WO2001004202A1 - Polyurethanharnstofffasern mit erhöhter festigkeit - Google Patents

Polyurethanharnstofffasern mit erhöhter festigkeit Download PDF

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WO2001004202A1
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Thomas Gross
Stephan Hütte
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Bayer AG
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Definitions

  • the invention relates to polyurethane urea compositions and especially elastic polyurethane urea fibers resulting therefrom, which as a dialkyl sulfosuccinate
  • fiber used in the context of the present description of the invention comprises staple fibers and continuous filaments which can be produced by spinning processes known in principle, such as the dry spinning process, the wet spinning process or the melt spinning process.
  • Elastic polyurethane urea fibers made of long-chain synthetic polymers which are at least 85% segmented polyurethanes based on e.g. Polyethers, polyesters and / or polycarbonates are well known. Yarns made from such fibers are used for the manufacture of fabrics, fabrics or fabrics, which in turn are used for corsetry, stockings and sportswear, e.g. Swimsuits or swimming trunks are suitable.
  • Polyurethane urea fibers show excellent elasticity and strong elasticity in combination with high restoring forces. Because of this excellent
  • the strength of the polyurethane urea fibers can be improved by not using the ethylenediamine which is generally used as the sole chain extender in the preparation of the polyurethane urea solution for chain extension of the prepolymer, but instead using a second diamine as the cover extender (see, for example, US-5 616 676, EP-692 039 B2).
  • the polyurethane urea fibers obtained in this way show improved strength, but because of the disruption of the hard segments caused by the cover elongation, they have poorer thermal resistance, which is disadvantageous for the processing of the fibers.
  • JP 44-22113 and JP 45-109956 describe an improvement in the polyurethane urea spinning solutions by prior to chain extension the prepolymer with a small amount of monofunctional alcohol (JP 44-22113) or amine (JP 45-109956) is implemented. However, the influence of these measures on the strength of the fibers is only very slight.
  • European patent application EP 0 843 032 A1 describes polyurethane urea fibers which have been obtained from spinning solutions to which salts of certain alkyl sulfonates or alkyl sulfates with long-chain alkyl radicals have been added.
  • the patent application does not deal with a possible negative influence of the addition of this reagent on the thermal resistance of the polyurethane urea fibers.
  • Another disadvantage is that the addition of such salts can lead to inhomogeneous spinning solutions, since the salts in poly urethane spinning solutions can be sparingly soluble. This requires a lot of effort when incorporating such additives into the spinning solution.
  • German patent application DE 44 34 300 AI describes elastane fibers with improved heat-fixability, which as an additive are alkali metal salts of
  • the invention relates to a polyurethane urea composition with improved mechanical properties, characterized in that it consists of
  • R 1 and R 2 independently of one another, are the same or different for an alkyl group with 5 to 10 carbon atoms, and preferably for an alkyl group with 8 carbon atoms, are particularly preferably the same and for 2-ethylhexyl radicals: -CH 2 -CH ( CH 2 -CH 3 ) -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3 , and
  • M + is Li + , Na + , K + or NH + , preferably Na + ,
  • the polyurethane urea compositions according to the invention consist of segmented polyurethane urea polymers.
  • the polymers have segment structure, i.e. they consist of "crystalline” and “amorphous” blocks (so-called hard segments or soft segments).
  • the polyurethane urea composition and the polyurethane urea fibers can, in particular, consist of a linear homo- or copolymer, each with a hydroxyl group at the end of the molecule and a molecular weight of 600 to 4000 g / mol, such as polyether diols, polyester diols, polyester amide diols, polycarbonate diols or from a mixture or from Copolymers of this group can be produced.
  • organic diisocyanates examples include 4,4'-dicyclohexylmethane diisocyanate, isophorone diisocyanate and 4,4'-diphenylmethane diisocyanate.
  • diamines are ethylenediamine, 1,2-propanediamine, 2-methyl-l, 5-diaminopentane, isophoronediamine, 1,3-diaminocyclohexane, l-methyl-2,4-diaminocyclohexane or 1,2-diaminocyclohexane.
  • the polyurethane urea fibers can be produced by processes which are known in principle, such as, for example, those described in US Pat. Nos. 2,929,804, 3,097,192, 3,428,711, 3,553,290 and 3,555,115 and in WO 9,309 174 are described.
  • the polyurethane urea fibers according to the invention can be used for the production of elastic fabrics, knitted fabrics, knitted fabrics and other textile goods.
  • the invention further also relates to polyurethane urea fibers with increased strength based on polyurethane urea polymers containing at least from 0.02 to 15% by weight, in particular from 0.05 to 5% by weight, particularly preferably from 0.1 to 3% by weight % Dialkyl sulfosuccinate according to the general formula (1)
  • R 1 and R 2 independently of one another, are the same or different for an alkyl group with 5 to 10 carbon atoms, preferably for an alkyl group with 8 carbon atoms, are particularly preferably the same and for 2-ethylhexyl radicals: -CH 2 -CH (CH 2 -CH 3 ) -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3 , and
  • M + is Li + , Na + , K + or NH + , preferably Na + ,
  • dialkyl sulfosuccinate being finely dispersed or dissolved in the fiber.
  • the invention furthermore relates to the use of dialkyl sulfosuccinates corresponding to the general formula (1)
  • R 2 OOC - CH 2 in the Ri and R 2 are the same or different for an alkyl group
  • Carbon atoms particularly preferably for an alkyl group with 5 to 10 carbon atoms and very particularly preferably for an alkyl group with 8
  • M + is Li + , Na + , K + or NH 4 + ,
  • the dialkyl sulfosuccinate in an amount of 0.02 to 15% by weight, in particular 0.05 to 5% by weight, particularly preferably 0.1 to 3 % By weight in which the fiber is finely dispersed or dissolved.
  • dialkyl sulfosuccinates can be prepared as described in the literature by C. R. Carly, Ind. Eng. Chem., Vol. 31, page 45, 1939.
  • Special preferred dialkyl sulfosuccinates are sodium diisobutyl sulfosuccinate, sodium bis (n-octyl) sulfosuccinate, sodium bis (2-ethylhexyl) sulfosuccinate, sodium dihexyl sulfosuccinate, sodium diamyl sulfosuccinate and sodium dicyclohexyl sulfosuccinate.
  • dialkyl sulfosuccinates are sodium bis (n-octyl) sulfosuccinate, sodium bis (2-ethylhexyl) sulfosuccinate and sodium dihexyl sulfosuccinate.
  • M + is Li + , Na + , K + or NFL ⁇ + , preferably Na + .
  • a very particularly preferred dialkyl sulfosuccinate is sodium bis (2-ethylhexyl) sulfosuccinate.
  • dialkyl sulfosuccinates used to improve strength can be used as
  • the dialkyl sulfosuccinates can be added to the polyurethane urea composition e.g. be added at any point in the processing of the composition in the production of polyurethane urea fibers.
  • the dialkyl sulfosuccinates can be added in the form of a solution to a solution, dispersion or slurry of other additives.
  • they can then be mixed with the polymer solution upstream of the fiber spinning nozzles or injected into the latter.
  • the dialkyl sulfosuccinates can also be separated from the polymer (spinning) solution as a solution in a suitable one
  • dialkyl sulfosuccinates can also be added in the above-mentioned formulations in the usual polyurethane urea production.
  • polyurethane urea compositions according to the invention or polyurethane urea fibers which can be produced therefrom can be used as additives C) for various purposes such as matting agents, fillers, antioxidants, dyes, pigments elements, staining agents, stabilizers against heat, light, UV radiation, chlorinated water and against vapors.
  • antioxidants examples of antioxidants, stabilizers against heat, light or UV radiation are stabilizers from the group of sterically hindered phenols, HALS stabilizers (hindered amine light stabilizers), triazines, benzophenones and benzotriazoles.
  • pigments and matting agents are titanium dioxide, zinc oxide and barium sulfate.
  • dyes examples of dyes are acid dyes, disperse and pigment dyes and optical brighteners.
  • stabilizers against degradation of the fibers by chlorine or chlorine-containing water examples of stabilizers against degradation of the fibers by chlorine or chlorine-containing water are zinc oxide, magnesium oxide or coated or uncoated magnesium aluminum hydroxycarbonates.
  • the invention further relates to a process for the production of improved polyurethane urea fibers by the dry spinning or wet spinning process, preferably by the dry spinning process, by producing the spinning solution, spinning the spinning solution with a spinneret, thread formation below the spinning nozzle by removing the spinning solvent by drying or in a precipitation bath, preparation and winding of the threads, characterized in that the polyurethane urea solution before spinning the solution to the polyurethane urea fiber from 0.02 to 15% by weight, in particular from 0.05 to 5% by weight, particularly preferably from 0.1 to 3% by weight of dialkyl sulfosuccinate according to the general formula (1)
  • R] and R 2 independently of one another, are the same or different for an alkyl group with 5 to 10 carbon atoms, preferably for an alkyl group with 8 carbon atoms, particularly preferably are the same and for 2-ethylhexyl radicals: -CH 2 -CH (CH 2 -CH 3 ) -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3 , and
  • M + Li + , Na + , K + or NH " preferably Na + .
  • the polyurethane urea solution used for the following examples and the comparative examples was prepared by the following procedure:
  • a polyurethane spinning solution is produced from a polyether diol consisting of polytetrahydrofuran (PTHF, e.g. Terathane 2000 from DuPont) with an average molecular weight of 2000 g / mol. The molecular weight is based on the number average.
  • the diol is capped with methylene bis (4-phenyl diisocyanate) (MDI, Bayer AG) with a molar ratio of 1 to 1.65 and then with a mixture of ethylene diamine (EDA) and diethylamine (DEA) in a weight ratio of 97: 3 in Dimethylacetamide extended chain.
  • MDI methylene bis (4-phenyl diisocyanate
  • EDA ethylene diamine
  • DEA diethylamine
  • the solids content of the resulting polyurethane urea solution is 30%.
  • This stock batch consists of 62.6% by weight of dimethylacetamide (DMAC), 10.3% by weight of Cyanox 1790 (1,3,5-tris (4-tert-butyl-3-hydroxy-2,5-dimethylbenzyl ) -l, 3,5-triazine-2,4,6- (1H, 3H, 5H) -trione, from Cytec), 27.0% by weight of 30% spinning solution and 0.001
  • DMAC dimethylacetamide
  • Cyanox 1790 1,3,5-tris (4-tert-butyl-3-hydroxy-2,5-dimethylbenzyl ) -l, 3,5-triazine-2,4,6- (1H, 3H, 5H) -trione, from Cytec
  • 27.0% by weight of 30% spinning solution and 0.001
  • a second master batch is now mixed into this polyurethane composition.
  • the finished spinning solution is spun dry by means of spinnerets in a spinning apparatus typical for a dry spinning process into filaments with a titer of 11 dtex, four individual filaments being combined to form coalescing filament threads.
  • the fiber preparation (Silicone Y 7769, manufacturer: OSI Specialties) is applied via a preparation roller, 4% by weight based on the weight of the polyurethane urea fiber being applied.
  • the take-up speed of the thread winder is 420 m / min.
  • the filaments thus obtained were examined and characterized according to their mechanical and thermal properties. For this purpose, the tenacity (FF) and maximum tensile strength extension (HZKD) were measured in accordance with DLN 53834 part 1.
  • tensile tests were carried out on the elastane filament yarns in an air-conditioned condition.
  • the prepared test specimen is placed in a loop around the hook of the measuring head and around a 10 mm looping clamp with a pretensioning force of 0.001 cN / dtex.
  • the clamping length is 200mm in total.
  • a flag made of aluminum foil is hung exactly at the level of a light barrier.
  • the carriage moves at a rate of deformation of 400% / min (800mm take-off) to the thread's thread and back to its original position after the measurement. 20 measurements are carried out per test object.
  • the heat distortion temperature (HDT) was determined by using a thermomechanical analyzer (TMA).
  • the elongation behavior of an elastomer thread (100 mm) under a low preload (0.2 mg / dtex) with a continuous increase in temperature (20 ° C / min) is determined. Above a certain temperature (HDT), the thread is elongated without a further rise in temperature. To determine the HDT, 45 ° tangents are created on the corresponding curves. The higher the resulting HDT, the stronger the corresponding interactions between the hard segments.
  • Table 1 shows the filament properties determined.
  • FF tenacity
  • HZKD maximum tensile force
  • HDT heat distortion temperature
  • HZKD thermal stability
  • HDT thermal stability
  • the above-described polyurethane composition is mixed with 0.5% by weight of sodium bis (2-ethylhexyl) sulfosuccinate (Aerosol OTS 100%, Cytec) with respect to the solids content of the polyurethane urea solution.
  • Sodium bis (2-ethylhexyl) sulfosuccinate is incorporated into the polyurethane urea solution by stirring sodium bis (2-ethylhexyl) sulfosuccinate as a homogeneous 30% solution in dimethylacetamide (DMAc) into the polyurethane urea solution.
  • DMAc dimethylacetamide
  • the base of silicone oil is applied in a quantity of 4% by weight based on the weight of the fiber with a preparation roller.
  • the winding speed of the fiber is 930 m / min.
  • FF fineness-related tenacity
  • HZKD maximum tensile force expansion

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Abstract

Es werden Polyurethanharnstoffzusammensetzungen und speziell daraus resultierende elastische Polyurethanharnstofffasern beschrieben, die ein Dialkylsulfosuccinat als Additiv feindispergiert oder gelöst enthalten, das die Festigkeit der Faser deutlich erhöht. Außerdem wird ein Verfahren zur Herstellung der Polyurethanharnstofffasern mit Dialkylsulfosuccinat als Additiv beschrieben.

Description

Polyurethanharnstofffasern mit erhöhter Festigkeit
Die Erfindung betrifft Polyurethanharnstoffzusammensetzungen und speziell daraus resultierende elastische Polyurethanharnstofffasern, die ein Dialkylsulfosuccinat als
Additiv enthalten, das die Festigkeit der Faser deutlich erhöht.
Der im Rahmen der vorliegenden Erfindungsbeschreibung verwendete Ausdruck Faser umfasst Stapelfasern und kontinuierliche Filamente, die durch im Prinzip be- kannte Spinnverfahren wie das Trockenspinnverfahren, das Nassspinnverfahren oder das Schmelzspinnverfahren hergestellt werden können.
Diese Spinnverfahren sind beispielsweise beschrieben in Polyurethan-Elastomerfasern, H. Gall und M. Kausch in Kunststoff-Handbuch 7, Polyurethane, Heraus- geber: G. Oertel, Carl Hanser Verlag München Wien, 1993, Seite 679 bis 694.
Elastische Polyurethanharnstofffasern aus langkettigen synthetischen Polymeren, die zu wenigstens 85 % aus segmentierten Polyurethanen auf Basis von z.B. Polyethern, Polyestern und/oder Polycarbonaten aufgebaut sind, sind gut bekannt. Garne aus solchen Fasern werden zur Herstellung von Flächenwaren bzw. Geweben oder Stoffen verwendet, die ihrerseits unter anderem für Miederwaren, Strümpfe und Sportbekleidung wie z.B. Badeanzüge bzw. Badehosen geeignet sind.
Polyurethanharnstofffasern zeigen eine hervorragende Elastizität und starke Dehn- barkeit in Kombination mit hohen Rückstellkräften. Aufgrund dieser hervorragenden
Eigenschaftskombination finden sie breite Verwendung im Bekleidungsbereich. Um eine höhere Produktivität bei der Verarbeitung der Polyurethanharnstofffasern zu erreichen, erfolgt die Verarbeitung mit hoher Geschwindigkeit und unter starkem Verzug. Um die Verarbeitungssicherheit zu erhöhen und die Produktivität weiter zu stei- gern, ist eine hohe Zugfestigkeit der Polyurethanharnstofffasern erforderlich. In der Literatur werden verschiedene Methoden beschrieben, die Festigkeit von Polyurethanharnstofffasern zu erhöhen.
So kann die Festigkeit der Polyurethanharnstofffasern zum Beispiel verbessert wer- den, indem bei der Herstellung der Polyurethanharnstofflösung zur Kettenverlängerung des Präpolymeren nicht das in der Regel verwendete Ethylendiamin als alleiniger Kettenverlängerer eingesetzt wird, sondern ein zweites Diamin als Coverlängerer eingesetzt wird (siehe z.B. US-5 616 676, EP-692 039 B2). Die so erhaltenen Polyurethanharnstofffasern zeigen zwar eine verbesserte Festigkeit, verfügen aber wegen der durch den Coverlängerer verursachten Störung der Hartsegmente über eine schlechtere thermische Beständigkeit, was für die Verarbeitung der Fasern nachteilig ist.
Des weiteren wird durch den Einsatz von Coverlängerern die Höchstzugkraftdehnung merklich erniedrigt. Hierdurch kann bei Verarbeitung solcher Fasern z.B. mit Hartfasern, Baumwolle und anderen -fasern eine erhöhte Fadenbruchrate resultieren.
Die japanischen Patent-Veröffentlichungen (Kokoku) JP 44-22113 und JP 45-109956 beschreiben eine Verbesserung der Polyurethanharnstoff-Spinnlösungen, indem vor der Kettenverlängerung das Präpolymere mit einer geringen Menge an monofunktio- nellem Alkohol (JP 44-22113) oder Amin (JP 45-109956) umgesetzt wird. Der Ein- fluss dieser Maßnahmen auf die Festigkeit der Fasern ist jedoch nur sehr gering.
In der europäischen Patentanmeldung EP 0 843 032 AI werden Polyurethanharn- stofffasern beschrieben, die aus Spinnlösungen erhalten wurden, denen Salze bestimmter Alkylsulfonate oder Alkylsulfate mit langkettigen Alkylresten zugesetzt wurden. In der Patentanmeldung wird jedoch nicht auf einen möglicherweise negativen Einfluss des Zusatzes dieses Reagenzes auf die thermische Beständigkeit der Polyurethanharnstofffasern eingegangen. Nachteilig ist ferner, dass der Zusatz solcher Salze zu inhomogenen Spinnlösungen führen kann, da die Salze in Poly- urethanspinnlösungen schwer löslich sein können. Dies erfordert einen hohen Aufwand bei der Einarbeitung solcher Additive in die Spinnlösung.
In der deutschen Offenlegungsschrift DE 44 34 300 AI werden Elastanfasem mit verbesserter Thermofixierbarkeit beschrieben, die als Additiv Alkalimetallsalze von
Carbonsäuren enthalten. Aus den beschriebenen Beispielen geht jedoch hervor, dass der Effekt auf die Festigkeit der Elastanfasem nur gering ist.
In der unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 19805130.1 werden Elastanfasem beschrieben, bei denen Dialkylsulfosuccinate bzw. deren Salze mit einer Präparation aufgebracht werden, um die elektrostatische Aufladung der Materialien bei der Verarbeitung zu unterdrücken. Zwar wird die Möglichkeit des Einspinnens erwähnt, Beispiele für Fasern mit fein dispergierten oder gelösten Dialkylsulfosuccinaten bzw. deren Salzen finden sich jedoch nicht. Über die Verbesserung der (feinheitsbezogenen) Festigkeit der Elastanfasem durch Einspinnen von Dialkylsulfosuccinaten bzw. deren Salzen wird in dieser Anmeldung nichts ausgesagt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, Polyurethanharnstofffasern zur Ver- fügung zu stellen, die die genannten Nachteile bekannter Polyurethanharnstofffasern nicht aufweisen und über eine verbesserte (feinheitsbezogene) Festigkeit bei gleichzeitig guter Höchstzugkraftdehnung und guter thermischer Beständigkeit verfügen.
Es wurde gefunden, dass die Festigkeit von Polyurethanharnstofffasern deutlich ver- bessert werden kann, indem der Polyurethanhamstoffzusammensetzung vor dem
Verspinnen das Salz eines Dialkylsulfosuccinates zugesetzt wird. Die thermische Stabilität der Elastanfasem wird durch diesen Zusatz überraschenderweise nicht negativ beeinflusst. Weiterhin wurde gefunden, dass die Einarbeitung des Zusatzes in die Polyurethanhamstoffzusammensetzung ohne großen Aufwand möglich ist, da die Löslichkeit der eingesetzten Salze von Dialkylsulfosuccinaten hervorragend ist und homogene Lösungen erhalten werden. Gegenstand der Erfindung ist eine Polyurethanhamstoffzusammensetzung mit verbesserten mechanischen Eigenschaften, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus
A) von 99,98 bis 65 Gew.-%, insbesondere von 99,95 bis 80 Gew.-%, insbesondere bevorzugt von 99,9 bis 85 Gew.-% Polyurethanhamstoffpolymer,
B) von 0,02 bis 15 Gew.-%, insbesondere von 0,05 bis 5 Gew.-%, insbesondere bevorzugt von 0,1 bis 3 Gew.-% Dialkylsulfosuccinat entsprechend der allge- meinen Formel ( 1 )
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woπn
Ri und R2 unabhängig voneinander gleich oder verschieden für eine Alkyl- gruppe mit 5 bis 10 Kohlenstoffatomen, und bevorzugt für eine Alkyl- gruppe mit 8 Kohlenstoffatomen stehen, besonders bevorzugt gleich sind und für 2-Ethylhexyl-Reste: -CH2-CH(CH2-CH3)-CH2-CH2-CH2-CH3 stehen, und
M+ Li+, Na+, K+ oder NH + , bevorzugt Na+ ist,
und
C) von 0 bis 20 Gew.-%, insbesondere von 0 bis 15 Gew.-% Zusatzstoffe besteht. Durch die Erhöhung der Festigkeit der aus der Polyurethanharnstoffzusammensetzung bestehenden Elastanfaden wird die Verarbeitungssicherheit erhöht und höhere Verarbeitungsgeschwindigkeiten werden möglich.
Die erfindungsgemäßen Polyurethanhamstoff-Zusammensetzungen bestehen aus seg- mentierten Polyurethanharnstoffpolymeren. Die Polymere weisen Segmentstruktur auf, d.h. sie bestehen aus "kristallinen" und "amorphen" Blöcken (sogenannte Hartsegmente bzw. Weichsegmente).
Die Polyurethanhamstoffzusammensetzung und die Polyurethanharnstofffasern können insbesondere aus einem linearen Homo- oder Copolymer mit je einer Hydroxy- gruppe am Ende des Moleküls und einem Molekulargewicht von 600 bis 4000 g/mol, wie Polyetherdiole, Polyesterdiole, Polyesteramiddiole, Polycarbonatdiole oder aus einer Mischung bzw. aus Copolymeren dieser Gruppe hergestellt werden. Weiterhin basieren sie auf organischen Diisocyanaten, mit denen die polymeren Diole zu endständig isocyanatfunktionellen Präpolymeren umgesetzt werden, und Diaminen oder Mischungen verschiedener Diamine als Kettenverlängerer, mit denen die endständig isocyanatfunktionellen Präpolymere zu Hochpolymeren umgesetzt werden.
Beispiele für organische Diisocyanate sind 4,4'-Dicyclohexylmethandiisocyanat, Iso- phorondiisocyanat und 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat. Beispiele für Diamine sind Ethylendiamin, 1 ,2-Propandiamin, 2-Methyl-l,5-diaminopentan, Isophorondiamin, 1,3-Diaminocyclohexan, l-Methyl-2,4-diaminocyclohexan oder 1 ,2-Diaminocyclo- hexan.
Die Polyurethanharnstofffasern können nach grundsätzlich bekannten Verfahren hergestellt werden, wie beispielsweise nach denjenigen, die in den Schriften US 2 929 804, US 3 097 192, US 3 428 711, US 3 553 290 und US 3 555 115 und in der Schrift WO 9 309 174 beschrieben sind. Die erfindungsgemäßen Polyurethanhamstofffasem können zur Herstellung von elastischen Geweben, Gestricken, Gewirken u.a. textilen Waren verwendet werden.
Weiterer Gegenstand der Erfindung sind auch Polyurethanhamstofffasem mit erhöh- ter Festigkeit auf Basis von Polyurethanhamstoffpolymeren enthaltend wenigstens von 0,02 bis 15 Gew.-%, insbesondere von 0,05 bis 5 Gew.-%, insbesondere bevorzugt von 0,1 bis 3 Gew.-% Dialkylsulfosuccinat entsprechend der allgemeinen Formel (1)
R,OOC — CH SO " M +
(1),
R2OOC— CH2
in der
Ri und R2 unabhängig voneinander gleich oder verschieden für eine Alkylgmppe mit 5 bis 10 Kohlenstoffatomen, bevorzugt für eine Alkylgmppe mit 8 Kohlenstoffatomen stehen, besonders bevorzugt gleich sind und für 2-Ethylhexyl-Reste: -CH2-CH(CH2-CH3)-CH2-CH2-CH2-CH3 stehen, und
M+ Li+, Na+, K+ oder NH + , bevorzugt Na+ ist,
wobei das Dialkylsulfosuccinat in der Faser fein dispergiert oder gelöst ist.
Weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung von Dialkylsulfosuccinaten entsprechend der allgemeinen Formel (1)
R,OOC — CH- -S03 _ M "
(1),
R2OOC— CH2 in der Ri und R2 unabhängig voneinander gleich oder verschieden für eine Alkylgmppe mit
1 bis 30 Kohlenstoffatomen, bevorzugt für eine Alkylgmppe mit 4 bis 18
Kohlenstoffatomen, besonders bevorzugt für eine Alkylgruppe mit 5 bis 10 Kohlenstoffatomen und ganz besonders bevorzugt für eine Alkylgmppe mit 8
Kohlenstoffatomen stehen und
M+ Li+, Na+, K+ oder NH4 + ist,
zur Erhöhung insbesondere der feinheitsbezogenen Festigkeit von Polyurethanhamstofffasem auf Basis von Polyurethanhamstoffpolymeren, wobei das Dialkylsulfosuccinat in einer Menge von 0,02 bis 15 Gew.-%, insbesondere von 0,05 bis 5 Gew.-%, insbesondere bevorzugt von 0,1 bis 3 Gew%, in der Faser fein dispergiert oder gelöst ist.
Die Herstellung der Dialkylsulfosuccinate kann wie in der Literaturschrift C. R. Carly, Ind. Eng. Chem., Vol. 31, Seite 45, 1939 beschrieben erfolgen.
Spezielle bevorzugte Dialkylsulfosuccinate sind Natriumdiisobutylsulfosuccinat, Na- triumbis-(n-octyl)sulfosuccinat, Natrium-bis-(2-ethylhexyl)sulfosuccinat, Natrium- dihexylsulfosuccinat, Natriumdiamylsulfosuccinat und Natriumdicyclohexylsulfo- succinat.
Insbesondere bevorzugte Dialkylsulfosuccinate sind Natriumbis-(n-octyl)sulfo- succinat, Natrium-bis-(2-ethylhexyl)sulfosuccinat und Natriumdihexylsulfosuccinat.
Besondere Vorteile hinsichtlich der Faserfestigkeit ergeben sich, wenn ein Dialkylsulfosuccinat der Formel (2):
Figure imgf000009_0001
(2)
eingesetzt wird, in der M+ für Li+, Na+, K+ oder NFLι+ , bevorzugt für Na+ steht.
Ganz besonders bevorzugtes Dialkylsulfosuccinat ist Natrium-bis-(2-ethylhexyl)- sulfosuccinat.
Die zur Verbessemng der Festigkeit eingesetzten Dialkylsulfosuccinate können als
Einzelstoffe oder als Mischungen mehrerer Dialkylsulfosuccinate eingesetzt werden.
Die Dialkylsulfosuccinate können der Polyurethanharnstoffzusammensetzung z.B. bei der Herstellung von Polyurethanharstofffasern an beliebiger Stelle der Verarbei- tung der Zusammensetzung zugesetzt werden. Beispielsweise können die Dialkylsulfosuccinate in Form einer Lösung zu einer Lösung, Dispersion oder Aufschlämmung von anderen Additiven hinzugefügt werden. Sie können bei einer Verarbeitung zu Fasern dann in Bezug auf die Faserspinndüsen stromaufwärts mit der Polymerlösung vermischt oder in diese eingespritzt werden. Natürlich können die Dialkylsulfo- succinate auch getrennt zu der Polymer(spinn)lösung als Lösung in einem geeigneten
Medium hinzugefügt werden. Die Dialkylsulfosuccinate können weiterhin in den obengenannten Formulierungen bei der gewöhnlichen Polyurethanharnstoffherstellung zugesetzt werden.
Die erfindungsgemäßen Polyurethanhamstoffzusammensetzungen oder daraus herstellbaren Polyurethanharnstofffasern können als Zusatzstoffe C) für verschiedene Zwecke Stoffe wie Mattierungsmittel, Füllstoffe, Antioxidantien, Farbstoffe, Pig- mente, Anfärbemittel, Stabilisatoren gegen Wärme, Licht, UV-Strahlung, chlorhaltiges Wasser und gegen Dämpfe, enthalten.
Beispiele für Antioxidantien, Stabilisatoren gegen Wärme, Licht oder UV-Strahlung sind Stabilisatoren aus der Gmppe der sterisch gehinderten Phenole, HALS-Stabilisa- toren (hindered amine light stabilizer), Triazine, Benzophenone und der Benzotri- azole. Beispiele für Pigmente und Mattiemngsmittel sind Titandioxid, Zinkoxid und Bariumsulfat. Beispiele für Farbstoffe sind saure Farbstoffe, Dispersions- und Pigmentfarbstoffe und optische Aufheller. Beispiele für Stabilisatoren gegen Abbau der Fasern durch Chlor oder chlorhaltiges Wasser sind Zinkoxid, Magnesiumoxid oder beschichtete oder unbeschichtete Magnesium-Aluminium-Hydroxycarbonate.
Gegenstand der Erfindung ist femer ein Verfahren zur Herstellung von verbesserten Polyurethanhamstofffasem nach dem Trockenspinn- oder Nassspinnverfahren, be- vorzugt nach dem Trockenspinnverfahren, durch Herstellen der Spinnlösung, Verspinnen der Spinnlösung mit einer Spinndüse, Fadenbildung unterhalb der Spinndüse durch Entfernen des Spinnlösungsmittels durch Trocknen oder in einem Fällbad, Präparieren und Aufwickeln der Fäden, dadurch gekennzeichnet, dass der Polyurethanharnstofflösung vor dem Verspinnen der Lösung zur Polyurethanharnstofffa- ser von 0,02 bis 15 Gew.-%, insbesondere von 0,05 bis 5 Gew.-%, insbesondere bevorzugt von 0,1 bis 3 Gew.-% Dialkylsulfosuccinat entsprechend der allgemeinen Formel (1)
R.OOC — CH S03 " M + (i )5
R2OOC— CH2
zugemischt und gelöst wird,
woπn R] und R2 unabhängig voneinander gleich oder verschieden für eine Alkylgmppe mit 5 bis 10 Kohlenstoffatomen, bevorzugt für eine Alkylgmppe mit 8 Kohlenstoffatomen stehen, besonders bevorzugt gleich sind und für 2-Ethylhexyl-Reste: -CH2-CH(CH2-CH3)-CH2-CH2-CH2-CH3 stehen, und
M+ Li+, Na+, K+ oder NH " , bevorzugt Na+ ist.
Die Erfindung wird nachfolgend durch die Beispiele, welche jedoch keine Beschrän- kung der Erfindung darstellen, weiter erläutert.
Beispiele:
Die für die nachfolgenden Beispiele und die Vergleichsbeispiele eingesetzte Poly- urethanharnstofflösung wurde nach folgender Verfahrensweise hergestellt:
Eine Polyurethanspinnlösung wird aus einem Polyetherdiol, bestehend aus Poly- tetrahydrofuran (PTHF, z.B. Terathane 2000 von der Fa. DuPont) mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 2000 g/mol hergestellt. Das Molgewicht ist auf das Zahlenmittel bezogen. Das Diol wird mit Methylen-bis(4-phenyldiisocyanat) (MDI, Bayer AG) mit einem molaren Verhältnis von 1 zu 1,65 gekappt und anschließend mit einem Gemisch aus Ethylendiamin (EDA) und Diethylamin (DEA) im Gewichtsverhältnis 97:3 in Dimethylacetamid kettenverlängert. (Das Verhältnis der Menge von Kettenverlängerer und Kettenabbrecher zu nicht reagiertem Isocyanat im Präpolymeren beträgt in allen Beispielen 1,075.) Der Feststoffgehalt der resultierenden Polyurethanharnstofflösung liegt bei 30 %.
Danach wird den Polymeren ein Stammansatz von Additiven beigemischt. Dieser Stammansatz besteht aus 62,6 Gew.-% Dimethylacetamid (DMAC), 10,3 Gew.-% Cyanox 1790 (l,3,5-Tris(4-tert.-butyl-3-hydroxy-2,5-dimethylbenzyl)-l,3,5-triazin- 2,4,6-(lH,3H,5H)-trion, Fa. Cytec), 27,0 Gew.-% 30%iger Spinnlösung und 0,001
Gew.-% des Farbstoffs Makrolexviolett (Fa. Bayer AG). Dieser Stammansatz wird der Polyurethanzusammensetzung so zugefügt, dass der Gehalt an Cyanox 1790 1,0 Gew.-%, bezogen auf den gesamten Feststoffgehalt, beträgt.
Dieser Polyurethanzusammensetzung wird nun ein zweiter Stammansatz zugemischt.
Dieser besteht aus 5,5 Gew.-% Silwet L 7607 (Polyalkoxy-modifiziertes Polydime- thylsiloxan; Viskosität: 50 mPas (bei 25°C), Molekulargewicht 1000 g/mol, Fa. OSI Specialties), 5,5 Gew.-% Magnesium-Stearat, 45,0 Gew.-% DMAC und 44,0 Gew.-% einer 30%igen Spinnlösung und wird so zugesetzt, dass ein Magnesium- Stearat-Gehalt von 0,25 Gew.-%, bezogen auf den Feststoff der Polyurethan-
Harnstoff-Polymere, resultiert. Zu dieser Polyurethanzusammensetzung wird die im folgenden angegebene Menge des Dialkylsulfosuccinates (30 gew.-%ig als homogene Lösung in Dimethylacetamid) bzw. eines anderen Additives gegeben:
Beispiel 1
0,3 Gew.-% (bezogen auf den Feststoffgehalt der Polyurethanharnstofflösung) an Na- trium-bis-(2-ethylhexyl)sulfosuccinat.
Beispiel 2
0,5 Gew.-% (bezogen auf den Feststoffgehalt der Polyurethanharnstofflösung) an Na- trium-bis-(2-ethylhexyl)sulfosuccinat.
Vergleichsbeispiel 1 (VI)
0,5 Gew.-% (bezogen auf den Feststoffgehalt der Polyurethanharnstoffiösung) an Na- triumacetat.
Vergleichsbeispiel 2 (V2)
Kein Zusatz von Additiv.
Die fertige Spinnlösung wird durch Spinndüsen in einer für einen Trockenspinn- prozess typischen Spinnapparatur zu Filamenten mit einem Titer von 11 dtex trocken versponnen, wobei jeweils vier Einzelfilamente zu koaleszierenden Filamentgamen zusammengefasst werden. Die Faserpräparation (Silicone Y 7769, Hersteller: Fa. OSI Specialties) wird über eine Präparationswalze aufgetragen, wobei 4 Gew.-% bezogen auf das Gewicht der Polyurethanharnstofffaser appliziert werden. Die Abzugsgeschwindigkeit der Fadenwickler beträgt 420 m/min. Die so erhaltenen Filamente wurden gemäß ihrer mechanischen und thermischen Eigenschaften untersucht und charakterisiert. Hierzu wurden vor allem die Feinheitsfestigkeit (FF) und Höchstzugkraftdehnung (HZKD) in Anlehnung an die DLN 53834 Teil 1 vermessen. Zu diesem Zweck wurden Zugversuche an den Elastan-Filament- garnen im klimatisierten Zustand durchgeführt. Der vorbereitete Prüfling wird dazu in einer Schlinge um den Haken des Messkopfes und um eine 10 mm Umschlin- gungsklemme mit einer Vorspannkraft von 0,001 cN/dtex gelegt. Die Einspannlänge beträgt insgesamt 200mm. Ein aus Alufolie bestehendes Fähnchen wird genau auf Höhe einer Lichtschranke eingehängt. Der Schlitten fährt mit einer Verformungsgeschwindigkeit von 400 %/min (800mm Abzug) bis zum Bmch des Fadens und nach der Messung wieder in seine Ausgangsstellung zurück. Pro Prüfling werden 20 Messungen durchgeführt. Des weiteren wurde durch Verwendung eines Thermomechani- cal-Analyzer (TMA) die Heat-Distortion-Temperature (HDT) ermittelt. Hierbei be- stimmt man das Längungsverhalten eines unter einer geringen Vorlast (0,2 mg/dtex) stehenden Elastomerfadens (100 mm) bei kontinuierlicher Steigemng der Temperatur (20°C/min). Oberhalb einer bestimmten Temperatur (HDT) findet eine Längung des Fadens ohne weiteren Temperaturanstieg statt. Zur Ermittlung der HDT werden an die entsprechenden Kurven 45° Tangenten angelegt. Je höher die resultierende HDT ist, umso stärker sind die korrespondierenden Wechselwirkungen der Hartsegmente.
Die Tabelle 1 zeigt die ermittelten Filamenteigenschaften.
Tabelle 1:
Tabellarischer Vergleich der Fadendaten:
Figure imgf000015_0001
FF: Feinheitsfestigkeit; HZKD: Höchstzugkraftdehnung; HDT: Heat-Distortion- Temperature
Wie die Beispiele zeigen, wird die feinheitsbezogene Festigkeit (FF) durch den Zu- satz des Dialkylsulfosuccinates deutlich verbessert. Die Höchstzugkraftdehnung
(HZKD) und die thermische Stabilität (HDT) bleiben auf hohem Niveau.
Durch Zusatz von Natriumacetat (VI) wird die Feinheitsfestigkeit deutlich weniger stark erhöht als durch Zusatz der Dialkylsulfosuccinate. Außerdem verschlechtert sich die thermische Stabilität (HDT) der Elastane, die mit bekannten Additiven versehen sind.
Beispiel 3
Die oben beschriebene Polyurethanzusammensetzung wird in Bezug auf den Feststoffgehalt der Polyurethanharnstofflösung mit 0,5 Gew.-% Natrium-bis-(2-ethyl- hexyl)sulfosuccinat (Aerosol OTS 100%, Fa. Cytec) versetzt. Die Einarbeitung von Natrium-bis-(2-ethylhexyl)sulfosuccinat in die Polyurethanharnstofflösung erfolgt, indem Natrium-bis-(2-ethylhexyl)sulfosuccinat als homogene 30 %ige Lösung in Di- methylacetamid (DMAc) in die Polyurethanharnstofflösung eingerührt wird. Die so erhaltene Spinnlösung wird durch Spinndüsen in einer für einen Trocken- spinnprozess typischen Spinnapparatur zu Filamenten mit einem Titer von 22 dtex nach dem Trockenspinnprozess versponnen, wobei jeweils zwei Einzelfilamente zu koaleszierenden Filamentgamen zusammengefasst werden. Die Faserpräparation auf
Basis von Silikonöl wird in einer Menge von 4 Gew.-% bezogen auf das Gewicht der Faser mit einer Präparationswalze aufgetragen. Die Aufwickelgeschwindigkeit der Faser beträgt 930 m/min.
Im Vergleichsbeispiel 3 (V3) wird die oben beschriebene Spinnlösung ohne Zusatz von Natrium-bis-(2-ethylhexyl)sulfosuccinat unter ansonsten gleichen Bedingungen versponnen.
Die mechanischen Daten der erhaltenen Filamente sind in Tabelle 3 zusammengefasst.
Tabelle 2
Vergleich der Fadendaten bei einer Aufwickelgeschwindigkeit von 930 m/min:
Figure imgf000016_0001
FF: feinheitsbezogene Feinheitsfestigkeit; HZKD: Höchstzugkraftdehnung.
Wie der Vergleich der Beispiele zeigt, wird auch bei einer hohen Aufwickelge- schwindigkeit von 930 m/min die feinheitsbezogene Festigkeit (FF) durch den Zusatz von Natrium-bis-(2-ethylhexyl)sulfosuccinat deutlich verbessert. Die Höchstzug- kraftdehnung (HZKD) wird durch den Zusatz von Natrium-bis-(2-ethylhexyl)- sulfosuccinat nicht beeinträchtigt und verbleibt gleichbleibend auf hohem Niveau.

Claims

Patentansprüche
1. Polyurethanhamstoffzusammensetzung mit verbesserten mechanischen Eigenschaften, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus
A) von 99,98 bis 65 Gew.-%, insbesondere von 99,95 bis 80 Gew.-%, insbesondere bevorzugt von 99,9 bis 85 Gew.-% Polyurethanharnstoffpolymer,
B) von 0,02 bis 15 Gew.-%, insbesondere von 0,05 bis 5 Gew.-%, insbesondere bevorzugt von 0,1 bis 3 Gew.-% Dialkylsulfosuccinat entsprechend der allgemeinen Formel (1)
R^OC — CH S03 ' M + (1),
R2OOC— CH2
wobei
Ri und R2 unabhängig voneinander gleich oder verschieden für eine Alkylgmppe mit 5 bis 10 Kohlenstoffatomen, bevorzugt für eine Alkylgmppe mit 8 Kohlenstoffatomen stehen, besonders bevorzugt gleich sind und für 2-Ethylhexyl-Reste: -CH2-CH(CH2-CH3)-CH2-CH2-CH2-CH3 stehen, und
M+ Li+, Na+, K+ oder NH + , bevorzugt Na+ ist,
und
C) von 0 bis 20 Gew.-%, insbesondere von 0 bis 15 Gew.-% Zusatzstoffe besteht. Polyurethanhamstoffzusammensetzung nach Anspmch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Dialkylsulfosuccinat B) eines der Formel (2):
Figure imgf000019_0001
(2)
eingesetzt wird, in der M+ für Li+, Na+, K+ oder NH + , bevorzugt für Na+ steht.
3. Polyurethanhamstoffzusammensetzung nach Anspmch 2, wobei das Dialkylsulfosuccinat das Natriumsalz des Sulfobernsteinsäure-bis-(2-ethylhexyl- esters) nach Formel (2) ist.
4. Polyurethanhamstofffasem mit erhöhter feinheitsbezogener Festigkeit aus Polyurethanhamstoffpolymeren, enthaltend wenigstens von 0,02 bis 15 Gew.-%, insbesondere von 0,05 bis 5 Gew.-%, insbesondere bevorzugt von 0,1 bis 3 Gew.-% Dialkylsulfosuccinat entsprechend der allgemeinen Formel (1)
R,OOC — CH SO," M + (1),
R2OOC— CH2
woπn Rj und R2 unabhängig voneinander gleich oder verschieden für eine Alkylgmppe mit 5 bis 10 Kohlenstoffatomen, bevorzugt für eine Alkylgmppe mit 8 Kohlenstoffatomen stehen besonders bevorzugt gleich sind und für 2-Ethylhexyl-Reste: -CH2-CH(CH2-CH3)-CH2-CH2-CH2-CH3 stehen, und
M+ Li+, Na+, K+ oder NFL* , bevorzugt Na+ ist,
wobei das Dialkylsulfosuccinat in der Faser fein dispergiert oder gelöst ist.
5. Polyurethanhamstofffasem nach Anspmch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Dialkylsulfosuccinat B) eines der Formel (2):
Figure imgf000020_0001
(2)
eingesetzt wird, in der M+ für Li+, Na+, K+ oder NH + , bevorzugt für Na+ steht.
6. Polyurethanhamstofffasem nach Anspmch 5, wobei das Dialkylsulfosuccinat das Natriumsalz des Sulfobemsteinsäure-bis-(2-ethylhexylesters) nach Formel (2) ist.
7. Verwendung von Dialkylsulfosuccinaten entsprechend der allgemeinen Formel (1) R,OOC — CH SO,- M "
(1),
R2OOC— CH2
in der
Ri und R2 unabhängig voneinander gleich oder verschieden für eine Alkylgmppe mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, bevorzugt für eine Alkylgmppe mit 4 bis 18 Kohlenstoffatomen, besonders bevorzugt für eine Alkylgmppe mit 5 bis 10 Kohlenstoffatomen und ganz besonders bevorzugt für eine Alkylgmppe mit 8 Kohlenstoffatomen stehen und
M+ Li+, Na+, K+ oder NH A, ist,
zur Erhöhung der (feinheitsbezogenen) Festigkeit von Polyurethanhamstofffasem aus Polyurethanhamstoffpolymeren, wobei das Dialkylsulfosuccinat in einer Menge von 0,02 bis 15 Gew.-%, insbesondere von 0,05 bis 5 Gew.-%, insbesondere bevorzugt von 0,1 bis 3 Gew.-%, in der Faser fein dispergiert oder gelöst ist.
8. Verwendung nach Anspmch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Dialkylsulfosuccinat B) eines der Formel (2):
Figure imgf000021_0001
(2) eingesetzt wird, in der M+ für Li+, Na+, K+ oder NH4 + , bevorzugt für Na+ steht.
9. Verwendung nach Anspmch 8, wobei das Dialkylsulfosuccinat das Natrium- salz des Sulfobemsteinsäure-bis-(2-ethylhexylesters) nach Formel (2) ist.
10. Verfahren zur Herstellung von verbesserten Polyurethanhamstofffasem nach dem Trockenspinn- oder Nassspinnverfahren, bevorzugt nach dem Trockenspinnverfahren, durch Herstellen der Spinnlösung, Verspinnen der Spinnlö- sung mit einer Spinndüse, Fadenbildung unterhalb der Spinndüse durch Entfernen des Spinnlösungsmittels durch Trocknen oder in einem Fällbad, Präparieren und Aufwickeln der Fäden, dadurch gekennzeichnet, dass der Polyurethanharnstofflösung vor dem Verspinnen der Lösung zur Polyurethanharn- stofffaser
von 0,02 bis 15 Gew.-%, insbesondere von 0,05 bis 5 Gew.-%, insbesondere bevorzugt von 0,1 bis 3 Gew.-% Dialkylsulfosuccinat entsprechend der allgemeinen Formel (1)
R,OOC — CH SO," M M + (1),
R2OOC- -CH,
zugemischt und gelöst wird,
woπn
Ri und R2 unabhängig voneinander gleich oder verschieden für eine Alkylgmppe mit 5 bis 10 Kohlenstoffatomen, bevorzugt für eine Alkylgmppe mit 8 Kohlenstoffatomen stehen, besonders bevorzugt gleich sind und für 2-Ethylhexyl-Reste: -CH2-CH(CH2-CH3)-CH2-CH2-CH2-CH3 stehen, und M+ Li+, Na+, K+ oder NH4 + , bevorzugt Na+ ist.
11. Verfahren zur Herstellung von Polyurethanhamstofffasem nach Anspmch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Dialkylsulfosuccinat eines der Formel (2):
Figure imgf000023_0001
(2)
eingesetzt wird, in der M+ für Li+, Na+, K+ oder NH4 + , bevorzugt für Na+ steht.
12. Verfahren nach Anspmch 11 , wobei das Dialkylsulfosuccinat das Natriumsalz des Sulföbernsteinsäure-bis-(2-ethylhexylesters) nach Formel (2) ist.
13. Verwendung der Polyurethanhamstofffasem nach einem der Ansprüche 4 bis 6 zur Herstellung von elastischen Geweben, Gestricken, Gewirken u.a. textilen Waren.
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