 f 34 POY (Partially Oriented Yarn) wurde mit einer Spinngeschwindigkeit von 4500 m/min gesponnen. Der Auftrag der polyurethanhaltigen Spinnpräparation-Emulsionen, die eine Temperatur von 20°C hatten, erfolgte über eine Dosierpumpe (Ölauflage: 0,8 Gew.-%, Emulsionskonzentration: 7,5 Gew.-% Aktivsubstanz).
Bei der Auswertung des Spinnversuches wurden folgende Parameter bestimmt:
Reibungskoeffizienten gegen Stahl bei einer Geschwindigkeit von 300 Meter pro Minute gemessen am F-Meter der Fa. Rothschild (Klima: 20°C, 65% relative Luftfeuchte)
elektrostatische Aufladung an Stahl bei einer Geschwindigkeit von 300 Meter pro Minute gemessen am F-Meter der Fa. Rothschild (Klima: 20°C, 65% relative Luftfeuchte)
Halbwertszeit (Static-Voltmeter der Fa. Rothschild; Klima: 20°C, 65% relative Luftfeuchte)
Fadenschluß (Meßgerät des Textil- und Faserinstitutes, Denkendorf; Klima: 20°C, 65% relative Luftfeuchte)
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefaßt.
Tabelle 1

Claims (6)

1. Spinnpräparationen auf Basis von Glättemitteln, Emulgatoren, Fadenschlußmitteln, Netzmitteln und/oder Antistatika, dadurch gekennzeichnet, daß diese, bezogen auf Gesamtaktivsubstanzgehalt, 1 bis 40 Gew.-% Polyurethan enthalten.
2. Spinnpräparationen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese, bezogen auf Gesamtaktivsubstanzgehalt, 5 bis 20 Gew.-% Polyurethane enthalten.
3. Spinnpräparationen nach einem oder beiden der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyurethane als Polyisocyanate aliphatische Diisocyanate, vorzugsweise Dicyclohexylmethan-4,4′-diisocyanat und/oder Isophorondiisocyanat enthalten.
4. Spinnpräparationen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyurethane als Polyolkomponente Polyesterpolyole mit mittleren Molekulargewichten zwischen 500 und 5000, vorzugsweise Polycaprolactone mit mittleren Molekulargewichten zwischen 500 und 3000 enthalten.
5. Verfahren zur Verbesserung des Fadenschlusses beim Schmelzspinnen synthetischer Fasermaterialien, dadurch gekennzeichnet, daß nach Austritt der Kapillaren aus der Spinndüse, bezogen auf das Gewicht der Fadenbündel, 0,3 bis 2,0 Gew.-% Spinnpräparation-Aktivsubstanz nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 auf die Fadenbündel aufgebracht werden.
6. Verwendung von Polyurethanen als Fadenschlußmittel in Spinnpräparationen in Mengen von 1 bis 40 Gew.-%, bezogen auf Gesamtaktivsubstanzgehalt.
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