DE19829164A1 - Elastanfäden und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Elastanfäden und Verfahren zu ihrer Herstellung

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Abstract

Es werden naßgesponnene mehrfädige Elastanfäden mit einem Gesamttiter von bis zu 2500 dtex mit hohem Oberflächenglanz und einem bandförmigen Querschnitt beschrieben, gebildet aus untereinander verbundenen Einzelfilamenten, bei denen die Einzelfilamente einen ovalen bis kreisrunden Querschnitt aufweisen, und bei denen die Breite der Elastanfäden im Querschnitt mindestens das Vierfache der Dicke der Elastanfäden beträgt.

Description

Die Erfindung betrifft naßgesponnene mehrfädige Elastanfäden mit einem Gesamttiter von bis zu 2500 dtex mit hohem Oberflächenglanz und einem bandförmigen Querschnitt gebildet aus untereinander verbundenen Einzelfilamenten, bei denen die Einzelfilamente einen ovalen bis kreisrunden Querschnitt aufweisen, bei denen die Breite der Elastanfäden im Querschnitt mindestens das vierfache der Dicke der Elastanfäden beträgt.
Elastanfäden sind synthetische Filamentgarne, die als Mono- oder Multifilamente je nach Verwendungszweck mit einem Gesamttiter im Titerbereich von 11 bis ca. 2500 dtex hergestellt werden. Die meisten Elastanfäden sind verklebte Multifilamentgarne und besitzen mit ihrer gefurchten bzw. gerieften Oberfläche einen ganz spezifischen textilen Charakter (vergleiche P. A. Koch "Elastanfasern" in Chemiefasern/Textilin­ dustrie Febr. 1979, Seite 97-98).
Die Querschnittsform von Elastanfäden ist weitgehend vom Herstellungsverfahren abhängig. Bei nach dem Trockenspinnverfahren gesponnenen Elastanfäden ändert sich die Querschnittsform zum Teil erheblich mit dem Gesamttiter, wobei bei feineren Titern meist rundliche und bei gröberen Titern ab ca. 500 dtex meist ovale bis hantelförmige Querschnitte auftreten. Vermutlich ist dies auf Unterschiede im Verdampfungsgrad des Spinnlösungsmittels unter den jeweiligen Spinnbedingungen zurückzuführen. Die jeweiligen Spinnbedingungen beeinflussen somit den Beginn des Koagulierens und damit auch das Maß des Schrumpfens im Fadenquerschnitt.
Diese Zusammenhänge zwischen Querschnittsform und Verdampfungsgeschwin­ digkeit des Lösungsmittels für einen Trockenspinnprozeß aus Polymerlösungen, bei­ spielsweise von Acrylfasern, werden ausführlich in der Offenlegungsschrift EP-A- 31 078 beschrieben.
Während man beim Trockenspinnen von Elastanfäden für mittlere und grobe Titer ab ca. 160 dtex aus Düsen mit mehreren Düsenlöchern verklebte Multifilamente mit, über den gesamten Querschnitt gemittelt, meist rundlichen bis ovalen Gesamtquerschnitts­ formen erhält, liegen beim Naßspinnprozeß ab mittleren Titern meist bändchenförmige Querschnitte in Mehrfachreihen, wie an einer Perlenschnur aufgereiht, vor.
Die bändchenförmigen Querschnitte können im gewünschten Endartikel von Vor- und Nachteil sein. Nachteilig wirkt sich die Bändchenform besonders in Breitware aus, z. B. in großflächigen Artikeln, wenn ihr Glitzereffekt unerwünscht ist. Andererseits sind bändchenförmige Querschnitte auch von Vorteil, beispielsweise für die Herstel­ lung von Windeln. Wegen der breiten Querschnittsform kann man besonders gut Klebemittel auf die Fäden auftragen, die für eine gute Einbindung und Haftung der elastischen Fäden in dem Windelartikel führen.
Beim Naßspinnen von Elastanen liegt der Einzelspinntiter in der Regel zwischen 15 und 25 dtex.
Die bekannten Elastanfäden weisen darüber hinaus noch eine vergleichsweise stumpfe Oberfläche auf, die durch die Oberflächen- und Querschnittstruktur ihrer Einzelfila­ mente hervorgerufen wird. In bestimmten Anwendungsgebieten zur Herstellung texti­ ler Flächenware wird aber auf die optische Qualität der Fasern, insbesondere auf ihren Glanz besonderer Wert gelegt. Ein objektives Maß für den Glanz ist dabei die soge­ nannte Glanzzahl die weiter unten definiert wird. Die Glanzzahl bekannter nach dem Naßspinnverfahren erhältlicher Elastanfäden liegt bestenfalls in der Größenordnung von 10 bis 20.
Aufgabe der Erfindung ist es Elastanfäden mit einem Gesamttiter von bis zu 2500 dtex und ein Verfahren zu ihrer Herstellung bereitzustellen, die vergleichbare mecha­ nische Eigenschaften zu bekannten Elastanfäden aufweisen, einen bandförmigen Querschnitt haben und einen möglichst hohem Oberflächenglanz zeigen.
Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß man durch Erhöhung der Filamentzahl bei gleichbleibendem Endtiter zu einer deutlichen Verbreiterung der Bändchenform bei naßgesponnenen mehrfädigen Elastanfäden um bis zu ca. 40 gegenüber der Breite bekannter Elastanfäden kommt, wenn der Einzelspinntiter der Einzelfäden kleiner 15 dtex, insbesondere höchstens 10 dtex beträgt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch naßgesponnene mehrfädige Elastanfäden mit einem Gesamttiter von bis zu 2500 dtex mit hohem Oberflächenglanz und einem bandförmigen Querschnitt, gebildet aus untereinander verbundenen Einzel­ filamenten, bei denen die Einzelfilamente einen ovalen bis kreisrunden Querschnitt aufweisen, bei denen die Breite der Elastanfäden im Querschnitt mindestens das vierfache der Dicke der Elastanfäden beträgt und bei denen der Einzelspinntiter der Einzelfilamente kleiner 15 dtex beträgt.
Elastanfäden, bei denen die Breite der Elastanfäden im Querschnitt mindestens das fünffache, bevorzugt mindestens das achtfache, besonders bevorzugt mindestens das zehnfache der Dicke der Elastanfäden beträgt, sind besonders geeignet.
Elastanfäden mit besonders gleichmäßiger Oberflächenqualität sind solche, bei denen der Einzelspinntiter der Einzelfilamente höchstens 10 dtex, bevorzugt höchstens 5 dtex beträgt.
Bevorzugt sind solche Elastanfäden, die eine Glanzzahl von mindestens 20, bevorzugt von mindestens 40, besonders bevorzugt von mindestens 100 aufweisen.
Die Elastanfäden sind vorzugsweise so zusammengesetzt, daß ihre Fäden aus Poly­ urethan mit einem Anteil von mindestens 85 Gew.-% an segmentiertem Polyurethan bestehen.
Segmentiertes Polyurethan ist insbesondere ein solches, das auf der Basis von Poly­ ethern, Polyestern, Polyetherestern, Polycarbonaten oder auf Basis von Mischungen dieser Polymere hergestellt ist.
Weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Naßspinnverfahren zur Herstellung von mehrfädigen Elastanfäden mit einem Gesamttiter bis 2500 dtex, mit hohem Oberflä­ chenglanz und einem bandförmigen Querschnitt, durch Spinnen einer insbesondere mindestens 25 Gew.-%igen Elastanlösung in ein Fällbad, Waschen und gegebenenfalls Strecken der gebildeten Fäden, Trocknen, Fixieren, Präparieren und Wickeln der Fäden, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelfilamente mit einem Einzelspinntiter kleiner 15 dtex gesponnen werden und die Einzelfilamente mittels einer Kamm­ fadenführung auf einer Umlenkrolle im Fällbad zusammengeführt werden.
Der Einzelspinntiter der Einzelfilamente beträgt im bevorzugten Verfahren höchstens 10 dtex, bevorzugt höchstens 5 dtex, besonders bevorzugt höchstens 3 dtex um eine nahezu kreisrunde Querschnittsform der Einzelfilamente zu bewirken.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Elastanfäden nach der Zusammenführung auf der Umlenkrolle im Fällbad zusätzlich mit einer Anpreßrolle auf die Umlenkrolle gepresst werden.
Der Anpreßdruck der Anpreßrolle im Fällbad beträgt vorzugsweise 1 bis 5 bar (0,1 bis 0,5 Mpa), für Elastanfäden mit einem Gesamttiter bis 1000 dtex insbesondere 2 bis 3 bar (0,2 bis 0,3 MPa).
Die Wahl des Einzelspinntiters bewirkt außer einer Verbreiterung der Bändchenform der Elastanfäden überraschenderweise auch eine Modifizierung des Fadenquer­ schnittes der Einzelfilamente. Während man bei einem Einzelspinntiter von mehr als 15 dtex noch z. B. bohnenförmige Einzelfilamentquerschnitte feststellt, geht unterhalb eines Einzelspinntiters von 15 dtex, insbesondere ab ca. 10 dtex und feiner die Querschnittsform der Einzelfilamente in eine ovale bis kreisrunde Form über. Bei einem Einzelspinntiter kleiner ca. 5 dtex liegen fast nur noch Einzelfilamente mit runder Querschnittsform vor. In den Fig. 1a bis 1c ist die Zunahme der Bändchenbreite für den Titer 800 dtex mit zunehmender Einzelfilamentzahl, bei sonst gleichen Spinnbedingungen, wiedergegeben. Vergrößerung: 1 cm = ca. 70 Mikron. In den Fig. 2a bis 2c sind für den Titer 800 dtex Einzelfilamentquerschnitte für verschiedene Einzelspinntiter wiedergegeben. Vergrößerung: 1 cm = 30 Mikron. Wie man den Fig. 2a bis 2c entnehmen kann, erhält man beim Naßspinnen eines 800 dtex Elastanfadens aus einer 385-Lochdüse mit einem Einzelspinntiter von 4,2 dtex runde Einzelfilamentquerschnitte. Die Oberfläche derartiger Elastanfäden ist glatter, hat eine geringere Riefentiefe und weist damit einen besonders hohen Glanz auf. Während ein 800 dtex-Elastanfäden, gesponnen aus einer 172-Lochdüse mit einem Einzelspinntiter von 9,4 dtex, eine Glanzzahl von 60 besitzt, steigt 'bei einem Einzel­ spinntiter von 4,1 dtex die Glanzzahl auf 100 an (vgl. Tab. II, Beispiele 6 und 8).
Der deutlich höhere Glanz der erfindungsgemäßen Elastanfäden, der besonders in Flächenartikeln zum Ausdruck kommt, beruht darauf, daß die Oberfläche der Fila­ mente glatt und nicht fibrilliert ist. Die Elastanfäden zeigen zudem parallel zur Faserachse verlaufende, nur schwach angedeutete Riefen, die nicht unterbrochen sind, so daß das auf die Elastanfäden treffende Licht gerichtet von den Einzelfilamenten reflektiert wird.
Die Verfeinerung des Einzelspinntiters mit Erhöhung der Filamentzahl beim Spinnen bewirkt wie beschrieben eine Verbreiterung des Elastanfadens. Ebenso führt auch eine zusätzliche Anpressung der Fäden nach der Koagulation im Fällbad durch eine besondere Abquetschrolle, die auf einer im Fällbad angeordneten Umlenkrolle für die Fäden anliegt, zu einer weiteren Vergrößerung der Bändchenbreite je nach Einzel­ spinntiter um ca. 30-40% (vergl. Tabelle 2, Beispiele 6-9).
Im allgemeinen reicht für einen Gesamttiter bis ca. 2500 dtex ein Anpreßdruck von 1 bis 5 bar (0,1 bis 0,5 MPa) aus, um diesen Effekt zu erzielen. Bei einem Gesamttiter bis ca. 1000 dtex hat sich ein Anpreßdruck von 2 bis 3 bar (0,2 bis 0,3 MPa) besonders bewährt. Als besonders geeignete Vorrichtung hat sich eine gummielasti­ sche Anpreßrolle mit ca. 50-100 Shore Härte erwiesen, deren Anpreßdruck über Druckluft pneumatisch regelbar ist.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der erfindungsgemäßen, naßgesponnenen Elastanfäden zur Herstellung textiler Waren, bevorzugt Flächenware, insbesondere zur Herstellung von Gestricken, Geweben oder Gewirken.
Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung der erfindungsgemäßen, naßgesponnenen Elastanfäden zur Herstellung von Einweghygieneartikeln, insbeson­ dere zur Herstellung von Windeln.
Die Angabe der Bändchenbreite in den Beispielen erfolgt in "Mikron" (µm). 1 cm entspricht jeweils 10 000 Mikron.
Der Einzelspinntiter (EST) errechnet sich wie folgt:
hierbei bedeuten:
F = Fördermenge an Spinnlösung (ccm/min)
K = Konzentration der Spinnlösung (Gew.-%)
A = Fällbadgeschwindigkeit (m/min)
Z = Anzahl der Düsenlöcher
Der Einzelspinntiter ist eine Meßgröße, die das Fadengewicht unmittelbar nach Austritt der Spinnlösung in das Fällbad angibt.
Messung der Glanzzahl
Die Elastanfäden werden auf schwarzen Metallplatten plan gewickelt, so daß die Oberfläche der Platte vollständig mit Elastanfäden bedeckt ist. Die Leuchtdichte der Fadenwicklungen wird mit dem Goniophotometer in Abhängigkeit vom Streuwinkel gemessen. Der Einstrahlungswinkel beträgt 45°. Als nicht glänzender Standard dient eine Platte aus Bariumsulfat.
Die folgenden Beispiele dienen der näheren Erläuterung der Erfindung. Teile und Pro­ zentangaben beziehen sich, falls nicht anders vermerkt, auf das Gewicht.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren beispielhaft näher erläutert, ohne daß dadurch die Erfindung im Einzelnen eingeschränkt wird.
Es zeigen:
Fig. 1a den Querschnitt durch einen Elastanfaden mit einem Gesamttiter von 800 dtex gebildet aus 96 Einzelfilamenten
Fig. 1b den Querschnitt durch einen Elastanfaden mit einem Gesamttiter von 800 dtex gebildet aus 172 Einzelfilamenten
Fig. 1c den Querschnitt durch einen Elastanfaden mit einem Gesamttiter von 800 dtex gebildet aus 385 Einzelfilamenten
Fig. 2a den Teil eines Querschnitts durch einen Elastanfaden mit einem Gesamttiter von 800 dtex gebildet aus 96 Einzelfilamenten
Fig. 2b den Teil eines Querschnitts durch einen Elastanfaden mit einem Gesamttiter von 800 dtex gebildet aus 172 Einzelfilamenten
Fig. 2c den Teil eines Querschnitts durch einen Elastanfaden mit einem Gesamttiter von 800 dtex gebildet aus 385 Einzelfilamenten
Beispiele Beispiel 1
Eine 30 gew.-%ige Elastan-Spinnlösung, hergestellt entsprechend Beispiel 7 aus der DE-A-42 22 772, die mit 0,5% Diethylamin ca. 10 min bei 140°C vorbehandelt wurde und eine Spinnviskosität von 18 Pa.s, gemessen bei 50°C aufwies, wurde aus einer 397-Lochdüse mit 0,08 mm Bohrungsdurchmesser in ein Fällbad mit 20%iger DMAC-Wasser-Lösung gesponnen. Die Fällbadtemperatur lag bei 85°C. Die Fäden wurden über eine Umlenkrolle, die knapp oberhalb der Fällbadflüssigkeit lag mit 90 m/min abgezogen, koalesziert und anschließend im Waschbad mit zwei Rollen durch 6-faches Umschlingen der beiden Waschrollen gewaschen, was einer Verweilzeit von ca. 4 Sekunden entspricht. Nach dem Anlegen der Fadenschar wurde eine Abquetschrolle, die lediglich die Elastanfäden anpreßt, welche die Waschrolle in Richtung der Trockner-Fixierrollen verlassen, an die obere Waschrolle angelegt. Der Anpreßdruck der Abquetschrolle lag bei 10 N. Die Waschbadtemperatur betrug 95°C. Die Abquetschrolle hat einen Härtegrad von 70 Shore und einen Anpreßdruck von 2 N/cm Rollenbreite. Der Anpreßdruck läßt sich durch Auflage verschiedener Kontergewichte regulieren. Der verzwirnten Fäden wurden anschließend über zwei beheizte Rollen durch 12-faches Umschlingen der beiden beheizten Rollen gefahren und bei 240°C behandelt, was einer Kontaktzeit von ca. 5 Sekunden entspricht. Anschließend wurde präpariert und der verzwirnte Faden mit 120 m/min auf einen Wickler aufgespult.
Der Faden vom Titer 795 dtex hatte eine Fadenfestigkeit von 0,86 cN/dtex und eine Dehnung von 661%. Der Einzelspinntiter (EST) lag bei 2,7 dtex. Die mikroskopische Auswertung zeigt einen bändchenförmigen Filamentquerschnitt mit runden Einzel­ filamenten. Die Bändchenbreite beträgt 1310 Mikron. Damit ist die Bändchenbreite um ca. 38% größer gegenüber dem Beispiel 2 der Tabelle 1, wo ein analoger Titer aus einer 96-Lochdüse gesponnen wurde. Die Fadenoberfläche ist glatt und fast furchen- und riefenfrei. Die nur schwach ausgeprägten Längsriefen verlaufen parallel zur Faserachse. Die Elastanfäden besitzen gegenüber den Elastanfäden nach Beispiel 2 ein deutlich höheres Glanzniveau. Die Glanzzahl beträgt 230!
Beispiele 2-5
In der Tabelle 1 sind weitere Beispiele für naßgesponnene Elastanfäden vom Titer 800 dtex, hergestellt nach Beispiel 1, jedoch aus anderen Lochzahlen und mit 60 m/min Fällbadgeschwindigkeit gesponnen, zusammengefaßt. Wie man der Tabelle 1 entnehmen kann, nimmt die Bändchenbreite mit feinerem Einzelspinntiter deutlich zu (vgl. Beispiele 3-5).
Beispiele 6-9
Ein Teil der Spinnlösung wurde, wie in Beispiel 1 beschrieben, aus 172-Loch bzw. 385-Lochdüsen versponnen. Als einziger Unterschied wurde eine zusätzliche Ab­ quetschrolle, die auf der Umlenkrolle im Fällbad aufliegt, eingesetzt. Der Anpreß­ druck der Abquetschrolle, welche pneumatisch mit Druckluft gesteuert wird, lag bei 2 bar (0,2 MPa). Die Elastanfäden vom Titer 800 dtex hatten die in der Tabelle 2 angegebenen Einzelspinntiter, Bändchenbreiten und Glanzzahlen. Wie man der Tabelle 2 entnehmen kann, erhöht sich die Bändchenbreite durch den Einsatz einer Abquetschrolle auf der Umlenkrolle im Fällbad um bis zu 40% der ursprünglichen Ausgangslänge. Die Form der Einzelfilamente und die Fadenoberfläche entsprechen den Angaben von Beispiel 1. Wie aus Tabelle 2 weiterhin ersichtlich ist, steigt die Glanzzahl mit feineren Einzelspinntitern deutlich an, wohingegen die Bändchenbreite keinen Einfluß auf die Glanzzahl hat. Diese Befunde gelten ganz allgemein und lassen sich für naßgesponnene Elastanfäden auch auf andere Titer beliebig übertragen.
Tabelle 1
Tabelle 2

Claims (14)

1. Naßgesponnene mehrfädige Elastanfäden mit einem Gesamttiter von bis zu 2500 dtex mit hohem Oberflächenglanz und einem bandförmigen Querschnitt, gebildet aus untereinander verbundenen Einzelfilamenten, bei denen die Ein­ zelfilamente einen ovalen bis kreisrunden Querschnitt aufweisen, bei denen die Breite der Elastanfäden im Querschnitt mindestens das vierfache der Dicke der Elastanfäden beträgt und bei denen der Einzelspinntiter der Einzelfilamente kleiner 15 dtex beträgt.
2. Elastanfäden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Elastanfäden im Querschnitt mindestens das fünffache, bevorzugt mindestens das achtfache, besonders bevorzugt mindestens das zehnfache der Dicke der Elastanfäden beträgt.
3. Elastanfäden nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einzelspinntiter der Einzelfilamente höchstens 10 dtex, bevorzugt höchstens 5 dtex beträgt.
4. Elastanfäden nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden eine Glanzzahl von mindestens 20, bevorzugt von mindestens 40, besonders bevorzugt von mindestens 100 aufweisen.
5. Elastanfäden nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elastanfäden aus Polyurethan mit einem Anteil von mindestens 85 Gew.-% an segmentiertem Polyurethan bestehen.
6. Elastanfäden nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elastanfäden aus Elastan mit segmentiertem Polyurethan auf Basis von Polyethern, Poly­ estern, Polyetherestern, Polycarbonaten oder auf Basis von Mischungen dieser Polymere hergestellt sind.
7. Naßspinnverfahren zur Herstellung von mehrfädigen Elastanfäden mit einem Gesamttiter bis 2500 dtex, mit hohem Oberflächenglanz und einem bandför­ migen Querschnitt, durch Spinnen einer insbesondere mindestens 25 gew.- %igen Elastanlösung in ein Fällbad, Waschen und gegebenenfalls Strecken der gebildeten Fäden, Trocknen, Fixieren, Präparieren und Wickeln der Fäden, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelfilamente mit einem Einzelspinntiter kleiner 15 dtex gesponnen werden und die Einzelfilamente mittels einer Kammfadenführung auf einer Umlenkrolle im Fällbad zusammengeführt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Einzelspinntiter der Einzelfilamente höchstens 10 dtex, bevorzugt höchstens 5 dtex, besonders bevorzugt höchstens 3 dtex beträgt.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Elastan­ fäden nach der Zusammenführung auf der Umlenkrolle im Fällbad zusätzlich mit einer Anpreßrolle auf die Umlenkrolle gepresst werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Anpreßdruck der Anpreßrolle im Fällbad 1 bis 5 bar (0,1 bis 0,5 MPa) 2-3 bar beträgt.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Anpreßdruck der Anpreßrolle im Fällbad für Elastanfäden mit einem Gesamttiter bis 1000 dtex 2-3 bar (0,2 bis 0,3 MPa) beträgt.
12. Verfahren nach Anspruch 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpreß­ rolle im Fällbad eine Shore-Härte von 50 bis 100 aufweist und der Anpreß­ druck der Anpreßrolle pneumatisch geregelt wird.
13. Verwendung der naßgesponnenen Elastanfäden nach den Ansprüchen 1 bis 6 zur Herstellung textiler Waren, bevorzugt Flächenware, insbesondere zur Her­ stellung von Gestricken, Geweben oder Gewirken.
14. Verwendung der naßgesponnenen Elastanfäden nach den Ansprüchen 1 bis 6 zur Herstellung von Einweghygieneartikeln, insbesondere zur Herstellung von Windeln.
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