DE69735865T2

DE69735865T2 - Verfahren zur Herstellung von Additiven für synthetische Filamente und Einarbeitung dieser Additive in thermoplastische filamentbildende Polymermaterialien

Info

Publication number: DE69735865T2
Application number: DE69735865T
Authority: DE
Inventors: Donald Anderson Caswell; Frank R. Asheville Jones; David B. Asheville Ledford; Stanley A. Candler McIntosh; Gary W. Asheville Shore; Karl H. Arden Buchanan; Wayne S. Asheville Stanko; Daniel G. Candler Gasperson; Jr. Charles F. Asheville Helms
Original assignee: Honeywell International Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 1996-03-04
Filing date: 1997-02-27
Publication date: 2006-11-16
Anticipated expiration: 2017-02-28
Also published as: US5833893A; US5955516A; US5869551A; CN1160489C; US5800746A; US5834089A; AU724515B2; US5973032A; EP0794222A3; DE69735865D1; EP0794222A2; CN1170050A; AU1503497A; US5889089A; EP0794222B1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen das Gebiet der polymeren Materialien, die ein oder mehrere Additive enthalten, und speziell nicht wässrige Additivkonzentratsysteme, durch die Additive in polymere Materialien eingearbeitet werden. Die polymeren Materialien können verwendet werden, um Filamente zu bilden, die selbst Garne bilden können, aus denen Teppiche hergestellt werden.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK UND KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die Einarbeitung von Additiven in so genannte „reine" thermoplastische polymere Wirtsmaterialien (dass heißt polymere Materialien, die keine Additive enthalten), um gewünschte physikalische Eigenschaften zu erzielen, ist gut bekannt. Es ist daher in der Technik üblich, Farbmittel, Stabilisatoren, Mattierungsmittel, flammhemmende Mittel, Füllstoffe, antimikrobielle Mittel, Antistatikmittel, optische Aufheller, Streckmittel, Verarbeitungshilfsstoffe und andere funktionelle Additive in polymere Wirtsmaterialien einzuarbeiten, in dem Bestreben, gewünschte Eigenschaften des resultierenden additivhaltigen polymeren Wirtsmaterials zu „entwickeln". Derartige Additive werden typischerweise zu einem beliebigen Zeitpunkt vor der Formgebung des polymeren Materials, zum Beispiel durch Spinn- oder Formpressarbeitsgänge (z.B. Extrusion, Spritzgießen oder Blasformen), zugegeben.
Die Einarbeitung von Farbmitteladditiven in Filamente, die durch Schmelzspinnen eines polymeren Materials gebildet werden, hat einzigartige Herausforderungen geboten. Die Menge des partikulären Pigments, das in einem Konzentrat dispergiert ist, welches zu dem polymeren Material zugegeben wird, muss zum Beispiel hin reichend hoch sein, um eine zufrieden stellende Farbdichte zu verleihen, darf jedoch nicht so hoch sein, dass der Spinnprozess gestört wird. Ein früherer Vorschlag zum Einarbeiten von Farbmitteladditiven in thermoplastische polymere Materialien ist in der US-Patentschrift Nr. 5,236,645 an Frank R. Jones am 17. August 1993 offenbart. Das europäische Äquivalent zu dieser Patentschrift ist EP-A-0478987.
Gemäß der Patentschrift '645 von Jones können die Additive in eine thermoplastische Schmelze eingeführt werden, indem mindestens ein Additiv in einen wässrigen Träger, der ein Dispergiermittel enthält, eingespeist wird, um einen wässrigen Additivstrom zu einem Entgasungsextruder, der einen thermoplastischen Kunststoff extrudiert, zu bilden. Der wässrige Teil des wässrigen Additivstroms wird dabei innerhalb des Extruders verflüchtigt und daraus über einen Extruderabzug entfernt. Als Ergebnis wird ein im Wesentlichen homogenes System, das den thermoplastischen Kunststoff, das Dispergiermittel und das Additive enthält, erhalten, das danach durch Schmelzextrusion durch filamentbildende Auslassöffnungen in einer Spinndüse, die zu einer Spinnpaket-Baugruppe gehört, zu einem Filament gesponnen werden kann.
EP-A-0477634 offenbart verschiedene Mittel, die eine wässrige Dispersion und Konzentrat-Chips umfassen, zum Einarbeiten von Additiven in Polymermaterialien, zum Beispiel eine Polyamid- oder Polyesterschmelze. In ähnlicher Weise offenbart US-A-3,668,172 ein polyolefinbasierendes Pigmentkonzentrat, das verwendet wird, um Pigmente in Polyesterzusammensetzungen einzuführen. Die resultierenden Zusammensetzungen können zu Fasern für weitere Verwendung geformt werden.
Des Weiteren offenbart US-A-5,194,090 eine flüssige Pigmentzusammensetzung zum Einfärben von Polyamiden, die in einen geschmolzenen polymeren Strom, der zu Filamenten gesponnen werden soll, eingespritzt werden kann.
Obwohl die Verfahren, die in dem Stand der Technik offenbart sind, völlig zufrieden stellend sind, würden einige weiterführende Verbesserungen beim Einarbeiten von Additiven in einen Schmelzfluss thermoplastischer polymerer Materialien wünschenswert sein. Es würde zum Beispiel besonders wünschenswert sein, wenn der Additivstrom nicht wässrig wäre, da dies die Notwendigkeit eines Entgasungsextruders umgehen würde (d.h. da ein verflüchtigter wässriger Teil des Additivstroms dann nicht vor dem Schmelzspinnen ausströmen müsste). Des Weiteren ist es durchaus möglich, dass ein nicht wässriger Additivstrom physikalisch in der Nähe oder in die Spinnpaket-Baugruppe eingeführt werden könnte, wo er mit einem Schmelzfluss des polymeren Materials unmittelbar vor den Auslassöffnungen der Spinndüse (und vorzugsweise nach dem Polymerfilterteil der Spinnpaket-Baugruppe) gemischt werden kann, wobei dadurch der Extruder umgangen wird. Eine derartige Möglichkeit würde dann ermöglichen, dass die Additivkonzentration und/oder die Additivarten auf einer kontinuierlichen Basis geändert werden können, um sequentielle Längen schmelzgesponnener Filamente mit gewünschten, jedoch verschiedenen Eigenschaften und/oder Charakteristiken zu produzieren. Das heißt, dass die vorgeschaltete Verarbeitungsausrüstung, zum Beispiel die Extruder und Prozessrohrleitungen, die das polymere Wirtsmaterial zur Spinnpaket-Baugruppe liefern, nicht unbedingt zum Zwecke der Reinigung stillgelegt werden müssten. Des Weiteren würde durch das Einführen eines nicht wässrigen Additivstroms direkt in die Spinnpaket-Baugruppe die Spülzeit verhältnismäßig kurz sein und dadurch zum Beispiel ermöglichen, dass schnelle Farbwechsel von einer Filamentproduktionscharge zur anderen stattfinden. Die vorliegende Erfindung ist auf derartige Verbesserungen gerichtet.
Ganz allgemein ist die vorliegende Erfindung in einem nicht wässrigen Additivkonzentratsystem für polymere, insbesondere thermoplastische, Wirtsmaterialien, die direkt zu einem Schmelzfluss des polymeren Materials in abgemessenen Mengen zugegeben werden können, ausgeführt. Insbesondere umfasst das Additivkonzentratsystem gemäß der vorliegenden Erfindung ein Filamentadditiv, das in einem flüssigen oder verflüssigten nicht wässrigen Träger dispergiert ist.
Das Additivsystem dieser Erfindung umfasst auch ein Dispergiermittel, das das partikuläre Additiv beschichtet. Dementsprechend ist ein erster Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung auf ein nicht wässriges Additivkonzentratsystem gerichtet, das feste Additivpartikel umfasst, die mit einem Dispergiermittel beschichtet sind, wobei die festen Additivpartikel in einer Menge zwischen 5 bis 75 Gew.-%, bezogen auf die Masse des Additivkonzentratsystems, vorliegen und das Dispergiermittel in einer Menge zwischen 40 und 100 Gew.-%, bezogen auf die Masse der Additivpartikel, vorliegt. Der Rest des Additivkonzentratsystems besteht aus einem flüssigen, nicht wässrigen Polycaprolacton-Träger.
Ein zweiter Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist auf ein Verfahren zum Herstellen eines nicht wässrigen Additivkonzentratsystems, wie oben definiert, gerichtet, wobei das Verfahren die Schritte des Beschichtens der Additivpartikel mit einem Dispergiermittel und des Dispergierens der auf diese Weise erhaltenen dispergiermittelbeschichteten Partikel in einem flüssigen, nicht wässrigen Polycaprolacton-Träger umfasst.
Gemäß einem dritten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung umfasst eine additivhaltige Polymerzusammensetzung ein polymeres Wirtsmaterial und ein nicht wässriges Additivkonzentratsystem, wie oben definiert, das innerhalb mindestens eines Teils des polymeren Wirtsmaterials dispergiert ist.
Weitere Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung sind auf ein additivhaltiges Filament, das aus einer Polymerzusammensetzung, wie oben definiert, gebildet wird, ein Garn, das ein derartiges Filament enthält, und einen Teppich, der ein derartiges Garn enthält, gerichtet.
Es wird am meisten bevorzugt, wenn das Additivkonzentratsystem gemäß dieser Erfindung in der Form einer fließfähigen Paste ist, die in abgemessenen Mengen (dosiert) zu einem Schmelzfluss des polymeren Materials zugegeben werden kann, bevor es zu Filamenten gesponnen wird, zum Beispiel in der Nähe oder in die Spinnpaket-Baugruppe, vor den filamentbildenden Spinndüsen-Auslassöffnungen der Baugruppe.
Auf eine derartige Art und Weise können daher Chargen synthetischer Filamente mit verschiedenen Additiven sequentiell auf einer kontinuierlichen Basis ohne teure Stillstandszeit der Ausrüstung produziert werden. Das heißt die gleiche Spinnpaket-Baugruppe kann verwendet werden, um eine erste Charge von Filamenten, die eine Art von Additiv enthält, während eines Produktionsintervalls zu produzieren, und dann verwendet werden, um eine zweite Charge von Filamenten, die eine zweite Art von Additiv enthält, während eines nachfolgenden Produktionsintervalls zu produzieren, indem das Additiv, das in die filamentbildende Schmelze eingeführt wird, verändert wird. Darüber hinaus ist das Zeitintervall, das benötigt wird, um zwischen verschiedenen Additiven zu wechseln, verhältnismäßig kurz, da das Additivsystem bevorzugtesterweise in den Schmelzfluss in der Nähe oder in die Spinnpaket-Baugruppe eingeführt wird, was wiederum die Zeit wesentlich reduziert, die gebraucht wird, um rückständiges Additiv, das in die erste Charge von Filamenten eingearbeitet wird, wegzuspülen. Die Produktion von verschiedenen additivhaltigen Filamenten (z.B. Filamenten, die verschiedene Farbmittel enthal ten) ist jetzt in einem verhältnismäßig kurzen Zeitraum möglich, ohne das Filamentwickeln anzuhalten.
Ausführlicher gesagt, sequentielle Längen verschiedener additivhaltiger Filamente können kontinuierlich produziert werden, indem ein schmelzspinnbares polymeres Wirtsmaterial kontinuierlich den Auslassöffnungen einer Spinndüse zugeführt wird und während eines ersten Zeitintervalls ein Konzentratsystem gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Additiv regulierbar in das polymere Material dosiert wird, um eine erste Polymermischung zu bilden, die durch die Auslassöffnungen der Spinndüse extrudiert wird. Anschließend wird während eines zweiten Zeitintervalls ein weiteres Konzentratsystem gemäß der vorliegenden Erfindung, das ein anderes Additiv enthält, regulierbar in das polymere Material dosiert, ohne die kontinuierliche Zuführung des polymeren Materials zu den Auslassöffnungen der Spinndüse zu unterbrechen, um eine zweite Polymermischung zu bilden, die durch die Auslassöffnungen der Spinndüse extrudiert wird.
Während der Änderung des Additivkonzentrats wird ein Zwischenzeitintervall benötigt, um rückständige Mengen des ersten Additivkonzentrats aus der Spinndüse zu spülen. Während der Zwischenzeitintervalle wird daher eine Zwischenlänge von Filamenten produziert, die sich über die Filamentlänge von ganz das erste Additivkonzentratsystem der vorliegenden Erfindung enthaltend bis ganz das zweite Additivkonzentratsystem der Erfindung enthaltend ändert. Diese produzierte Zwischenlänge von Filamenten wird separat von der ersten und zweiten Länge der Produktionsfilamente gehandhabt. Die Menge einer derartigen Zwischenlänge von Filamenten ist jedoch verhältnismäßig klein, da, wie oben angemerkt, das Zeitintervall, das benötigt wird, um rückständige Mengen des ersten Additivkonzentrats aus der Spinndüse zu spülen, verhältnismäßig kurz ist.
Andere Vorteile ergeben sich aus dem Einführen des Additivkonzentratsystems der vorliegenden Erfindung in das polymere Wirtsmaterial innerhalb der Spinnpaket-Baugruppe. Zum Beispiel können die Spinnpaket-Baugruppe und ihre zugehörigen Auslassöffnungen der Spinndüse derartig gestaltet sein, dass schmelzgesponnene Mehrkomponentenfilamente (z.B. Filamente mit mehreren Bereichen aus verschiedenen Polymergemischen, Farbmitteln und/oder anderen Additiven) gebildet werden, wie die Filamente, die in der US-Patentschrift Nr. 5,162,074 von Hills offenbart sind, indem ein Schmelzfluss des polymeren Wirtsmaterials in zwei oder mehr Teilflüsse innerhalb der Spinnpaket-Baugruppe aufgespaltet wird. Das Additivkonzentratsystem kann dementsprechend in die Spinnpaket-Baugruppe eingeführt und mit einem oder mehreren derartiger Teilflüsse polymeren Wirtmaterials gemischt werden, ohne dass es mit anderen Teilflüssen gemischt wird, um Mehrkomponentenfilamente zu bilden. während die folgende Besprechung die Produktion von Filamenten, wobei das Additivkonzentratsystem im Wesentlichen homogen durch den Filamentquerschnitt gemischt ist, hervorhebt, versteht sich daher, dass die vorliegende Erfindung ebenso auf die Bildung von Mehrkomponentenfilamenten anwendbar ist, wobei das Additivkonzentratsystem im Wesentlichen homogen innerhalb eines oder mehrerer Multipolymerbereiche in dem Filamentquerschnitt gemischt ist, ohne in dem anderen Bereich bzw. anderen Bereichen vorzuliegen (wie z.B. in Kern-Hülle-Filamenten, keilförmigen Filamenten, Seite-an-Seite-Filamenten und desgleichen).
Wie oben angemerkt, ergibt sich gemäß der vorliegenden Erfindung eine erhebliche Verarbeitungsflexibilität. Die Verarbeitungsflexibilität ist das Ergebnis von mindestens zwei Merkmalen, die durch die Verwendung eines Additivkonzentratsystems gemäß der vorliegenden Erfindung möglich gemacht werden. Erstens können Additivkonzentratsysteme oberhalb der Spinndüse mit entweder dem gesamten Wirtspolymer oder nur einem Teil des Wirtspolymers gemischt werden. Zum Beispiel kann ein funktionelles Additiv- (z.B. ein Antistatikmittel-) – konzentratsystem mit nur einem Drittel des Wirtspolymers gemischt werden, sodass ein Drittel der gesponnenen Filamente das Antistatikmittel enthält und die verbleibenden zwei Drittel es nicht enthalten.
Zweitens können zwei oder mehr Additivkonzentratsysteme mit dem Wirtspolymer oberhalb der Spinndüse gemischt werden, um eine einzelne Eigenschaft in der Faser, die gesponnen wird, zu erzielen. Zum Beispiel können ein gelbes Additivkonzentratsystem und ein blaues Additivkonzentratsystem gleichzeitig mit dem wirtspolymer oberhalb der Spinndüse gemischt werden, um eine grüne Faser bereitzustellen, wenn die Mischung gesponnen wird. Es gibt keine theoretische Obergrenze für die Anzahl der Additivkonzentratsysteme, die mit dem Wirtspolymer oberhalb der Spinndüse gemischt werden können. Die Anzahl der Additivkonzentratsysteme ist nur durch den Platz, der verfügbar ist, um die Systeme in die Anlage einzuspritzen, beschränkt. Es wird in Erwägung gezogen, dass das Wirtspolymer auch etwas Additiv vor dem Mischen oberhalb der Spinndüse enthalten kann.
Diese zwei Merkmale schließen sich nicht gegenseitig aus und es ergibt sich große Flexibilität aus deren Kombination. Wenn Farbe als ein Beispiel verwendet wird, kann entweder einfarbiges oder mehrfarbiges Garn unter Verwendung von Systemen gemäß der vorliegenden Erfindung gesponnen werden. Einfarbiges Garn kann durch Mischen von einem oder mehreren Farbadditivkonzentratsystemen (z.B. einem gelben System und einem blauen System, wie oben veranschaulicht) mit dem gesamten Wirtspolymer, sodass ein einfarbiges Garn (z.B. ein Multifilamentgarn, das nur grüne Filamente enthält) resultiert, gesponnen werden.
Mehrfarbiges Garn (z.B. Melangegarn) kann gesponnen werden, indem separierte Teile des Wirtspolymers selek tiv eingefärbt werden und jeder separierte Teil abgesondert gehalten wird, bis er gesponnen wird. Zum Beispiel kann ein Teil des Wirtspolymers mit sowohl dem gelben als auch dem blauen Additivsystem eingefärbt werden, um grüne Filamente zu produzieren. Ein weiterer Teil des Wirtspolymers kann mit einem roten Additivsystem eingefärbt werden, um rote Filamente zu produzieren, die gleichzeitig mit den grünen Filamenten gesponnen werden. Das resultierende Multifilamentgarn zeigt daher eine melangierte Farbe aufgrund der Kombination einzelner roter und grüner Filamente, die in dem Garn vorliegen.
Die obigen Konzepte treffen auch auf das Spinnen von Filamenten mit mehreren Querschnittsbereichen, wie Kern-Hülle-Filamente, keilförmige Filamente, Seite-an-Seite-Filamente und desgleichen, zu. Für Multibereichfilamente kann das Additivkonzentratsystem der vorliegenden Erfindung daher mit einem oder mehreren Spaltflüssen des Wirtspolymers gemischt und dann mit dem Rest des Wirtspolymerflusses wiedervereinigt werden, um Filamente zu erzielen, wobei das Additiv nur in einem oder mehreren der Querschnittsbereiche vorliegt.
Wenn das Filament ein Kern-Hülle-Filament ist, kann das Additivsystem der Erfindung zum Beispiel entweder in dem Kern oder in der Hülle vorliegen.
Wenn das Additiv ein Farbmittel ist, kann daher eine nahezu unbegrenzte Anzahl an mehrfarbigen Multibereichfilamenten produziert werden. Es kann zum Beispiel nur der Kern eines Kern-Hülle-Filaments ein oder mehrere Farbmitteladditive umfassen, was der Faser ein Farbmerkmal verleiht, das durch die ungefärbte Hülle visuell wahrnehmbar ist. In diesem Zusammenhang ist gefunden worden, dass ein Farbmitteladditiv bzw. Farbmitteladditive, die nur in dem Kern eines Kern-Hülle-Multibereichfilaments enthalten sind, in einer Farbintensität resultieren, die mit reduzierten Farbmittelbeladungsan teilen (z.B. zwischen etwa 5 bis etwa 10 % weniger) erzielt werden, verglichen mit Filamenten mit dem gleichen Farbmitteladditiv bzw. Farbmitteladditiven, die homogen innerhalb des gesamten Filamentquerschnitts dispergiert sind, um eine vergleichbare Farbintensität zu erzielen.
Alternativ oder zusätzlich kann das Farbmitteladditiv in der Hülle eines Kern-Hülle-Filaments vorliegen, um einen Farbeffekt zu erzielen, der eine Kombination der Kern- und Hüllenfarbe ist. Durch selektives Auswählen und Einarbeiten der Farbmittel in den Kern und/oder die Hülle kann daher nahezu jedes beliebige Farbmerkmal für das resultierende Filament erzielt werden. Einige bestimmte Kombinationen der Farbmittel sowohl in dem Kern als auch in der Hülle eines Kern-Hülle-Filaments müssen nicht unbedingt in einer „reinen" Farbkombination derartiger Farbmittel, die für das Filament verwertet werden, resultieren. Das heißt die additiven/subtraktiven Effekte der Farbmittel in dem Kern und der Hülle von Kern-Hülle-Filamenten sind verhältnismäßig kompliziert und können manchmal nicht mit absoluter Sicherheit vorhergesagt werden. Routineexperimentieren mit Farbmitteln in dem Kern und/oder der Hülle von Kern-Hülle-Filamenten resultiert jedoch darin, dass eine nahezu unbegrenzte Anzahl an gewünschten Filamentfarbmerkmalen erhalten wird.
Andere Multibereichfilamentkombinationen werden sich vorgestellt, wie Seite-an-Seite-Bereichfilamente mit verschiedenen Farbmerkmalen in jeder der Seiten oder keilförmige Filamente, wobei einer oder mehrere der Keile das gleiche oder verschiedene Farbmerkmale aufweisen. Derartige Multibereichfilamente können nützlich eingesetzt werden, um Melangegarne zu bilden, da die farbadditivhaltigen Bereiche sich visuell an verschiedenen Stellen entlang der Länge der Filamente präsentieren, wenn sie gedreht werden (wie es z.B. während der Gernverarbeitung auftreten kann). Des Weiteren können die Farbmittel und Bereiche, worin derartige Farbmittel vorliegen, ausgewählt werden, um Filamente zu erzielen, die makroskopisch einheitlich gefärbt erscheinen.
Obwohl die Additivkonzentratsysteme dieser Erfindung in das Wirtspolymer (ob in seiner Gesamtheit oder in einen oder mehrere seiner Spaltflüsse) in einer im Wesentlichen konstanten Geschwindigkeit abgemessen (dosiert) werden können, wird sich des Weiteren auch eine periodische oder eine kontinuierliche Varianz der Dosiergeschwindigkeit vorgestellt. Wie oben kurz angemerkt, wenn von einer Filamentrezeptur zur anderen gewechselt wird, müssen daher ein oder mehrere der Additivkonzentrate variiert werden, um die Filamentproduktion von einer früheren Rezeptur auf die dann aktuelle Rezeptur umzuschalten. Eine zufällige oder konstante Varianz der Dosiergeschwindigkeit kann jedoch auch benutzt werden, wobei in diesem Fall die resultierenden Filamente mehr oder weniger Additiv entlang ihrer Länge verteilt haben. Wenn das Additiv ein Farbmittel ist, ermöglicht ein derartiges Verfahren, dass Filamente gebildet werden, die eine dickstellenartige Farberscheinung entlang ihrer axialen Länge aufweisen, die zum Beispiel eingesetzt werden können, um Garne mit einem gestreiften oder marmorierten Eindruck zu produzieren.
Diese und andere Gesichtspunkte und Vorteile dieser Erfindung werden klarer werden, nachdem die folgende ausführliche Beschreibung der bevorzugten beispielhaften Ausführungsformen davon sorgfältig betrachtet wurde.
KURZE BESCHREIBUNG DER BEIGEFÜGTEN ZEICHNUNGEN
Nachstehend wird Bezug auf die beigefügte Zeichnung genommen, wobei 1 eine schematische Ansicht eines Filamentschmelzspinnapparats ist, worin das Additivsystem dieser Erfindung zu einem Schmelzfluss polymeren Materials vor dem Spinnen zugegeben werden kann.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Um ein Verständnis der Prinzipien der vorliegenden Erfindung zu fördern, folgen Beschreibungen spezifischer Ausführungsformen der Erfindung und spezifische Sprache beschreibt diese. Es versteht sich dennoch, dass keine Beschränkung des Umfangs der Erfindung damit beabsichtigt ist, und dass derartige Abänderungen und weitere Modifikationen und derartige weitere Anwendungen der Prinzipien der Erfindung, wie besprochen, die einem Durchschnittsfachmann, den die Erfindung betrifft, normalerweise in den Sinn kommen würden, betrachtet werden.
Während Bezug auf Schmelzspinnen der Filamente genommen wurde und nachstehend genommen wird, versteht sich daher zum Beispiel, dass andere Arbeitsgänge, die dazu dienen, eine Schmelze eines polymeren Material in eine endgültige Form zu formen (z.B. Extrusion oder Spritzgießen, Blasformen oder desgleichen), betrachtet werden. In Filamenten gemäß der vorliegenden Erfindung wird das polymere Wirtsmaterial jedoch vorzugsweise schmelzgesponnen. Zur einfacheren Bezugnahme betont die folgende Besprechung des Weiteren die zurzeit bevorzugte Ausführungsform der Erfindung im Hinblick auf das Einarbeiten von Farbmitteln in polymere Materialien, die vorliegende Erfindung kann jedoch ebenfalls eingesetzt werden, um nahezu jedes andere herkömmliche Additiv, wie gewünscht, einzuarbeiten. In diesem Zusammenhang soll sich der Begriff „Additiv", wie er hierin und in den begleitenden Ansprüchen verwendet wird, auf nahezu jedes beliebige Material beziehen, das physikalisch zu einem Polymerschmelzfluss zugegeben werden kann, und umfasst daher allgemein Farbmittelpigmente, die in der folgenden Besprechung betont werden. Geeignete und bevorzugte Additive, die in der Anwendung dieser Erfindung eingesetzt werden können, umfassen daher feste und flüssige Farbmittel, Stabilisatoren, Mattierungsmittel, flammhemmende Stoffe, Füllstoffe, antimikrobielle Mittel, Antistatikmittel, optische Aufheller, Streckmittel, Verarbeitungshilfsstoffe und andere funktionelle Additive.
Wie hierin und in den begleitenden Ansprüchen verwendet, umfasst der Begriff „Farbe" Munsell-Helligkeitswerte zwischen etwa 2,5/bis etwa 8,5/ und Munsell-Sättigungen größer als etwa/0,5 (Kelly u.a. The ISCC-NBS Method of Designating Colors and a Dictionary of Color Names. National Bureau of Standards Circular 553–S. 1–5 und 16 (1955)). Ein Filament gemäß der vorliegenden Erfindung weist vorzugsweise einen Munsell-Helligkeitswert und eine Munsell-Sättigung wie oben definiert auf.
Das Wirtspolymer, worin das Additivkonzentratsystem dieser Erfindung eingearbeitet werden kann, umfasst ein beliebiges synthetisches thermoplastisches Polymer, das schmelzspinnbar ist. Beispielhafte und bevorzugte Polymere sind Polyamide, wie Poly(hexamethylenadipamid), Polycaprolactam und Polyamide von Bis (4-aminocyclohexyl)methan und linearen aliphatischen Dicarbonsäuren, die 9, 10 und 12 Kohlenstoffatome enthalten, Copolyamide; Polyester, wie Poly(ethylen)terephthalsäure und Copolymere davon; Polyolefine, wie Polyethylen und Polypropylen; und Polyurethane. Ein besonders bevorzugtes polymeres Wirtsmaterial ist Nylon-6.
Sowohl heterogene als auch homogene Mischungen derartiger Polymere können auch verwendet werden.
I. Herstellung des Additivkonzentrats
Wie oben angemerkt, ist das Additivkonzentratsystem, das in der Anwendung der vorliegenden Erfindung einge setzt wird, eine Dispersion oder Lösung des Additivs in einem nicht wässrigen flüssigen oder verflüssigten Polycaprolacton-Träger. Das Additiv ist ein festes partikuläres Material (z.B. ein Farbmittel), das mit einem Dispergiermittel zur physikalischen Dispergierung in dem Trägermaterial beschichtet wird. Das Additiv kann daher in dem Träger homogen suspendiert und/oder löslich gemacht werden.
Obwohl eine Vielfalt von Additiven in der Anwendung der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann, wird es bevorzugt, dass das Additiv ein partikuläres Farbmittel mit einer mittleren Partikelgröße von weniger als 10 μm, vorzugsweise weniger als etwa 5 μm und insbesondere zwischen 0,1 μm bis etwa 2 μm ist.
Bevorzugte Dispergiermittel, die in der Anwendung dieser Erfindung eingesetzt werden können, sind die wasserlöslichen/-dispergierbaren Polymere, die in der US-Patentschrift Nr. 3,846,507 beschrieben sind. Ein besonders nützliches Dispergiermittel in dieser Klasse ist ein Copolymer von Caprolactam/Hexamethylendiamin/Isophthalsäure/Natriumsalz der Sulfoisophthalsäure mit einem Molekulargewicht von etwa 7.000, einer relativen Dichte (H₂O=1) von etwa 1,1, einer Löslichkeit in Wasser von etwa 25 % bei 20 °C. Dieses bevorzugte wasserlösliche/-dispergierbare Polyamidcopolymer-Dispergiermittel wird von BASF hergestellt und nachstehend als „C-68" referenziert.
Andere nützliche Dispergiermittel, die in der Anwendung dieser Erfindung eingesetzt werden können, sind wasserlösliche/-dispergierbare Polyester. Ein besonders bevorzugter Polyester, der völlig in Wasser dispergierbar ist, ist im Handel von Eastman Chemical Products Inc., Kingsport, Tennessee, unter dem Produktnamen „LB-100" erhältlich. Dieser bevorzugte wasserlösliche/dispergierbare Polyester weist eine relative Dichte (H₂O=1) von etwa 1,08 auf und ist im Handel als eine 30%ige Lösung des Polyesters in Wasser erhältlich.
Andere wasserlösliche/-dispergierbare Polymere, die in der Anwendung der vorliegenden Erfindung nützlich sein können, umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf andere wasserlösliche/-dispergierbare Polyamide und Copolymere davon, wasserlösliche/-dispergierbare Polyester und Copolymere davon, wasserlösliche/-dispergierbare Vinylpolymere und Copolymere davon, wasserlösliche/-dispergierbare Alkylenoxidpolymere und Copolymere davon und wasserlösliche/-dispergierbare Polyolefine und Copolymere davon, sowie deren Mischungen. Andere Dispergiermittel, wie monomere Dispergiermittel, können zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung geeignet sein.
Es ist besonders bevorzugt, wenn mindestens ein Dispergiermittel, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyethylenglycol-p-octylphenylether, Polyoxypropylen/Ethylen-Blockcopolymeren, alkoxylierten Diaminen, Natriumlaurylsulfat und kationischen Dispergiermitteln, in dem System gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
Ein zurzeit bevorzugtes Verfahren zum Produzieren der Additivdispersion dieser Erfindung verwendet als ein Ausgangsmaterial die wässrige Dispersion, die gemäß der oben referenzierten Patentschrift '645 von Jones gebildet wird. Die wässrige Dispersion kann dann in einer Perlmühle gemahlen und einem Sprühtrocknungsarbeitsgang unterzogen werden, um die wässrige Komponente zu entfernen. Das resultierende dispergiermittelbeschichtete Additivgranulat (nachstehend einfach als das „dispergierbare Additivgranulat" bezeichnet) in Pulverform wird dann mit einem nicht wässrigen flüssigen Polycaprolacton-Trägermaterial gemischt.
Das Trägermaterial ist Polycaprolacton, das mit dem thermoplastischen polymeren Wirtsmaterial kompatibel ist. Wenn zum Beispiel ein Additivkonzentratsystem zur Einarbeitung in ein polymeres Nylon-6-Wirtsmaterial bereitgestellt wird, ist der Polycaprolacton-Träger geeignet, da er bei Raumtemperaturen (20 °C) flüssig ist.
Das Additivkonzentratsystem dieser Erfindung kann durch Kombinieren des Additivs und des Dispergiermittels in einem Hochintensitätsmischer (z.B. einem Mischer der Serie Henschel FM, im Handel von Henschel Mixers America, Inc. aus Houston, Texas, erhältlich), bis sie innig vermischt sind, hergestellt werden. Danach wird der Schub, der von dem Mischer vermittelt wird, reduziert und die erforderliche Trägermasse zugegeben, um das Additivkonzentrat dieser Erfindung in Pastenform zu ergeben.
Die Dispergiermittel, die in dem Einschrittverfahren eingesetzt werden können, zusätzlich zu den oben beschriebenen, umfassen Polyethylenglycol-p-octylphenylether (Triton X-100), Polyoxypropylen/Ethylen-Blockcopolymere (Pluronic 25R2), alkoxylierte Diamine (Tetronic 150R1), Natriumlaurylsulfat und kationische Dispergiermittel (VanQuat). Das Dispergiermittel (d.h. das Material, das kein Träger ist) liegt in dem Additivkonzentratsystem in einer Menge zwischen 40 und 100 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Pigments, vor.
Es wird am meisten bevorzugt, wenn das Additivkonzentratsystem, wie auch immer gebildet, in der Form einer fließfähigen Paste mit einer Viskosität während der Einführung in das polymere Wirtsmaterial im Bereich zwischen 0,5 bis 500 Pascal-Sekunden (500 cP bis 500.000 cP) und insbesondere zwischen 1,5 bis 100 Pascal-Sekunden (1.500 cP bis 100.000 cP) bei einer Temperatur zwischen 20 °C bis 200 °C ist. Das dispergierbare Additiv kann innerhalb eines akzeptablen Viskositätsbereichs durch Anwendung von Wärme gehalten werden (z.B. indem das dispergierbare Additiv in einem geeigneten Lagerbehälter, der mit elektrischen Widerstandsheizgeräten und/oder einem Wärmeübertragungsmedium umkleidet ist, aufbewahrt wird).
Das Additivkonzentratsystem enthält Additiv in einer Menge zwischen 5 bis 75 Gew.-%, insbesondere zwischen 10 bis 65 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Additivkonzentratsystems. Das Additivkonzentratsystem (das dispergierbare Additiv) selbst wird vorzugsweise in das polymere Wirtsmaterial in Anteilen zwischen 0,01 bis 15 Gew.-%, insbesondere zwischen 0,05 Gew.-% und 10,0 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des polymeren Wirtsmaterials und Additivkonzentratsystems, eingearbeitet.
II. FILRMENTPRODUKTION
Die beigefügte 1 stellt schematisch einen Filamentspinnvorgang 10 dar, durch den Additivkonzentratsysteme selektiv mit einem Schmelzfluss eines polymeren Wirtsmaterials, das aus einem herkömmlichen Schneckenextruder 12 ausgetragen wird, gemischt werden und einem Einlass der Spinnpaket-Baugruppe 14 zugeführt werden kann. Insbesondere wird das polymere Wirtsmaterial in den vorgeschalteten Polymerfilterteil 14a der Spinnpaket-Baugruppe eingeführt, bevor es durch Auslassöffnungen in der Spinndüse 14b extrudiert wird, um additivhaltige Filamente 16 zu bilden. Vor dem Erreichen der Spinndüse 14b kann das polymere Wirtsmaterial durch mehrere dünne Verteilerplatten 14c gemäß der oben erwähnten US-Patentschrift Nr. 5,162,074 von William H. Hills, die eine oder mehrere statische Mischplatten aufweisen können oder auch nicht, wie zum Beispiel in der US-Patentschrift Nr. 5,137,369 von John A. Hodan (deren gesamter Inhalt hierin durch Referenz ausdrücklich inkorporiert ist) offenbart, verteilt werden.
Chargen der Additivkonzentratsysteme in Pastenform werden jeweils in den transportablen Behältern 18a–18d bereitgehalten. In der beigefügten 1 sind die Behälter 18a–18d jeweils von Wagen 20a–20d mit Rädern getragen gezeigt, um es jedem der Behälter 18a–18d zu erlauben, leicht durch einen Ersatzbehälter, der einen frischen Vorrat des gleichen oder eines anderen Additivkonzentratsystems enthält, ausgetauscht zu werden. Es können jedoch andere Mittel eingesetzt werden, die es den Behältern 18a–18d erlauben, transportabel zu sein, wie in den Boden eingelassene oder Überkopf hängende Fördersysteme, Kräne und desgleichen. Das Additivkonzentratsystem, das jeweils in den Behältern 18a–18d enthalten ist, ist vorzugsweise verschieden, das heißt die Behälter 18a–18d können jeweils ein verschiedenes Pigment oder eine verschiedene Pigmentmischung enthalten, sodass die selektive Einarbeitung von jedem darin resultiert, dass die gewünschten Eigenschaften für die Filamente 16 erzielt werden.
Speziell können die Behälter 18a–18c jeweils dispergierbare Farbmitteladditive, die ausgewählten Farben, wie Aqua, Magenta und Gelb, entsprechen, enthalten, während der Behälter 18d eine speziell formulierte Schattierungsfarbe (z.B. Weiß, Schwarz oder desgleichen) aufweisen kann, um den gewünschten Farbton, die gewünschte Sättigung und/oder Intensität zu erzielen. Die verschiedenfarbigen Additivkonzentrate, die in den Behältern 18a–18d bereitgehalten werden, können daher mit dem polymeren Wirtmaterial volumetrisch dosiert oder gemischt werden, um eine nahezu unbegrenzte Anzahl an resultierenden Farben der schmelzgesponnenen Filamente 16 zu erzielen. In gleicher Weise können andere Filamenteigenschaften durch selektive Einarbeitung anderer Additive, die keine Farbmittel sind, „entwickelt" werden.
Die Wagen 20a–20d tragen auch eine primäre Pumpe 22a–22d beziehungsweise eine Zumesspumpe 24a–24d. Es wird am meisten bevorzugt, wenn die Pumpen 22a–22d und 24a– 24d Zahnradpumpen sind, die dazu dienen, die Additivkonzentratsystempaste durch entsprechende Zufuhrleitungen 26a–26d in die Spinnpaket-Baugruppe 14 zu drücken. Insbesondere dienen die primären Pumpen 22a–22d dazu, einen verhältnismäßig konstanten Eingangsdrucks in die jeweilige unmittelbar nachgeschaltete Zumesspumpe 24a–24d aufrecht zu erhalten. Die primären Pumpen 22a–22d weisen deshalb eine verhältnismäßig größere Kapazität auf, verglichen mit ihrer jeweiligen nachgeschalteten Zumesspumpe 24a–24d.
Die Additivkonzentratsystempaste in jedem der Behälter 18a–18d wird unter konstanter Bewegung gehalten, um ein Absetzen des Pigments darin zu vermeiden. Eine derartige Bewegung kann durch einen motorgetriebenen Mischer 26a–26d und/oder über Rückführleitungen 28a–28d (und/oder Leitungen 30a–30d) bewerkstelligt werden. Wenn das Additiv in Lösung mit dem Träger ist, dann kann eine derartige Bewegung natürlich unnötig sein.
Die Zumesspumpen 24a–24d weisen eine variable Geschwindigkeit auf, um die variablen volumetrischen Ausstöße innerhalb ihres jeweiligen Kapazitätsbereichs, die vorher angegeben wurden, zu erzielen. Es wird am meisten bevorzugt, wenn die Geschwindigkeit der Zumesspumpen 24a–24d durch eine programmierbare Steuereinrichtung (LPC) gesteuert wird. Speziell werden für eine gegebene „Rezeptur"- (zum Beispiel eine gewünschte Farbe für die pigmentierten Filamente 16) – eingabe in die Steuereinrichtung LPC entsprechende Ausgaben an eine oder mehrere der Zumesspumpen 24a–24d ausgegeben, um zu bewirken, dass sie bei einer Geschwindigkeit arbeiten, um einen gewünschten volumetrischen Ausstoß für ihr bestimmtes dispergierbares Additiv zu erzielen. Es versteht sich daher, dass für bestimmte gewünschte Farben, einige, jedoch nicht alle der Zumesspumpen 24a–24d Paste aus ihren jeweiligen Behältern 18a–18d in die Spinnpaket-Baugruppe 14 liefern und/oder bei verschiedenen Geschwindigkeiten betrieben werden können, um verschiedene volumetrische Ausstöße zu erzielen. Es genügt zu sagen, dass durch selektives Steuern des Betriebs der Zumesspumpen 24a–24d und, falls betrieben, deren jeweiliger Geschwindigkeit (und somit ihrer jeweiligen volumetrischen Ausstöße), selektive volumetrische Pastendosen an die Spinnpaket-Baugruppe 14 geliefert werden können, wo die jeweiligen Additivkonzentratsysteme mit dem Schmelzfluss des polymeren Wirtsmaterials, das durch den Extruder 12 über Leitung 32 eingespeist wird, homogen gemischt wird.
Die jeweilige Geschwindigkeit von einer oder mehreren der Zumesspumpen 24a–24d kann auch kontinuierlich variiert werden, um dadurch jeweils die volumetrische Dosis von einem oder mehreren der Farbmittelsysteme mit der Zeit zu variieren. Eine derartige Geschwindigkeits(Dosis-) -varianz führt dabei dazu, dass mehr oder weniger Additivkonzentratsystem in das Filament pro Zeiteinheit eingearbeitet wird, was zu einem Filament mit unterschiedlichen Mengen des Additivs pro Längeneinheit führt. Im Rahmen von Farbadditiven kann eine derartige Geschwindigkeitsvarianz eingesetzt werden, um Filamente mit einer willkürlich gestreiften oder marmorierten Farberscheinung zu bilden.
Es wird am meisten bevorzugt, wenn die Additivkonzentratpasten aus den Leitungen 26a–26d direkt in die Spinnpaket-Baugruppe 14 an einer Stelle, die dem Verteilungs-/Mischteil 14c entspricht, dass heißt an einer Stelle, nach dem Polymerfilter 14a, jedoch vor der Spinndüse 14b, eingeführt wird. Auf diese Art und Weise ist ein verhältnismäßig schneller Additivwechsel zwischen aufeinander folgenden Chargen der Filamente 16 möglich (d.h. um zu ermöglichen, dass Wechsel der Additivrezeptur von einer Filamentcharge zur anderen durchgeführt werden können). Darüber hinaus ermöglicht eine derartige Einlassposition für die Additivkonzentrate auch, dass eine große Verarbeitungsflexibilität erzielt wird. Wenn die Additive Farbmittel sind, können zum Beispiel die Additivpasten aus den Behältern 18a, 18b, 18c und/oder 18d mit dem gesamten polymeren Wirtsmaterial, das über Leitung 32 geliefert wird, gemischt werden, sodass alle der Filamente 16 die gleiche Farbe aufweisen. Alternativ kann der Verteilung-/Mischteil 14c der Spinnpaket-Baugruppe 14 derartig bereitgestellt werden, dass der Fluss des polymeren Wirtsmaterials gespalten wird, wobei eine oder mehrere der Additivkonzentratpasten mit einem oder mehreren derartiger Spaltflüsse gemischt wird, um zum Beispiel mehrere verschiedenfarbige Filamentgruppen zu erzielen, die getrennt bleiben können, um einfarbige Garne zu bilden, oder kombiniert werden können, um mehrfarbige Garne, wie in einem Melangegarn, zu bilden. Darüber hinaus können mehrere Additive mit dem Wirtpolymer derartig gemischt werden, dass zum Beispiel einfarbige Garne mit mehreren Additivkonzentrationen darin mit der gleichen Spinnausrüstung produziert werden können. In ähnlicher Weise können eine oder mehrere Additivkonzentratpasten mit Spaltflüssen polymeren Wirtsmaterials in dem Verteilungs-/Mischteil 14c der Spinnpaket-Baugruppe 14 gemischt werden, um Multifilamentgarne mit verschiedenfarbigen Filamenten zu erzielen (wie z.B. sie gewünscht sein kann, um Garne mit einem melangierten Aussehen zu produzieren).
Obwohl die beigefügte 1 (und die obige Beschreibung) zeigt, dass die Additivkonzentratsystempasten vorzugsweise in den Schmelzfluss des polymeren Wirtsmaterials direkt in der Spinnpaket-Baugruppe 14 an einer Stelle zwischen dem Polymerfilterteil 14a und der Spinndüse 14b eingeführt werden, versteht sich, dass die Pasten in den Schmelzfluss des polymeren Wirtsmaterials an einer beliebigen Stelle vor der Spinndüse 14b eingearbeitet werden können. Die Additivsystempasten können daher zum Beispiel in den Schmelzfluss des polymeren Wirtsmaterials durch Einspeisen durch eine Einspritzöffnung, die zu dem Extruder 12 gehört, und/oder durch eine Öffnung in Leitung 32 eingearbeitet werden. Die Additivsystempasten können daher zum Beispiel an oder nach dem Extruderhals, jedoch vor der Spinndüse 14b, in das polymere Wirtsmaterial eingeführt werden.
Verschiedene Chargen gefärbter Filamente 16 können daher kontinuierlich produziert werden, indem die Rezeptur in der Steuereinrichtung LPC geändert wird und ein hinreichendes Zeitintervall vergehen gelassen wird, um zu gewährleisten, dass jegliche Restmengen der Additivkonzentratsystempasten, die zu der vorherigen Rezeptur gehören, aus der Spinnpaket-Baugruppe 14 gespült worden sind. Obwohl sich während der Umstellung auf die neue Rezeptur einiges Filament ergeben wird, das nicht den Spezifikationen entspricht, ist seine ökonomische Auswirkung gering im Vergleich zu einer vollständigen Stilllegung des Spinnvorgangs. Da verhältnismäßig kleine Mengen der Additivkonzentratsystempasten rückständig in der Spinnpaket-Baugruppe 14 zum Zeitpunkt der Umstellung der Rezeptur vorliegen, wird des Weiteren nur ein verhältnismäßig kurzes Zeitintervall benötigt, um die Spinnpaket-Baugruppe von der vorherigen Additivrezeptur zu bereinigen und die Produktion von Filamenten, die mit der neuen Rezeptur pigmentiert sind, zu beginnen.
III. BEISPIELE
Die folgenden nicht beschränkenden Beispiele vermitteln ein weiterführendes Verständnis dieser Erfindung.
In diesem Zusammenhang wurden Teppichproben, gebildet aus Filamenten, die gemäß dem oben in Abschnitt II beschriebenen Verfahren gefärbt wurden, und Filamenten, die gemäß herkömmlicher Extruder-Schmelzmischverfahren gefärbt wurden, gemäß den folgenden Verfahren geprüft, und gegebenenfalls wurde eine subjektive Bewertungsskala zwischen 1 bis 5 genutzt (wobei 5 die beste Bewertung ist):
Qualitätsverlust des Garns: Daten, die Garnfestigkeit/dehnung vor und nach 100, 200 und 300 Stunden Aussetzung zu ultravioletter Strahlung gemäß dem AATCC-Prüfverfahren 16–1993, Option E, darstellen.
Farbechtheit: Garnfarbe/visuelle Daten nach 100, 200 und 300 Stunden Aussetzung zu ultravioletter Strahlung gemäß dem AATCC-Prüfverfahren 16–1993, Option E.
Abriebprüfung nach Taber: ASTM D3884-92.
Abfärben durch Reibung: AATCC-Prüfverfahren 8–1989.
Aussetzung zu 50 % Bleiche: Teppichproben wurden in zwei 11,3 × 22,5 cm (4,5'' × 9'') große Quadrate geschnitten. 25 ml einer Bleichlösung, die etwa 2,6 Natriumhypochlorit enthielt (50 % Bleiche der Marke Clorox^® und Wasser) wurden in die Mitte einer Probe gegossen, um einen Prüfbereich, der ungefähr 5 cm (2") im Durchmesser betrug, zu bilden. Die Probe wurde für 24 Stunden an der Luft trocknen gelassen, wonach sie mit einer heißen Reinigungsmittel/Wasser-Lösung, die 12 Teile Wasser und 1 Teil Reinigungsmittel enthielt, gespült wurde. Die gespülte Probe wurde für 24 Stunden an der Luft getrocknet, wonach sie visuell auf einer Skala von 1 bis 5 gegen die unbehandelte Probe unter Verwendung der AATCC-Grauskala in einer MaCbeth-Lichtkabine (Tageslicht-Einstellung) bewertet wurde.
Visuelle Noten nach Aussetzung zu Ozon: AATCC-Prüfverfahren 129–1990.
Visuelle Noten nach Aussetzung zu NO₂: AATCC-Prüfverfahren 164–1992.
Aussetzung zu trockener Wärme: Proben werden in einem Laborofen (1600 Watt, Modell Nr. OV-490, Blue M. Elect ric Co., Blue Island, Illinois) bei 138 °C und 160 °C (280 °F und 320 °F) erwärmt und nach zehn Minuten entfernt. Die Proben werden abkühlen gelassen und visuell auf einer Skala von 1 bis 5 unter Verwendung der AATCC-Grauskala bewertet.
Tetrapod-Abnutzung: ASTM D5251-92.
Herstellung der dispergiermittelbeschichteten Partikel
Beispiel 1
Die dispergiermittelbeschichteten Pigment- (d.h. Farbmittel-) -partikel wurden unter Verwendung der Komponenten, die in der nachstehenden Tabelle A angegeben sind, hergestellt. Die Komponenten wurden unter Verwendung eines Dissolver-Mischers mit hohem Schub vermischt. Ein wasserlösliches Polyamid-Dispergiermittelpolymer (C-68, produziert von BASF in Übereinstimmung mit US-Patentschrift Nr. 3,846,507, mit der Ausnahme, dass Poly(e-caprolactam) als ein Ausgangsmaterial verwendet wurde anstelle von e-Caprolactam) wurde zuerst in Wasser gelöst, um eine 25 %ige Stammlösung herzustellen. Die Pigmentdispersionen wurden dann in einer Perlmühle mit 2 mm Glasperlen bei drei Durchgängen durch die Mühle gemahlen und danach sprühgetrocknet. Die Dispersionen wurden unter Verwendung einer Niro FSD-Piloteinheit, die einen Durchmesser von 1,5 Meter, eine Zylinderhöhe von 0,8 Meter, einen 40° Konus und einen Fließbettsammler am Boden der Kammer aufwies, sprühgetrocknet. Die Dispersionen wurden mit einer Zweifluiddüse mit externer Mischung in den Trockner eingespeist. Der Sprühtrockner wurde bei einer Einlasstemperatur von 253–263 °C und einer Auslasstemperatur von 67–103 °C betrieben. Das sprühgetrocknete Pulver neigte dazu, staubig zu sein, und es wurde daher ein Fließbettsammler verwendet, um die Agglomeratgröße zu erhöhen und dadurch den Staub zu reduzieren.
Tabelle A
Beispiel 2
Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, dass ein wasserdispergierbarer Polyester (LB-100 von Eastman Chemical Products, Inc.) als das Dispergiermittelpolymer in den Mengen, die in der nachstehenden Tabelle B angegeben sind, verwendet wurde. Im Gegensatz zu dem obigen Beispiel 1 enthielten alle Dispersionen gemäß diesem Beispiel 2 5,0 % eines Polyoxypropylen-Polyoxyethylen-Blockcopolymer-Tensids (Pluronic^® 25R2 Tensid von BASF). Sprühgetrocknete Dispersionen, die LB-100 als das Dispergiermittel verwendeten, waren nicht staubig und wurden unter Verwendung des Niro-Sprühtrockners, der nicht mit einem Fließbettsammler ausgestattet war, hergestellt. Der Niro-Sprühtrockner wurde bei einer Einlasstemperatur von 220 °C und einer Auslasstemperatur von 80–95°C betrieben. Diese Dispersionen wurden in einen Zerstäuber mit rotierendem Rad, der mit 18,500 U/min betrieben wurde, eingespeist.
Tabelle B
Herstellung der Additivkonzentratsysteme
Beispiel 3 (vergleichend)
Die Additivkonzentratpasten in der nachstehenden Tabelle C wurden hergestellt, indem zuerst 50–60 % des erforderlichen Copolyamid-Trägerpolymers (Vestamelt 722 von Hüls America Inc.) bei 150 °C geschmolzen wurden. Die sprühgetrockneten Pulver, die gemäß dem obigen Beispiel 1 erhalten wurden, wurden dann in gewünschten Verhältnissen sackgemischt, um die gewünschten Endfarben zu erzielen, und in das geschmolzene Trägerpolymer gerührt. Der Rest des benötigten Trägerpolymers wurde dann zugegeben und in die Konzentratgemischformulierung gerührt. Die sprühgetrockneten Pulver neigten dazu, große Agglomerate zu bilden, die nicht ohne längeres Rühren dispergierten. Die Gemische wurden daher übernacht (ungefähr 10 bis 12 Stunden) vor der Garnextrusion gerührt.
Die Weiß-/Stabilisatorpigmente, die in den gemischten Pigmentverhältnissen für alle Endfarben, mit Ausnahme von grau und hellgrau, verwendet wurden, waren nicht die sprühgetrockneten, beschichteten Pigmente, die gemäß Beispiel 1 erhalten wurden. Stattdessen wurden die Weiß-/Stabilisatorpigmente mit Vestamelt-722-Polymer unter Verwendung eines entgasten Doppelschnecken-Compoundierextruders compoundiert, um Chip-Konzentrate mit 25 Gew.-% an weißem Pigment und 25 Gew.-% an Stabilisator zu erhalten. Die Chip-Konzentrate derartiger Weiß-/Stabilisatorpigmente wurden dann in gewünschten Verhältnissen mit bestimmten der sprühgetrockneten Pigmente, die in Beispiel 1 erhalten wurden, gemischt, um die Endfarben, die in der nachstehenden Tabelle C angegeben sind, zu erzielen.
Tabelle C
Beispiel 4
Die Additivkonzentratpasten in der nachstehenden Tabelle D wurden hergestellt, indem den Verfahren des obigen Beispiels 3 gefolgt wurde, mit der Ausnahme, dass die sprühgetrockneten Pulver, die von Beispiel 2 erhalten wurden, verwendet wurden und der Träger Polycaprolacton war. Im Gegensatz zu Beispiel 3 wurden keine compoundierten Chips der Weiß-/Stabilisatorpigmente verwendet.
Tabelle D
Herstellung der Filamentgarne
Beispiel 5 (vergleichend)
Ein Barmag 6E Extruder wurde für die Filamentgarnextrusion verwendet, wobei die Additivkonzentratpasten in Tabelle C nach dem Extruder bei etwa 150 °C in gewünschten Verhältnissen eingespeist wurden, um die Filamentfarbe, die nachstehend in Tabelle E angegeben ist, zu erzielen. Die resultierenden schmelzgesponnenen Filamentgarne hatten einen 6-Loch- pentagonalen Querschnitt, 715 +/– 15 Denier und 14 Filamente/Ende. Acht Enden dieser unverstreckten Garne wurden während der Strecktexturierung kombiniert, um 2250/112 Denier Garne herzustellen, die dann zweifädig kabelgezwirnt wurden, um 4500/224 Denier Teppichgarne herzustellen. Die Teppichgarne wurden dann zu 1/10 Gauge, 0,88 kg/m² (26 Unzen/Quadratyard), 5 mm (3/16'') Florhöhe Schlingenteppichen getuftet .
Die Teppiche wurden dann unter Verwendung der vorher beschriebenen Prüfverfahren und -techniken geprüft, um verschiedene physikalische Eigenschaften zu bestimmen. Die Ergebnisse einer derartigen Prüfung sind nachstehend in den Tabellen 1–4 tabelliert und im Vergleich mit Teppichen, die aus „Vergleichsproben"-filamenten passender Farbe gebildet wurden, dargeboten. Die „Vergleichsproben"-filamente wurden unter Verwendung herkömmlicher compoundierter Pigmentchips hergestellt, die mit dem polymeren Wirtschip in einem Extruder schmelzvermischt wurden, wobei das Schmelzgemisch dann in die Spinndüse eingespeist wurde.
Tabelle E
Tabelle 1. Physikalische Eigenschaften der Teppiche nach Ultraviolettaussetzung. Die Proben für die Prüfungen wurden mit C-68 hergestellt.
Tabelle 2. Visuelle Bewertungen der Teppiche nach Taber-Abnutzung, Prüfung auf Abfärben durch Reibung und Aussetzung zu Bleiche. Die Proben für die Prüfungen wurden mit C-68 hergestellt.
Tabelle 3. Visuelle Bewertungen der Teppiche nach Aussetzung zu Ozon und Stickstoffoxiden. Die Proben für die Prüfungen wurden mit C-68 hergestellt.
Tabelle 4. Visuelle Bewertungen der Teppiche nach Aussetzung zu trockener Hitze und Tetrapod-Abnutzung. Die Proben für die Prüfungen wurden mit C-68 hergestellt.
Beispiel 6
Beispiel 5 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, dass die Additivkonzentratpasten von Tabelle D am Extruderhals bei Umgebungstemperatur (etwa 20 °C) eingespeist wurden. Die Pastenkomponenten und die Menge an Paste in den Filamenten sind nachstehend in Tabelle F angegeben. Die resultierenden Filamente wurden zu Teppichen geformt und auf ähnliche Weise wie Beispiel 5 geprüft. Die Ergebnisse erscheinen in den nachstehenden Tabellen 5–8.
Tabelle F
Tabelle 5. Physikalische Eigenschaften der Teppiche nach Ultraviolettaussetzung. Die Proben für die Prüfungen wurden mit LB-100 hergestellt.
Tabelle 6. Visuelle Bewertungen der Teppiche nach Taber-Abnutzung, Prüfung auf Abfärben durch Reibung und Aussetzung zu Bleiche. Die Proben für die Prüfungen wurden mit LB-100 hergestellt.
Tabelle 7. Visuelle Bewertungen der Teppiche nach Aussetzung zu Ozon und Stickstoffoxiden. Die Proben für die Prüfungen wurden mit LB-100 hergestellt.
Tabelle 8. Visuelle Bewertungen der Teppiche nach Aussetzung zu trockener Hitze und Tetrapod-Abnutzung. Die Proben für die Prüfungen wurden mit LB-100 hergestellt.
Die Daten in den obigen Tabellen 1–8 demonstrieren, dass die Verhaltenseigenschaften der Teppichgarne, die aus pigmentierten Filamenten dieser Erfindung hergestellt wurden, vergleichbar sind mit Teppichgarnen, die gemäß dem herkömmlichen Verfahren des Schmelzvermischens von pigmentierten Chips mit Basispolymerchips gefärbt wurden. Es ist auch überraschend, dass die Einarbeitung eines Polymers mit niedrigem Molekulargewicht als der Träger in dem dispergierbaren Additiv weder die Reißfestigkeit noch die Reißdehnung der pigmentierten Filamente dieser Erfindung beeinflusste, verglichen mit herkömmlichen schmelzgefärbten Filamenten.
Beispiel 7
Eine hellbraune Additivkonzentratpaste wurde durch direktes Mischen von 40 Gew.-% hellbraunen Pigmentpartikeln, 8 Gew.-% des Dispergiermittels Polyethylengly col-p-octylphenylether (Triton X-100) und 52 Gew.-% Polycaprolacton gebildet. Die resultierende Additivkonzentratpaste wurde auf ungefähr 140 °C vorgeheizt und wies eine Viskosität zwischen 2 bis 4 Pascal-Sekunden (2.000 bis 4.000 cP) auf. Die Paste wurde direkt in eine Spinnpaket-Baugruppe an einer Stelle nach dem Polymerfilter, jedoch vor den Auslassöffnungen der Spinndüse (58 Löcher, asymmetrisch, trilobal), gepumpt. Die Additivkonzentratpaste wurde mit dem polymeren Wirtsmaterial Nylon-6 in der Spinnpaket-Baugruppe bei einer Geschwindigkeit zwischen etwa 6,0 g/min (um etwa 0,8–1,1 Gew.-% Pigment in den resultierenden schmelzgesponnenen Filamenten zu erhalten) bis etwa 7,3 g/min (um etwa 1,1–1,5 Gew.-% Pigment in den resultierenden schmelzgesponnenen Filamenten zu erhalten) gemischt. Die resultierenden schmelzgesponnenen Filamente wiesen ein einheitlich gefärbtes Aussehen entlang der Längsausdehnung auf, wenn sie mit dem bloßen Auge betrachtet wurden. Mikroskopische Ansichten von Filamentquerschnitten offenbarten, dass ein im Wesentlichen homogenes bis etwas gestreiftes Mischen in Abhängigkeit von der Einspritzgeschwindigkeit der Additivpaste stattgefunden hatte.

Claims

Nicht wässriges Additivkonzentratsystem, das feste Additivpartikel umfasst, die mit einem Dispergiermittel beschichtet sind, wobei: die festen Additivpartikel in einer Menge zwischen 5 bis 75 Gew.-%, bezogen auf die Masse des Additivkonzentratsystems, vorliegen und das Dispergiermittel in einer Menge zwischen 40 und 100 Gew.-%, bezogen auf die Masse der Additivpartikel, vorliegt; wobei der Rest des Systems aus einem flüssigen, nicht wässrigen Polycaprolacton-Träger besteht.
System nach Anspruch 1, wobei das mindestens eine Dispergiermittel ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus wasserlöslichen Polyamiden, Polyestern, Vinylpolymeren, Alkylenoxidpolymeren und Polyolefinen und Copolymeren und Mischungen davon.
System nach Anspruch 1, wobei das mindestens eine Dispergiermittel ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Polyethylenglycol-p-octylphenylether, Polyoxypropylen/Ethylen-Blockcopolymeren, alkoxylierten Diaminen, Natriumlaurylsulfat und kationischen Dispergiermitteln.
System nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Additive Farbmittel, Stabilisatoren, Mattierungsmittel, flammhemmende Mittel, Füllstoffe, antimikrobielle Mittel, Antistatikmittel, optische Aufheller, Streckmittel oder Verarbeitungshilfsstoffe sind.
System nach Anspruch 4, wobei die Additive Farbmittelpartikel mit einer mittleren Partikelgröße von weniger als 10 μm sind.
System nach einem vorhergehenden Anspruch mit einer Viskosität zwischen 0,5 bis 500 Pascal-Sekunden (500 cP bis 500.000 cP) bei einer Temperatur zwischen 20 °C bis 200 °C.
Verfahren zum Herstellen eines nicht wässrigen Additivkonzentratsystems, wie in einem der Ansprüche 1 bis 6 definiert, das die Schritte umfasst: (i) Beschichten der Additivpartikel mit einem Dispergiermittel und (ii) Dispergieren der auf diese Weise erhaltenen dispergiermittelbeschichteten Additivpartikel in einem flüssigen, nicht wässrigen Polycaprolacton-Träger.
Additivhaltige Polymerzusammensetzung, die ein polymeres Wirtsmaterial und ein nicht wässriges Additivkonzentratsystem, wie in einem der Ansprüche 1 bis 6 definiert, das innerhalb mindestens eines Teils des polymeren Wirtsmaterials dispergiert ist, umfasst.
Zusammensetzung nach Anspruch 8, wobei das Additivkonzentratsystem in einer Menge zwischen 0,01 bis 15 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse des polymeren Wirtsmaterials und Additivkonzentratsystems, vorliegt.
Zusammensetzung nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, wobei das polymere Wirtsmaterial aus der Gruppe, bestehend aus Polymeren, Copolymeren und Mischungen von Polyamiden, Polyestern, Polyolefinen und Polyurethanen, ausgewählt ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 10, wobei das polymere Wirtsmaterial Nylon-6 ist.
Additivhaltiges Filament, das aus einer polymeren Zusammensetzung, wie in einem der Ansprüche 8 bis 11 definiert, gebildet wird.
Filament nach Anspruch 12, wobei das polymere Wirtsmaterial schmelzgesponnen ist.
Filament nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, das mehrere Querschnittsbereiche des polymeren Wirtsmaterials umfasst und wobei das Additivsystem in mindestens einem der mehreren Bereiche vorliegt.
Filament nach Anspruch 14 in der Form eines Kern-Hülle-Filaments, eines Seite-an-Seite-Filaments oder eines keilförmigen Filaments.
Filament nach Anspruch 15 in der Form eines Kern-Hülle-Filaments, wobei das Additivsystem in entweder dem Kern oder der Hülle vorliegt.
Filament nach Anspruch 16, wobei das Additiv ein Farbmittel ist und wobei das Additivsystem nur in dem Kern vorliegt.
Filament nach Anspruch 17, wobei das Farbmittel in dem Kern in einer Menge vorliegt, um das Filament mit einer gewünschten Farbintensität zu versehen, wobei die Menge geringer ist als die, die benötigt wird, um das Filament mit der gleichen Farbintensität zu versehen, wenn das Farbmittel homogen innerhalb des Filamentquerschnitts dispergiert ist.
Filament nach einem der Ansprüche 12 bis 18 mit einem Munsell-Helligkeitswert zwischen etwa 2,5/ bis etwa 8,5/ und einer Munsell-Sättigung größer als etwa /0,5.
Filament nach Anspruch 14, wobei die mehreren Bereiche aus dem gleichen oder aus unterschiedlichem polymeren Wirtsmaterial ausgebildet sind.
Filament nach Anspruch 14, wobei mindestens einer der mehreren Bereiche aus Nylon-6 ausgebildet ist.
Garn, das ein Filament, wie in einem der Ansprüche 12 bis 21 definiert, enthält.
Teppich, der ein Garn nach Anspruch 22 enthält.