WO2009027021A2 - Polymerblend für synthethische filamente und verfahren zur herstellung von synthetischen filamenten - Google Patents

Polymerblend für synthethische filamente und verfahren zur herstellung von synthetischen filamenten Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Herstellung von Spinnvliesen aus Kunststoff-Endlosfilamenten aus thermoplastischem Kunststoff, wobei die Endlosfilamente aus einem Kunststoff-Blend hergestellt werden, welches Kunststoff-Blend ein erstes Polypropylen mit einem Schmelzflussindex (MFI) von 20 bis 70 g/10 Min. und ein zweites Polypropylen mit einem Schmelzflussindes (MFI) von 300 bis 3000 g/10 Min. enthält. Die Endlosfilamente werden aus einer Spinndüse extrudiert und anschließend in einer Kühlkammer durch Zuführung von Kühlluft gekühlt. Daraufhin werden Sie in einer Verstreckeinheit aerodynamisch verstreckt. In das Aggregat aus Kühlkammer und Verstreckeinheit wird außer der Zuführung der Kühlluft keine weitere Luft von außen zugeführt. Die Verstreckbedingungen bei der aerodynamischen Verstreckung werden mit der Maßgabe eingestellt, dass Endlosfilamente mit einem Titer kleiner 0,8 den erhalten werden. Die Endlosfilamente werden nach der aerodynamischen Verstreckung auf eine Ablage zu einem Spinnvlies abgelegt.

Description

Verfahren zur Herstellung von Spinnvliesen aus Kunststoff-Endlosfilamenten
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Spinnvliesen aus Kunststoff-Endlosfilamenten, insbesondere aus thermoplastischem Kunststoff, wobei die Endlosfilamente aus einem Kunststoff-Blend hergestellt werden. Kunststoff-Blend meint im Rahmen der Erfindung eine Kunststoffmischung bzw. Kunststofflegierung aus zumindest zwei Kunststoffen mit unterschiedlichen Eigenschaften und insbesondere eine homogene Mischung aus diesen Kunststoffen.
Verfahren zur Herstellung von Kunststoff-Endlosfilamenten sind aus der Praxis in verschiedenen Ausführungsvarianten bekannt. Die Endlosfilamente werden zunächst extrudiert, anschließend abgekühlt, darauf hin verstreckt und vorzugsweise auf einer Ablage zu einem Spinnvlies abgelegt. Die Verstreckung erfolgt zweckmäßigerweise pneumatisch. Es ist insbesondere bekannt auf diese Weise Endlosfilamente aus Polypropylen herzustellen. Ein Problem liegt darin, dass beim Spinnen bzw. beim Extrudieren und bei der pneumatischen Verstreckung der Filamente die Filamentgeschwindigkeit nicht beliebig gesteigert werden kann. Nach einem anfänglichen Anstieg der Filamentgeschwindigkeit über die Steuerung der Temperatur und der Verstreckbedingungen erreicht die Filamentgeschwindigkeit in der Regel eine Grenze, die es normalerweise nicht ermöglicht Polypropylen-Filamente mit einem Filamentdurchmesser kleiner bzw. deutlich kleiner als 1 ,0 den zu erzeugen. Das gilt insbesondere auch für das bekannte Reicofil-Verfahren bzw. Reicofil IV-Verfahren zur Herstellung von Polypropylen-Filamenten. Dabei ist es wesentlich, dass die Filamente produktionssicher verstreckt werden. Produktionssichere Ver- Streckung meint hier eine Verstreckung, die keine oder nur geringfügige Spinnstörungen zur Folge hat. Demgegenüber liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde ein Verfahren anzugeben, mit denen Polypropylen-Endlosfilamente mit möglichst geringen Filamentdurchmessern erzeugt werden können.
Zur Lösung dieses technischen Problems lehrt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Spinnvliesen aus Kunststoff-Endlosfilamenten aus thermoplastischem Kunststoff,
wobei die Endlosfilamente aus einem Kunststoff-Blend hergestellt werden, welches Kunststoff-Blend ein erstes Polypropylen mit einem Schmelzflussindex (MFi) von 20 bis 70 g/10 Min. und ein zweites Polypropylen mit einem Schmelzflussindes (MFI) von 300 bis 3000 g/10 Min. enthält,
wobei die Endlosfilamente aus einer Spinndüse extrudiert werden, wobei die Endlosfilamente anschließend in einer Kühlkammer durch Zuführung von Kühlluft gekühlt werden und daraufhin in einer Verstreckeinheit aerodynamisch verstreckt werden und wobei in das Aggregat aus Kühlkammer und Verstreckeinheit außer der Zuführung der Kühlluft keine weitere Luft von außen zugeführt wird,
wobei die Verstreckbedingungen bei der aerodynamischen Verstreckung mit der Maßgabe eingestellt werden, dass Endlosfilamente mit einem Titer kleiner 0,8 den erhalten werden und
wobei die Endlosfilamente nach der aerodynamischen Verstreckung auf eine Ablage zu einem Spinnvlies abgelegt werden. - Der Schmelzflussindex (MFI) wird im Rahmen der Erfindung nach EN ISO 1133 bei einer Prüftemperatur von 230° C und bei einer Nennmasse von 2,16 kg gemessen.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass das Kunststoff-Blend lediglich die beiden Polypropylene (erstes und zweites Polypropylen) als Kunststoffbestandteile aufweist. Es liegt fernerhin im Rahmen der Erfindung, dass das Kunststoff-Blend neben den zumindest zwei Polypropylenen übliche Kunststoffzusätze enthält. Die Erfindung umfasst auch eine Ausführungsform, bei der neben den beiden Polypropylenen zumindest ein weiteres Polymer in dem Kunststoff-Blend enthalten ist. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffanteil des ersten und des zweiten Polypropylens in dem Kunststoff-Blend insgesamt mehr als 90 Gew.-%, vorzugsweise mehr als 95 Gew.-% und bevorzugt mehr als 98 Gew.-% beträgt.
Nach sehr empfohlener Ausführungsform der Erfindung weist das erste PoIy- propyien einen Schmeizflussindex von 25 bis 65 g/10 Min., zweckmäßigerweise von 30 bis 65 g/10 Min. und vorzugsweise von 35 bis 60 g/10 Min. auf. Es empfiehlt sich weiterhin, dass das zweite Polypropylen einen Schmelzflussindex von 300 bis 1.600 g/10 Min. zweckmäßigerweise von 350 bis 1.550 g/10 Min. und vorzugsweise von 400 bis 1.500 g/10 Min. aufweist. Erfindungsgemäß ist dabei der Schmelzflussindex des ersten Polypropylens kleiner als der Schmeizflussindex des zweiten Polypropylens.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass zumindest das zweite Polypropylen mit Hilfe eines Ziegler-Natta-Katalysators und/oder mit Hilfe eines Metallocen-Kata- lysators hergestellt ist. Das zweite Polypropylen und/oder das erste Polypropylen kann als Homopolymer oder Copolymer synthetisiert werden. Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird ein mit zumindest einem Ziegler-Natta-Katalysator und/oder mit zumindest einem Metallocen-Katalysator hergestelltes Polypropylen mit zumindest einem Peroxid zwecks Erzeugung des zweiten Polypropylens gemischt bzw. zur Einstellung des Schmelzflussindex des zweiten Polypropylens gemischt. Die Einstellung des Schmelzflussindex des zweiten Polypropylens erfolgt dabei durch Kettenabbau mit Hilfe des zumindest einen Peroxids. Auf diese Weise können insbesondere Schmelz- flussindizes größer als 400 g/10 Min. hergestellt werden. Die Erzeugung des zweiten Polypropylens aus dem genannten Polypropylen und dem zumindest einen Peroxid erfolgt zweckmäßigerweise in einem Extruder. Gemäß einer empfohlenen Ausführungsform der Erfindung ist das zweite Polypropylen (mit dem höheren Schmelzflussindex) zu 0,1 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise zu 0,5 bis 20 Gew.-%, zweckmäßigerweise zu 0,5 bis 15 Gew.-% und bevorzugt zu 1 bis 10 Gew.-% in dem Kunststoff-Blend enthalten. Es liegt dabei im Rahmen der Erfindung, dass der Rest des Kunststoff-Blends aus dem ersten Polypropylen und ggf. Kunststoffzusätzen besteht.
Das erfindungsgemäße Kunststoff-Blend kann sowohl für Monokomponenten- filamente als auch für Bikomponentenfilamente bzw. Multikomponentenfila- rnente eingesetzt werden. Gemäß einer Äusführungsform der Erfindung ist das erfindungsgemäße Kunststoff-Blend dabei in der ersten Komponente enthalten und die zweite Komponente bzw. die weiteren Komponenten bestehen aus einem anderem Kunststoff bzw. Polymer. Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist in der ersten Komponente ein erfindungsgemäßes Kunststoff-Blend enthalten und in der zweiten Komponente bzw. in den weiteren Komponenten ist ebenfalls jeweils ein erfindungsgemäßes Kunststoff-Blend enthalten, das sich jedoch von dem Kunststoff-Blend der ersten Komponente unterscheidet.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsvariante betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung und Verarbeitung von Kunststoff-Filamenten aus einem Kunststoff-Blend, wobei ein erstes Polypropylen mit einem Schmelzflussindex (MFI) von 35 bis 70 g/10 Min. mit einem zweiten Polypropylen mit einem Schmelzflussindex von 300 bis 3.000 g/10 Min. zu dem Kunststoff-Blend gemischt wird und wobei aus diesem Kunststoff-Blend die Kunststoff-Filamente extrudiert werden. Nach einer Ausführungsform weist das erste Polypropylen einen Schmelzflussindex von 40 bis 70 g/10 Min., vorzugsweise von 40 bis 60 g/10 Min. auf. Vorzugsweise weist das zweite Polypropylen einen Schmelz- flussindex von 300 bis 1.600 g/10 Min., vorzugsweise von 400 bis 1.500 g/10 Min. auf. Eine sehr bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass Kunststoff-Filamente mit einem Titer von kleiner oder gleich 0,7 den hergestellt werden. Es liegt dabei im Rahmen der Erfindung, dass insbesondere die Verstreckbedingungen entsprechend eingestellt werden. Der Erfindung liegt insoweit die Erkenntnis zugrunde, dass die Ver- streckung der aus einem erfindungsgemäßen Kunststoff-Blend hergestellten Kunststoff-Filamente problemlos so durchgeführt werden kann, dass Filamente mit den vorgenannten Filamentdurchmessern bzw. Titern erzeugt werden können. Diese Titerwerte beziehen sich im Übrigen auf die auf einer Ablage abgelegten Filamente bzw. auf die zur Spinnvliesbahn abgelegten Filamente.
Erfindungsgemäß werden die Kunststoff-Filamente nach ihrer Extrusion aus einer Spinndüse abgekühlt und anschließend aerodynamisch verstreckt. Die Kunststoff-Filamente werden nach der Verstreckung auf einer Ablage abgelegt bzw. zu einem Spinnvlies auf einer Ablage abgelegt. Bei der Ablage handelt es sich empfohlenermaßen um ein kontinuierlich umlaufendes Ablegesiebband. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zwischen einer Verstreckeinheit zur Verstreckung der Kunststoff-Filamente und der Ablage zumindest ein Diffusor zwischengeschaltet, durch den die Kunststoff-Filamente geführt werden.
Die erfindungsgemäß erzeugten Kunststoff-Filamente bestehen nach einer sehr bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zu mehr als 90 Gew.-%, vorzugsweise zu mehr als 95 Gew.-%, bevorzugt zu mehr als 98 Gew.-% und sehr bevorzugt mindestens zu 99 Gew.-% aus dem erfindungsgemäßen Kunststoff- Blend.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass mit einem erfindungsgemäßen Kunststoff-Blend bzw. mit Kunststoff-Filamenten aus einem erfin- dungsgemäßen Kunststoff-Blend die Filamentgeschwindigkeit nach dem Austreten aus der Spinndüse und die Spinnstabilität gegenüber den aus der Praxis bekannten Maßnahmen beachtlich gesteigert werden kann. Auf diese Weise können Filamente hoher Qualität mit Filamentdurchmessern von weniger als 0,8 den erreicht werden. Hervorzuheben ist dabei, dass die geringen Filament- durchmesser bzw. Titer durch relativ einfache und wenig aufwendige Maßnahmen erzielt werden können. Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit ver- hältnismäßig geringen Kosten durchgeführt werden und nichtsdestoweniger werden beachtliche Vorteile insbesondere im Hinblick auf die Filamentge- schwindigkeit und die Filamentdurchmesser erreicht.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Vertikal- schniii durch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die in der Figur dargestellte Vorrichtung dient zur Herstellung von Spinnvliesen aus Kunststoff-Filamenten, die aus dem erfindungsgemäßen Kunststoff-Blend bzw. im Wesentlichen aus dem erfindungsgemäßen Kunststoff-Blend bestehen. Im Ausführungsbeispiel mag es sich um Monokomponentenfilamente handeln, die vollständig aus dem erfindungsgemäßen Kunststoff-Blend bestehen. Die Vorrichtung weist eine Spinnerette 1 zur Erzeugung bzw. zum Spinnen der Kunststoff-Filamente auf. Der Spinnerette 1 ist eine Kühlkammer 2 nachgeschaltet, in der die Kunststoff-Filamente mit zugeführter Prozessluft gekühlt werden. Die Kühlkammer 2 ist nach bevorzugter Ausführungsform und im Ausführungsbeispiel in zwei Kühlkammerabschnitte 3, 4 unterteilt, in denen die Kunststoff-Filamente jeweils mit Prozessluft unterschiedlicher Temperatur gekühlt werden. Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Prozessluft mit der die Kunststoff-Filamente in dem ersten oberen Kühlkammerabschnitt 3 beaufschlagt werden, höher ist als die Temperatur der Prozessluft mit der die Kunststoff-Filamente in dem zweiten unteren Kühlkammerabschnitt 4 beaufschlagt werden.
Im Anschluss an die Kühlkammer 2 ist eine Verstreckeinheit 5 vorgesehen, in der die Kunststoff-Filamente aus dem erfindungsgemäßen Kunststoff-Blend aerodynamisch verstreckt werden. Die Kühlkammer 2 ist im Ausführungsbeispiel über einen Zwischenkanal 6 mit der Verstreckeinheit 5 verbunden. Die Verstreckeinheit 5 weist im Übrigen einen Unterziehkanal 11 auf. Der Anschlussbereich zwischen Kühlkammer 2 und Verstreckeinheit 5 ist geschlossen ausgebildet. In diesem Übergangsbereich und insbesondere im Bereich des Zwischenkanals 6 wird keine Luft von außen in den Strömungsweg der Kunststoff-Filamente eingeführt. Gemäß einer empfohlenen Ausführungsform verläuft der Zwischenkanal 6 von der Kühlkammer 2 zur Verstreckeinheit 5 hin konvergierend. Bei dieser empfohlenen Ausführungsform verjüngt sich der Zwischenkanal 6 also von der Kühlkammer 2 zur Verstreckeinheit 5.
Vorzugsweise und im Ausführungsbeispiel schließt an die Verstreckeinheit 5 eine Verlegeeinheit 7 an, die nach bevorzugter Ausführungsform zumindest einen Diffusor 8, 9 aufweist. Zweckmäßigerweise und im Ausführungsbeispiel besteht die Verlegeeinheit 11 aus einem ersten Diffusor 8 und einem zweiten Diffusor 9. Vorzugsweise und im Ausführungsbeispiel ist zwischen dem ersten Diffusor 8 und dem zweiten Diffusor 9 ein Umgebungslufteintrittsspalt 12 vorgesehen. Jeder Diffusor 8, 9 weist im Ausführungsbeispiel ein oberes konvergierendes Teil sowie ein unteres divergierendes Teil auf. Dementsprechend hat jeder Diffusor 8, 9 eine engste Stelle zwischen dem oberen konvergierenden Teil und dem unteren divergierenden Teil. Vorzugsweise sind die Diffusorwände zumindest im divergierenden Teil des ersten Diffusors 8 und/oder des zweiten Diffusors 9 verstellbar, so dass der Öffnungswinkel des jeweiligen divergierenden Teils einstellbar ist.
Unterhalb der Verlegeeinheit 7 werden die Kunststoff-Filamente auf einer als Ablegesiebband 10 ausgebildeten Ablage zum Spinnvlies bzw. zur Spinnvlies- bahn abgelegt. Unter dem Ablegesiebband 10 ist vorzugsweise zumindest eine in der Figur nicht näher dargestellte Saugeinrichtung vorgesehen. Mit dieser Saugeinrichtung wird während des Ablegens des Kunststoff-Filamente Luft durch das Ablegesiebband 10 gesaugt. Mit der in der Figur dargestellten Vorrichtung wird nach dem Reicofil IV-Ver- fahren gearbeitet. Das Reicofil IV-Verfahren wird in EP 1 340 843 A1 beschrieben. Das erfindungsgemäße Kunststoff-Blend ist für das Reicofil IV-Verfahren besonders geeignet und nach diesem Verfahren können auf sehr einfache und problemlose Weise Kunststoff-Filamente mit sehr geringen Filamentdurch- messern kleiner als 0,8 den erzeugt werden. Besondere Bedeutung kommt in diesem Zusammenhang auch dem erfindungsgemäßen Merkmal zu, dass im Bereich der Kühlkammer 2 und des Zwischenkanals 6 sowie insbesondere im Übergangsbereich zwischen Kühlkammer 2 und Zwischenkanal 6 keine Luftzufuhr von außen vorgesehen ist, abgesehen von der Zufuhr der Prozess- iuft bzw. Kuhiiuft zur Kühlung der Kunststoff-Filamente in der Kühlkammer 2. Man spricht hier von einem so genannten geschlossenen System. Erfindungsgemäß findet im gesamten Aggregat aus Kühlkammer 2 und Verstreckeinheit 5 abgesehen von der genannten Zuführung der Prozessluft bzw. Kühlluft keine weitere Luftzufuhr von außen statt.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von Spinnvliesen aus Kunststoff-Endlosfilamenten aus thermoplastischem Kunststoff,
wobei die Endlosfilamente aus einem Kunststoff-Blend hergestellt werden, welches Kunststoff-Blend ein erstes Polypropylen mit einem Schmelzflussindex (MFI) von 20 bis 70 g/10 Min. und ein zweites Polypropylen mit einem Schmelzflussindex (MFI) von 300 bis 3.000 g/10 Min. enthält,
wobei die Endiosfiiamente aus einer Spinndüse extrudiert werden, wobei die Endlosfilamente anschließend in einer Kühlkammer durch Zuführung von Kühlluft gekühlt werden und darauf hin in einer Verstreckeinheit aerodynamisch verstreckt werden und wobei in das Aggregat aus Kühlkammer und Verstreck- einheit außer der Zuführung der Kühlluft keine weitere Luft von außen zugeführt wird,
wobei die Verstreckbedingungen bei der aerodynamischen Verstreckung mit der Maßgabe eingestellt werden, dass Endlosfilamente mit einem Titer kleiner 0,8 den erhalten werden und
wobei die Endlosfilamente nach der aerodynamischen Verstreckung auf eine Ablage zu einem Spinnvlies abgelegt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der Kunststoffanteil des ersten und des zweiten Polypropylens in dem Kunststoff-Blend mehr als 90 Gew.-%, vorzugsweise mehr als 95 Gew.-% beträgt.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das erste Polypropylen einen Schmelzflussindex von 30 bis 70 g/10 Min., vorzugsweise von 35 bis 60 g/10 Min. aufweist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das zweite Polypropylen einen Schmelzflussindex von 300 bis 1.600 g/10 Min., vorzugsweise von 400 bis 1.500 g/10 Min. aufweist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das zweite Polypropylen mittels zumindest eines Ziegler-Natta-Katalysators und/oder mittels zumindest eines Metallocen-Katalysators hergestellt ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das zweite Polypropylen zu 0,1 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise zu 0,5 bis 20 Gew.-% und bevorzugt zu 1 bis 10 GeW- S7O in dem Kunststoff-Biend enthalten ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Kunststoff-Filamente mit einem Titer von kleiner oder gleich 0,7 den hergestellt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Kunststoff-Filamente nach ihrer Extrusion in eine Kühlkammer (2) eingeführt werden, die in zumindest zwei Kühlkammerabschnitte (3, 4) unterteilt ist, in denen die Kunststoff-Filamente jeweils mit Prozessluft mit unterschiedlichem konvektiven Wärmeabfuhrvermögen in Kontakt kommen.
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