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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft Binderfasern aus Copolyestern. Spezieller betrifft
die Erfindung Binderfasern, die einen Copolyester umfassen, der
aus 1,4-Cyclohexandimethanol,
Ethylenglycol und Terephthalsäure,
Naphthalindicarbonsäure,
1,4-Cyclohexandicarbonsäure
und deren Estern oder Anhydriden gebildet ist. Derartige Copolyester
können
zu einer Vielfalt von Produkten, insbesondere Binderfasern für Vliesstoffe,
geformt werden.
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Hintergrund
der Erfindung
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Vliesstoffe
werden in großem
Umfang in einer Vielfalt von Produkten verwendet. Zum Beispiel sind Vliestoffe
zur Verwendung in Filtern, Dachbedeckungsmaterialien, Verbundstoffen,
Kaschierungsmaterialien, Auskleidungen, Isolierung, medizinisch/chirurgischen
Anwendungen, Bettzeug, Tischtüchern
und Windeln geeignet. Wattierte Vliesstoffe mit hoher Bauschigkeit
werden in einer Vielfalt von Produkten verwendet, einschließlich Deckbetten,
Morgenmänteln
und Büstenhalterschalen.
Allgemein basieren Vliestoffe auf Polyester-, Acryl-, Nylon-, Glas-
und Cellulosefasern, die mit Latexklebstoffen, Binderfasern oder
Polymeren in Pulverform gebunden sein können. Das Binden von Vliestoffen
mit Binderfasern liefert ein zweckmäßiges Verfahren zur Herstellung
von Vliesstoffen ohne das Erfordernis für Klebstoffe auf Wasser-Basis,
die weniger umweltfreundlich sind. Vliesstoffe, die mit Binderfasern
gebunden sind, sind wirtschaftlich herzustellen und liefern ein Verfahren
zur Herstellung von Gegenständen,
die in ihrem Verhalten einzigartig oder überlegen sind.
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Es
wurde gefunden, dass gewisse Copolyester als Binderfasern nützlich sind.
Zum Beispiel sind 1,4-Cyclohexandimethanol enthaltende Polyethylenterephthalat
(PET)-Copolyester mit inneren Viskositäts (I.V.)-Werten im Bereich
von etwa 0,6 bis etwa 0,8 in der Vergangenheit als Binderfasern
zum Binden von Polyester- oder
anderen Fasern verwendet worden. Zum Beispiel offenbart die DE-A-197 15 682, die zwischen dem
Prioritätsdatum
und dem Anmeldedatum der vorliegenden Erfindung veröffentlicht
wurde, Polyester von Terephthalsäure
oder deren Estern mit Ethylenglycol und 1,4-Cyclohexandimethanol
mit einer I.V. von 0,68 bis 0,95 dl/g. Es wurde jedoch angenommen,
dass Copolyester mit niedrigeren I.V.-Werten keine ausreichende Bindefestigkeit
aufweisen.
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Es
ist wohlbekannt, dass Copolyester durch Verfahren hergestellt werden
können,
an denen eine Polyveresterung und eine Polykondensation beteiligt
sind. Wie in den US-Patenten 2,901,466, 5,017,680, 5,106,944 und
5,668,243 beschrieben, schließen
die Reaktanten allgemein eine Glycol-Komponente und eine Dicarbonsäure-Komponente
ein. Typisch handelt es sich bei einer Dicarbonsäure-Komponente um Terephthalsäure und
ist ein zweiwertiger Alkohol Ethylenglycol. Derartige Copolyester
sind relativ inerte, hydrophobe Materialien, die für eine große Vielfalt
von Verwendungen geeignet sind, einschließlich Formkörpern, wie derjenigen, die
in der Automobil- und Haushaltsgeräte-Industrie verwendet werden,
Nahrungsmittelschalen, Fasern, dickeren Folienmaterials, dünner Folien
und Behältern,
wie Flaschen. Die Verwendung von Ethylenglycol als einzigem Diol
ist jedoch von unerwünschten
Eigenschaften begleitet, wie einer gelben Verfärbung und schwachen Faserbindeeigenschaften.
In der Tat neigen derartige Polymere dazu, opake, kristalline Polymere
mit hohen Schmelztemperaturen zu sein, was sie zur Verwendung als
Binderfasern ungeeignet macht. Um den Problemen mit Polyethylenterephthalaten
abzuhelfen, sind Polyethylenterephthalat-Copolyester mit 1,4-Cyclohexandimethanol
gebildet worden.
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Das
US-Patent 4,450,250 offenbart Polyester-Klebstoffe, die einen Polyester
und einen Weichmacher umfassen, der ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend
aus Phthalatestern und Phosphatestern. Die weichgemachten Polyester
weisen verringerte Schmelzviskositäten, Schmelzpunkte, Glasübergangstemperaturen und
verbesserte Verarbeitungseigenschaften auf.
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Die
EP-A-0 532 988 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von statistischen
Copolyestern mit einer geringen Menge an Comonomer und einer I.V.
von 0,7 bis 2,0 dl/g durch Mischen von Polyethylenterephthalat mit
einer I.V. von 0,5 bis 0,8 dl/g mit Copolyester mit einer I.V. von
0,1 bis 0,6 dl/g.
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Die
Herstellung von Copolyestern mit Ethylenglycol, 1,4-Cyclohexandimethanol
und Terephthalsäure wird
typisch in Anwesenheit eines Katalysator-Materials durchgeführt. Die
Wahl der Materialien dafür
haben sich allgemein auf eine Vielfalt von Kombinationen von Materialien
konzentriert, einschließlich
Katalysatoren, die von Antimon, Cadmium, Calcium, Gallium, Germanium,
Lithium, Magnesium, Mangan, Titan und Zink abgeleitet sind. Ein
beispielhaftes Katalysatorsystem für die Herstellung von Polyethylenterephthalat
ist im U.S. Patent 3,907,754 beschrieben.
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Ein
Forschungsbericht ("Improved
Color Poly(ethylene/1,4-cyclohexylenedimethylene terephthalate)", Research Disclosure,
Denneth Mason Publications, Mapshire, GB, 10. März 1994, Band 359, S. 142 bis
144) offenbart ein Katalysatorsystem, das Titan, Mangan und Cobalt
enthält
und die Produktion von Copolyestern mit im Wesentlichen neutralen
Farbtönen
ermöglicht.
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Weiter
haben frühere
Versuche bei der Bildung von Copolyestern mit 1,4-Cyclohexandimethanol
sich auf Copolyester mit hohen inneren Viskositäten, I.V., von mehr als 0,6
konzentriert, was auf dem Glauben beruhte, dass niedrige innere
Viskositäten
keine ausreichende Festigkeit besitzten würden. Insbesondere wurde geglaubt,
dass Copolyester mit niedriger innerer Viskosität nicht für eine ausreichende Bindefestigkeit
sorgen können,
um kommerziell annehmbare Binderfasern zu bilden. In der Tat wurden
frühere
Polyethylenterephthalat-Copolyester,
die 1,4-Cyclohexandimethanol enthalten, mit inneren Viskositäten im Bereich
von 0,6 bis 0,8 hergestellt, um Binderfasern zum Binden von Polyestern
oder anderen Fasern zu bilden. Jedoch waren derartige Versuche nicht
vollständig
erfolgreich, Copolyester mit der gewünschten hohen Klarheit und
dem gewünschten
Farbton oder der gewünschten
Bindefähigkeit
bei niedrigen Aktivierungstemperaturen bereitzustellen, wenn sie
in Form einer Binderfaser vorlagen. So gibt es einen Bedarf in der
Technik an Binderfasern, die einen Copolyester mit einer inneren
Viskosität
von weniger als 0,6 umfassen, während
sie verbesserte Klarheit, Farbe und Binderfaser-Bindefestigkeit
bei niedrigen Aktivierungstemperaturen besitzen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
Erfindung überwindet
die Probleme, die mit früheren
Binderfasern verbunden waren, indem sie Binderfasern bereitstellt,
die einen Copolyester mit ausgezeichneter Farbe, thermoplastischem
Fluss und verbesserter Bindevielseitigkeit umfassen. Die Binderfasern
der Erfindung sind zur Herstellung von Vliesstoffen aus Textil-
und Industriegarnen geeignet.
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Spezieller
stellt die Erfindung Binderfasern bereit, die einen Copolyester
umfassen, der mit einer Glycol-Komponente und einer Dicarbonsäure-Komponente
hergestellt wird. Die Glycol-Komponente enthält allgemein 1,4-Cyclohexandimethanol
in einer Menge im Bereich von 10 bis 60 Mol-% und Ethylenglycol
in einer Menge im Bereich von 40 bis 90 Mol-%. Mindestens 90 Mol-%
der Dicarbonsäure-Komponente sind ausgewählt aus
der Gruppe bestehend aus Säuren,
Estern oder Anhydriden von Terephthalsäure, Naphthalindicarbonsäure, 1,4-Cyclohexandicarbonsäure und
deren Mischungen. Der Copolyester der Erfindung wird so gebildet,
dass die resultierenden Copolyester eine innere Viskosität von 0,36
bis 0,58, gemessen bei 25 °C
unter Verwendung von 0,5 g Polymer pro 100 ml eines Lösungsmittels,
das aus 60 Gew.-% Phenol und 40 Gew.-% Tetrachlorethan besteht (ASTM
D-2857-70), und einen ausgezeichneten thermoplastischen Fluss und
eine ausgezeichnete Bindefähigkeit
aufweisen. In der Tat sind die Copolyester besonders zur Verwendung
als Binderfasern geeignet, da die Copolyester eine niedrigere I.V.
besitzen, was eine verbesserte Bindung der Binderfaser bei Vliesstoffen
bei relativ niedrigen Temperaturen ermöglicht. Die Erfindung wird
nachstehend in mehr Einzelheiten erörtert.
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Detaillierte
Beschreibung
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Die
Erfindung betrifft Binderfasern, die aus Copolyestern hergestellt
sind. Die Copolyester können Farbstoffe
leichter als Copolyester mit hoher I.V. annehmen. In der Tat wird
durch die Verwendung einer niedrigeren I.V. ein Copolyester-Polymer gebildet,
das klar und nicht opak ist und leicht zu Binderfasern mit ausgezeichneten
Bindeeigenschaften verarbeitet werden kann. Weiter wird die Verarbeitung
der Copolyestern zu Binderfasern durch die niedrigen Schmelzspinntemperaturen
der Copolyester mit niedrigerer I.V. der Erfindung unterstützt.
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Die
Copolyester werden aus der Reaktion einer Glycol-Komponente und
einer Dicarbonsäure-Komponente
gebildet. Die Glycol-Komponente umfasst im Allgemeinen 1,4-Cyclohexandimethanol
in einer Menge im Bereich von 10 bis 60 Mol-% und Ethylenglycol
in einer Menge im Bereich von 40 bis 90 Mol-%. Die Dicarbonsäure-Komponente
enthält
mindestens 90 Mol-% einer Säure,
eines Esters oder eines Anhydrids von Terephthalsäure, Naphthalindicarbonsäure, 1,4-Cyclohexandicarbonsäure und
deren Mischungen. Die Copolyester besitzen eine I.V. zwischen 0,36
bis 0,58. Diese und andere Merkmale werden nachstehend in mehr Einzelheit erörtert.
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Glycol-Komponente
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Wie
oben erwähnt,
umfasst die Glycol-Komponente im Allgemeinen 1,4-Cyclohexandimethanol in einer Menge
im Bereich von 10 bis 60 Mol-% und Ethylenglycol in einer Menge
im Bereich von 40 bis 90 Mol-%. Vorzugsweise liegt das 1,4-Cyclohexandimethanol
in einer Menge im Bereich von 20 bis 40 Mol-%, bevorzugter von 25
bis 35 Mol-% vor. Bei dem 1,4-Cyclohexandimethanol kann es sich
um ein cis-, trans- oder eine cis/trans-Mischung von Isomeren handeln.
Das Ethylenglycol liegt vorzugsweise in einer Menge im Bereich von
60 bis 80 Mol-% und bevorzugter 65 bis 75 Mol-% vor.
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Zusätzlich zu
dem 1,4-Cyclohexandimethanol und Ethylenglycol kann die Glycol-Komponente bis zu 20
Mol-% und bevorzugt 4 Mol-% Diethylenglycol und auch bis zu 10 Mol-%
an herkömmlichen
Glycolen einschließen,
einschließlich,
ohne jedoch darauf beschränkt
zu sein, Glycolen, die 3 bis 12 Kohlenstoffatome enthalten, wie
Propylenglycol, 1,3-Propandiol, 1,4-Butandiol, 1,5-Pentandiol, Neopentylglycol,
2,2-Dimethyl-1,3-propandiol, 1,6-Hexandiol, 2,2,4-Trimethyl-1,3-propandiol, 2-Ethyl-2-buty1-1,3-propandiol,
2,2,4,4-Tetramethyl-1,3-cyclobutandiol, 2,4-Dimethyl-2-ethylhexan-1,3-diol,
2-Ethyl-2-isobutyl-1,3-propandiol, 1,3-Butandiol, 1,8-Octandiol, 2,2,4-Trimethyl-1,6-hexandiol,
Thiodiethanol und 1,3-Cyclohexandimethanol.
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Dicarbonsäure-Komponente
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Die
Dicarbonsäure-Komponente
enthält
mindestens 90 Mol-% oder mehr einer Säure, eines Esters oder eines
Anhydrids von Terephthalsäure,
Naphthalindicarbonsäure
und 1,4-Cyclohexandicarbonsäure.
Es sollte bemerkt werden, dass jedes der Naphthalindicarbonsäure-Isomere
oder alle Mischungen von Isomeren verwendet werden können, wobei
die 1,4-, 1,5-, 2,6- und 2,7-Isomere bevorzugt sind. Zusätzlich können die 1,4-Cyclohexandicarbonsäure-Einheiten
als cis-, trans- oder cis/trans-Mischungen von Isomeren vorliegen. Die
bevorzugte Dicarbonsäure-Komponente
ist Dimethylterephthalat
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Zusätzliche
Dicarbonsäure-Komponenten
(außer
den Säuren,
Estern oder Anhydriden von Terephthalsäure, Naphthalindicarbonsäure und
1,4-Cyclohexandicarbonsäure)
können
in Mengen von bis zu etwa 10 Mol-% zugesetzt werden. Geeignete zusätzliche
Dicarbonsäure-Komponenten
enthalten 4 bis 40 Kohlenstoffatome und sind in den US-Patenten
5,608,031 und 5,668,243 beschrieben.
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Vorzugsweise
ist die zusätzliche
Dicarbonsäure-Komponente
eine Säure,
ein Ester oder ein Anhydrid einer aromatischen Dicarbonsäure vorzugsweise
mit 8 bis 14 Kohlenstoffatomen, einer aliphatischen Dicarbonsäure vorzugsweise
mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen, oder einer cycloaliphatischen Dicarbonsäure vorzugsweise
mit 8 bis 12 Kohlenstoffatomen.
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Besonders
bevorzugte Beispiele für
zusätzliche
Dicarbonsäure-Komponenten
außer
Terephthalsäure, Naphthalindicarbonsäure und
1,4-Cyclohexandicarbonsäure
umfassen Isopthalsäure,
Sulfoisophthalsäure, 1,3-Cyclohexandicarbonsäure 1,4-Cyclohexandiessigsäure, Diphenyl-4,4'-dicarbonsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, 1,12-Dodecandisäure und
Dimersäure.
Copolyester können
aus einer oder mehreren der obigen Dicarbonsäuren hergestellt werden.
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Verzweigungsmittel
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Geringe
Mengen, typisch weniger als 2 Mol-%, herkömmlicher Verzweigungsmittel
können
mit der Glycol-Komponente und der Dicarbonsäure-Komponente umgesetzt werden,
um die Copolyester zu bilden. Herkömmliche Verzweigungsmittel
umfassen polyfunktionelle Säuren,
Anhydride, Alkohole und deren Mischungen. Beispiele für geeignete
Verzweigungsmittel umfassen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein,
Trimellithsäureanhydrid,
Pyromellithsäuredianhydrid,
Glycerin, Trimethylolpropan und Pentaerythrit.
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Reaktionsverfahren zur
Bildung der Copolyester.
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Bei
der Bildung der Copolyester kann die Umsetzung der Glycol-Komponente
und der Dicarbonsäure-Komponente
unter Verwendung herkömmlicher
Polyester-Polymerisationsbedingungen
durchgeführt
werden. Beispielsweise kann, wenn die Copolyester mittels einer
Esteraustausch-Reaktion, d.h. aus der Esterform der Dicarbonsäure-Komponenten,
hergestellt werden, das Reaktionsverfahren zwei Schritte umfassen.
Im ersten Schritt werden die Glycol-Komponente und die Dicarbonsäure-Komponente,
wie beispielsweise Dimethylterephthalat, bei erhöhten Temperaturen, typisch
180 °C bis
280 °C,
und Überdrücken im
Bereich von 0 bis 4,1 Bar (0,0 bis 60 psig) umgesetzt. Vorzugsweise
liegt die Temperatur bei der Esteraustausch-Reaktion im Bereich
von 190 °C
bis 240 °C,
während
der bevorzugte Überdruck
im Bereich von 1,0 bis 2,8 Bar (15 bis 40 psig) liegt. Danach wird
das Reaktionsprodukt bei noch höheren
Temperaturen und unter verringertem Druck erwärmt, um unter Beseitigung von
Glycol, welches leicht unter diesen Bedingungen verflüchtigt und
aus dem System entfernt wird, Polyester zu bilden. Dieser zweite
Schritt oder Polykondensationsschritt wird unter höherem Vakuum
und bei einer Temperatur fortgesetzt, die im Allgemeinen im Bereich
von 240 °C
bis 300 °C, vorzugsweise
250 °C bis
290 °C und
am bevorzugtesten 270 °C
bis 285 °C
liegt, bis ein Polymer mit dem gewünschten Polymerisationsgrad
erhalten wird, welcher durch die I.V. bestimmt wird. Der Polykondensationsschritt
kann unter verringertem Druck durchgeführt werden, der im Bereich
von 533 bis 0,13 mBar (400 mm Hg (Torr) bis 0,1 mm Hg (Torr)) liegt.
Ohne die Hilfe eines geeigneten Katalysators verlaufen die obigen
Reaktionen nicht mit einer nennenswerten Geschwindigkeit.
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Um
sicherzustellen, dass die Umsetzung der Glycol-Komponente und der
Dicarbonsäure-Komponente
durch einen Esteraustausch-Reaktionsmechanismus zur Vollständigkeit
getrieben wird, wird es bevorzugt, 3 Mol oder bevorzugter 2,3 bis
2,6 Mol Glycol-Komponente zu einem Mol Dicarbonsäure-Komponente zu verwenden.
Es versteht sich jedoch, dass das Verhältnis von Glycol-Komponente
zu Dicarbonsäure-Komponente im
Allgemeinen durch den Aufbau des Reaktors festgelegt wird, in dem
das Reaktionsverfahren stattfindet.
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Bei
der Polyester-Herstellung durch direkte Veresterung, d.h. aus der
Säureform
der Dicarbonsäure-Komponente,
werden Copolyester hergestellt, indem man eine Dicarbonsäure, wie
Terephthalsäure,
Naphthalindicarbonsäure
oder 1,4-Cyclohexandicarbonsäure und
deren Mischungen mit der Glycol-Komponente umsetzt. Die Reaktion
wird bei einem Überdruck
von 0,07 bis 69 Bar (1 bis 1000 psig), vorzugsweise weniger als
7 Bar (100 psig) durchgeführt,
was ein lineares oder verzweigtes Polyesterprodukt mit niedrigem
Molekulargewicht und einem durchschnittlichen Polymerisationsgrad
von 1,4 bis 10 erzeugt. Die Temperaturen, die bei der direkten Veresterung
verwendet werden, liegen typisch im Bereich von 180 °C bis 280 °C, bevorzugter im
Bereich von 220 °C
bis 270 °C.
Dieses Polymer mit niedrigem Molekulargewicht kann dann durch eine
Polykondensationsreaktion polymerisiert werden.
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Um
sicherzustellen, dass die Umsetzung der Glycol-Komponente und der
Dicarbonsäure-Komponente
durch einen direkten Veresterungs-Reaktionsmechanismus zur Vollständigkeit
getrieben wird, wird es bevorzugt, 3,0 bis 1,05 Mol Glycol-Komponente
zu einem Mol Dicarbonsäure-Komponente
zu verwenden. Es versteht sich jedoch, dass das Verhältnis von
Glycol-Komponente zu Dicarbonsäure-Komponente
durch den Aufbau des Reaktors festgelegt wird, in dem das Reaktionsverfahren
stattfindet.
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Allgemein
werden Copolyester mit niedrigerer I.V. erhalten, indem kürzere Verweilzeiten
oder langsamere Reaktionsgeschwindigkeiten verwendet werden, verglichen
mit Verfahren zur Bildung von Copolyestern mit hoher I.V. Beispielsweise
kann die Reaktionsgeschwindigkeit durch Verringerung der Reaktionstemperatur, Verringerung
der Katalysatorkonzentration, Erhöhung des absoluten Drucks im
Reaktor oder durch eine Kombination dieser Faktoren verringert werden.
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Das
Verfahren zur Bildung der Copolyester kann als Chargen-, Halbchargen-
oder kontinuierliches Verfahren durchgeführt werden. Vorteilhaft wird
das Verfahren als kontinuierliches Verfahren betrieben. In der Tat
ist es möglich,
eine überlegene
Färbung
des Copolyesters zu erzeugen, wenn ein kontinuierliches Verfahren
verwendet wird, da das Aussehen des Copolyesters verschlechtert
werden kann, wenn gestattet wird, dass der Copolyester bei einer
erhöhten
Temperatur über
eine zu lange Dauer in einem Reaktor verweilt.
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Katalysatorsystem
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Eine
Vielfalt von Katalysatorsystemen ist bei der der Umsetzung der Glycol-Komponente und der
Dicarbonsäure-Komponente
nützlich.
Typisch enthält
ein Katalysatorsystem katalytische Materialien und katalytische
Inhibitoren.
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Katalytische
Materialien
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Katalytische
Materialien, die für
das Katalysatorsystem geeignet sind, umfassen Materialien, die Titan, Mangan,
Zink, Cobalt, Gallium, Lithium, Calcium, Silicium und Germanium
enthalten. Derartige Katalysatorsysteme sind in den US-Patenten
3,907,754, 3,962,189, 4,010,145, 4,356,299, 5,668,243 und 5,681,918
beschrieben. Im Allgemeinen umfasst das Katalysatorsystem der Erfindung
Materialien, die Titan, Mangan und/oder Zink und deren Mischungen
enthalten. Während
die Mengen der einzelnen katalytischen Materialien in dem Katalysatorsystem
variieren, ist es erwünscht,
dass die Gesamtmenge an katalytischen Materialien in dem Katalysatorsystem
unter 25 [125?] ppm, vorzugsweise unter 100 ppm und am bevorzugtesten
unter 80 ppm liegt. Die "ppm" für das Katalysatorsystem
und den nachstehend beschriebenen katalytischen Inhibitor beziehen
sich auf das Gewicht des Elements, auf das Bezug genommen wird,
und sind auf das theoretische Gewicht des End-Copolyesterprodukts
bezogen.
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Katalytische
Titan-Materialien werden gewöhnlich
in Form eines Alkoholats in einer Menge im Bereich von 10 bis 35
ppm, bevorzugter 10 bis 25 und am bevorzugtesten 12 bis 20 ppm zugesetzt.
In der Tat weisen Copolyester, die mit geringeren Mengen an katalytischen
Titan-Materialien gebildet werden, eine bessere Stabilität auf, wenn
sie in der Schmelze gehalten werden. Geeignete Titanalkoholate umfassen,
ohne jedoch darauf beschränkt
zu sein, Acetyltriisopropyltitanat, Tetraisopropyltitanat und Tetraisobutyltitanat.
Das katalytische Titan-Material kann dem Reaktionsverfahren vor
der direkten Veresterungs- oder Esteraustauschreaktion oder vor
der Polykondensationsreaktion zugesetzt werden.
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Mangan
wird typisch in Form eines Salzes, wie eines organischen Säuresalzes,
in einer Menge im Bereich von 0 bis 70 ppm, bevorzugt 20 bis 70
ppm, bevorzugter 30 bis 70 ppm und am bevorzugtesten 40 bis 70 ppm
zugesetzt. Beispiele für
geeignete Mangansalze umfassen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, Mangan(II)-benzoattetrahydrat,
Manganchlorid, Manganoxid, Manganacetat, Manganacetylacetonat und Mangansuccinat.
Mangan wird dem Reaktionsverfahren vor einer direkten Veresterungs-
oder Esteraustauschreaktion zugesetzt.
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Zink
kann dem Katalysatorsystem zusätzlich
zu dem Mangan- oder anstelle des Mangan-Katalysator(s) zugesetzt
werden. Zink wird typisch in Form eines Salzes in einer Menge im
Bereich von 0 bis 100 ppm, bevorzugt 25 bis 100 ppm und bevorzugter
50 bis 80 ppm zugesetzt. Beispiele für geeignete Zinkverbindungen umfassen,
ohne jedoch darauf beschränkt
zu sein, Zinkacetat, Zinkphosphatmonohydrat, Zinksuccinat und Zinkalkoholat.
Zink wird dem Reaktionsverfahren typisch vor einer direkten Veresterung-
oder Esteraustauschreaktion zugesetzt.
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Falls
gewünscht,
kann auch ein katalytisches Cobalt-Material als Teil des Katalysatorsystems
verwendet werden. Wenn es verwendet wird, wird Cobalt typisch in
Form eines Salzes, wie eines organischen Säuresalzes, zugesetzt. Beispiele
für geeignete
Cobaltsalze umfassen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, Cobalt(II)-acetattrihydrat,
Cobalt(II)-nitrat, Cobalt(II)-chlorid, Cobaltacetylacetonat, Cobaltnaphthenat
und Cobaltsalicylat. Cobalt kann in einer Menge im Bereich von 0,0
bis 90 ppm zugesetzt werden. Wie nachstehend beschrieben, kann das
Cobalt sowohl als katalytisches Material als auch als Färbemittel fungieren.
Cobalt wird dem Reaktionsverfahren nach der direkten Veresterungs- oder Esteraustauschreaktion
zugesetzt.
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Obwohl
sie weniger bevorzugt sind, können
katalytische Calcium-, Gallium- und Siliciummaterialien in dem Katalysatorsystem
verwendet werden. Beispiele für
geeignete Calciumverbindungen umfassen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein,
Calciumacetat, Calciumglycolat und Calciumphosphatmonohydrat. Beispiele für geeignete
Galliumverbindungen umfassen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein,
Galliumchlorid, Galliumnitrathydrat, Galliumoxid, Galliumlactat
und Galliumphosphid. Beispiele für
geeignete Siliciumverbindungen schließen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein,
Siliciumacetat und Tetraethylorthosilicat ein. Katalytische Germaniummaterialien
schließen,
ohne jedoch darauf beschränkt
zu sein, Oxide, organische Salze und insbesondere Glycolate von
Germanium ein.
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Ein
bevorzugtes Esteraustausch-Katalysatorsystem für die Umsetzung von Estern
von Terephthalsäure,
Napthalindiarbonsäure
und 1,4-Cyclohexandicarbonsäure
enthält
Titan-, Mangan- und gegebenenfalls Cobalt-Materialien. In dem Esteraustausch-Katalysatorsystem
liegt das Titan in einer Menge im Bereich von 10 bis 35 ppm, bevorzugt
10 bis 25 ppm vor und liegt das Mangan in einer Menge im Bereich
von 20 bis 70 ppm vor. Zusätzlich
beträgt
in einem weiteren Ester-Katalysatorsystem
die Gesamtmenge an katalytischen Materialien in dem Katalysatorsystem
gleich oder weniger als 125 ppm, vorzugsweise weniger als 100 ppm,
bevorzugter weniger als 80 ppm und am bevorzugtesten weniger als
70 ppm. Ein bevorzugtes Ester-Katalysatorsystem wird typisch in
Kombination mit einem katalytischen Inhibitor, der 40 bis 90 ppm
P umfasst; und einem Färbemittel
in einer wirksamen Menge, z.B. 2 bis 10 ppm eines blauen und/oder
roten substituierten Anthrachinon-Farbstoffs, verwendet. Im Allgemeinen
ist das bevorzugte Esteraustausch-Katalysatorsystem im Wesentlichen
frei von katalytischen Zinkmaterialien, bevorzugter enthält es weniger
als 5 ppm katalytische Zinkmaterialien und ist am bevorzugtesten
frei von katalytischen Zinkmaterialien. Das bevorzugte Ester-Katalysatorsystem
für Binderfasern
ist im Wesentlichen frei von katalytischen Sb-Materialien, es enthält bevorzugter
weniger als 5 ppm katalytische Sb-Materialien und ist am bevorzugtesten
frei von katalytischen Sb-Materialien.
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Katalytischer
Inhibitor
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Um
die Wirkungen des Katalysatorsystems zu stabilisieren und die Wirkung
von katalytischen Zink-, Mangan- und Cobaltmaterialien zu fördern, ist
es wünschenswert,
dem Reaktionsverfahren nach einer Esteraustausch- oder direkten
Veresterungsreaktion, aber vor der Durchführung des Polykondensationsreaktions-Schritts, einen katalytischen
Phosphor-Inhibitor zuzusetzen. Typisch wird Phosphor in Form eines
Phosphats, wie Phosphorsäure
oder eines organischen Phosphatesters, in einer Menge im Bereich
von etwa 40 bis 90 ppm und bevorzugter im Bereich von 60 bis 75
ppm zugesetzt. Geeignete Phosphatester zur Verwendung in dieser
Erfindung umfassen saures Ethylphosphat, saures Diethylphosphat,
Triethylphosphat, Arylalkylphosphate und Tris-2-ethylhexylphosphat.
Ein nützlicher
katalytischer Phosphat-Inhibitor wird unter der Handelsbezeichnung
Merpol® A
verkauft, welches im Handel von Du Pont erhältlich ist.
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Färbemittel
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Bei
der Bildung der Copolyester der Erfindung können Färbemittel, manchmal als Toner
bezeichnet, zugesetzt werden, um dem resultierenden Copolyester
einen gewünschten
Farbton und/oder eine gewünschte Helligkeit
zu verleihen. Wenn gefärbte
Copolyester gewünscht
werden, können
während
der Umsetzung der Glycol-Komponente und der Dicarbonsäure-Komponente
Pigmente oder Farbstoffe in die Reaktionsmischung eingeschlossen
werden, oder sie können
mit dem vorgeformten Copolyester schmelzgemischt werden. Ein bevorzugtes
Verfahren zum Einschließen
von Färbemitteln
besteht darin, ein Färbemittel
mit thermisch stabilen organischen gefärbten Verbindungen mit reaktiven
Gruppen zu verwenden, so dass das Färbemittel copolymerisiert und
dem Copolyester einverleibt wird, um den Farbton des Copolyesters
zu verbessern. Beispielsweise können
Färbemittel
wie Farbstoffe, die reaktive Hydroxyl- und/oder Carboxylgruppen
besitzen, einschließlich,
ohne jedoch darauf beschränkt
zu sein, blauer und roter substituierter Anthrachinone, in die Polymerkette
copolymerisiert werden. Färbemittel
und Farbstoffe sind in Einzelheit in den US-Patenten 4,521,556, 4,740,581,
4,749,772, 4,749,773, 4,749,774, 4,950,732, 5,384,377, 5,372,864,
5,340,910 und 5,681,918 beschrieben. Wenn Farbstoffe als Färbemittel
verwendet werden, können
sie dem Copolyester-Reaktionsverfahren nach einer Esteraustausch-
oder direkten Veresterungsreaktion zugesetzt werden. Weiter wird
es, wenn ein Farbstoff oder eine Farbstoffmischung als das Toner- Färbungsmittel für den Copolyester
verwendet wird, bevorzugt, dass die Gesamtmenge des Farbstoffs weniger
als 10 ppm beträgt.
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Alternativ
können
der Reaktion anorganische Pigmente, wie Titandioxid- und Cobalt-haltige
Materialien, zugesetzt werden. Vorteilhaft kann, wenn ein Katalysatormaterial
Cobalt enthält,
das Cobalt auch als Färbemittel
wirken. Man muss bei der Steuerung der Cobaltmenge Sorgfalt walten
lassen, um eine Opazität
und trübe
Färbung
in den Copolyestern der Erfindung zu vermeiden. Um das Maß der Opazität und trüben Farbe zu
steuern, kann Cobalt in einer Menge im Bereich von 0,0 bis 90 ppm
verwendet werden.
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Copolyester
für die
Binderfasern
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Die
Copolyester weisen eine innere Viskosität, I.V., im Bereich von 0,36
bis 0,58 auf. Vorzugsweise weisen die Copolyester eine I.V. im Bereich
von 0,38 bis 0,58, bevorzugter von 0,4 bis 0,53, bevorzugter von 0,40
bis 0,50 und am bevorzugtesten von 0,41 bis 0,49 auf. Die I.V. der
Copolyester der Erfindung wird bestimmt, indem man die I.V. bei
25 °C unter
Verwendung von 0,5 g Polymer pro 100 ml eines Lösungsmittels misst, das aus
60 Gew.-% Phenol und 40 Gew.-% Tetrachlorethan besteht. Das grundsätzliche
Verfahren zur Bestimmung der I.V. eines Copolyesters ist in ASTM
D-2857-70 angegeben. Die Copolyester, die mit den niedrigeren I.V.-Werten
erzeugt werden, besitzen eine ausgezeichnete Farbe, da sie klarer
sind als frühere
Copolyester und Farbstoffe leichter als Copolyester mit einer höheren I.V.
annehmen können.
Weiter werden Copolyester mit niedriger I.V. leichter bei niedrigeren
Temperaturen gefärbt
und möglicherweise
leichter bedruckt als ähnliche
Copolyester mit höherer
I.V. Zusätzlich
sind, da die Copolyester niedrige I.V.-Werte aufweisen, die Produktionsgeschwindigkeiten
der Copolyester ziemlich hoch.
-
Die
Polymerisation von 1,4-Cyclohexandimethanol mit Ethylenglycol und
Terephthalsäure
kann so gesteuert werden, dass ein amorphes Polyethylenterephthalat-Polymer
mit ähnlichen
Glasübergangstemperaturen
wie jenen von Polyethylenterephthalat gebildet werden. Wie es in
der Technik bekannt ist, weisen amorphe Polymere im Allgemeinen
eine höhere
Klarheit auf und sind nicht opak wie viele kristalline Polymere.
Deshalb sorgt, obwohl einige der verwendeten 1,4-Cyclohexandimethanol-Mengen
Copolyester mit etwas Kristallinität bilden könnten, die überlegene Klarheit von amorphen
Polyestern für
ausgeprägte
Vorteile.
-
Im
Allgemeinen weist ein Copolyester mit einer niedrigeren I.V. eine
niedrigere Extrusionstemperatur auf. Deshalb können Copolyester der Erfindung
vorteilhaft bei niedrigerer Temperatur zu Fasern schmelzgesponnen
werden. Beispielsweise kann ein Copolyester mit einer I.V. von 0,47
bei einer Temperatur von etwa 233 °C schmelzgesponnen werden, wohingegen
ein ähnlicher
Copolyester mit einer I.V. von 0,6 bis 0,7 im Allgemeinen ein Faserspinnen
bei einer Temperatur von 275 – 285 °C erfordert.
Typisch wird ein Copolyester der Erfindung bei einer Temperatur
von weniger als etwa 250 °C,
in einigen Fällen
von so wenig wie 235 °C, schmelzgesponnen,
was sich den zum Spinnen von Polypropylen verwendeten Bedingungen
annähert.
Diese Copolyester können
durch eine Spinndüse
mit 332 Löchern
und einer Lochgröße von 0,55
mm schmelzgesponnen werden. Im Allgemeinen variieren die Schmelzspinndrücke von
69 bis 138 Bar (1000 psig bis 2000 psig).
-
Typisch
können
die Klarheit und die Farbe (der Farbton) der Copolyester unter Verwendung
eines Standard-Spektrokolorimeters bewertet werden. Zum Beisipiel
ist ein geeignetes Spektrokolorimeter zur Bewertung der Klarheit
und Farbe des Polyesters ein HunterLab Ultrascan, das im Handel
von HunterLab, Reston, Virginia, erhältlich ist. Durch die Verwendung
eines HunterLab Ultrascan-Spektrokolorimeters
können
die Klarheit und die Farbe, d.h. die Gelbfärbung und/oder Blaufärbung, quantitativ
bestimmt werden. Die Verwendung eines HunterLab Ultrascan-Spektrokolorimeters
für die
Bewertung und quantitative Bestimmung der Farbe und der Klarheit
eines Copolyesters ist im US-Patent 5,681,918 beschrieben. Wenn
das HunterLab Ultrascan verwendet wird, zeigt ein L*-Wert den Klarheitsgrad
an, wobei höhere
L*-Werte höhere
Klarheitsgrade darstellen. Der Grad der Gelbfärbung und/oder Blaufärbung wird
als b*-Wert quantitativ bestimmt, wobei 0,0 neutral darstellt, während Werte über 0,0
Gelbfärbungsgrade
anzeigen und Werte unter 0,0 den Blaufärbungsgrad in dem Copolyester
anzeigen. Die Copolyester der Erfindung weisen typisch einen L*-Wert
von mehr als etwa 65, im Allgemeinen 69 bis 72, und einen b*-Wert
auf, der zwischen –2,5
und +2,5 variiert, bevorzugt von –1,0 bis +1,0 variiert und
bevorzugter im Bereich von –0,4
bis +0,5 liegt und am bevorzugtesten 0,0 ist..
-
Die
Copolyester können
ein Teil der zu bildenden Binderfasern sein oder können die
gesamte Binderfaser bilden.
-
Den
Copolyestern können
herkömmliche
Zusätze
zugesetzt werden, abhängig
von der gewünschten Endverwendung
des Copolyesters. Geeignete Zusätze
für die Copolyester
sind in Einzelheiten in den US-Patenten 5,608,031 und 5,773,554
beschrieben. Typische Zusätze
für die
Copolyester umfassen Pigmente, Antioxidantien, Stabilisatoren, Flammverzögerungsmittel,
Schlagzähmacher,
Epoxyverbindungen, Formentrennmittel, Nukleierungsmittel, Radikal-Stabilisatoren,
Schmiermittel und andere Verarbeitungsmittel.
-
Ein
bevorzugter Gegenstand der Erfindung ist eine Faser. Die Faser kann
mit jeder gewünschten,
in der Technik bekannten Länge
und im Allgemeinen in Form eines kontinuierlichen Filaments oder
einer Spinnfaser hergestellt werden. Fasern könne durch irgendein verfügbares herkömmliches
Mittel aus den Copolyestern der Erfindung hergestellt werden, einschließlich Schmelzspinnen
und Schmelzblasen. Abhängig
von der Endverwendung kann jedes Denier mit den Fasern gebildet
werden, welche die Copolyester der Erfindung verwenden, einschließlich Fasern
mit einem Denier-Wert im Bereich von Mikrodenier bis 5,55 × 10–3g/m
(50 Denier), vorzugsweise bis zu 2,22 × 10–3 g/m
(20 Denier).
-
Die
Copolyester können
verwendet werden, um Binderfasern in jeder gewünschten, in der Technik bekannten
Konfiguration zu bilden. Die Copolyester sind bevorzugt Binderfasern
mit der Form einer faserigen Struktur. Ein Hauptvorteil der Binderfasern
besteht darin, dass gebundene Produkte mit wenig oder keiner Formänderung
durch die bloße
Anwendung von Wärmebehandlung,
Radiofrequenzen oder Ultraschallfrequenzen auf ein ungebundenes
Kissen aus Filamenten erhalten werden können. In der Tat sind die Copolyester
der Erfindung besonders zur Verwendung als Binderfasern geeignet,
da die Copolyester eine niedrigere I.V. besitzen, was einen besseren
Fluss und bessere Erweichungseigenschaften bei niedrigeren Temperaturen
ermöglicht. Daher
ist ein verbessertes Binden der Binderfasern bei niedrigeren Temperaturen
möglich
als bei früher
bekannten Binderfasern für
Vliesstoffe, wenn Binderfasern verwendet werden, welche die Copolyester
der Erfindung enthalten. In der Tat sind die Binderfasern, die aus
den Copolyestern der Erfindung gebildet werden, besonders für die Bindung
an Polyester, Acrylat, Nylon, Glas, Baumwolle und entfettete Wolle
geeignet. Typisch weisen die Binderfasern, die mit den Copolyestern
der Erfindung gebildet sind, Deniers von 1,11 × 10–4 bis
2,22 × 10–3 g/m
(1 bis 20 Denier) auf. Jedoch können
andere faserige Formen, wie schmelzgeblasene Gewirke oder ein Spinnverbund
Mikrodenier-Größen aufweisen.
-
Die
Binderfasern der Erfindung können
in Form von Einkomponenten- oder Zweikomponenten-Binderfasern vorliegen.
Geformte Binderfasern können
mit Querschnittsbeinen gebildet werden, welche bei der Extrusion
mit Bindermaterialien überzogen
werden.
-
Zweikomponenten-Binderfasern
weisen Seite an Seite einen Mantel/Kern oder eine andere in der Technik
bekannte Konfiguration auf. Das Verfahren zur Herstellung und zum
Binden einer Zweikomponenten-Binderfaser mit niedriger Schmelztemperatur
ist in Einzelheiten im U.S. Patent 3,589,956 beschrieben. In einer
Zweikomponenten-Faser der Erfindung liegen die Copolyester dieser
Erfindung in Mengen von 10 bis 75 Gew.-% der Zweikomponenten-Faser
vor. Die andere Komponente kann aus einem großen Bereich von anderen polymeren
Materialien ausgewählt
sein, einschließlich,
ohne jedoch darauf beschränkt
zu sein, Polyestern, wie Polyethylenterephthalat oder Polybutylenterephthalat.
Zweikomponenten-Binderfasern können
mit anderen Fasern gemischt oder allein verwendet werden, um Vliesstoffe
und Watten mit hoher Bauschigkeit mit verschiedenen Eigenschaften
herzustellen. Im Allgemeinen enthalten Zweikomponenten-Binderfasern ein
Polymer mit einem hohen Schmelzpunkt, um die strukturelle Unversehrtheit
während
des Bindeverfahrens sicherzustellen, und ein niedriger schmelzendes
oder amorphes Polymer, um die Matrix in Vliesstoffen zu binden. Alternativ
können
Wirtschaftlichkeitsüberlegungen
diktieren, dass ein viel preiswerteres Kernmaterial verwendet wird.
-
Binderfasern
dieser Erfindung werden leicht mit einem großen Bereich von anderen Fasern
gemischt und anschließend
durch Wärme
oder Energie aktiviert, um Vliesstoffe mit einem guten Zusammenhalt
und einer guten Festigkeit bereitzustellen. Beispielsweise könnten andere
Fasern ohne Beschränkung
in den Mischungen Polyester, Acrylfasern, Nylon, Glas, Cellulosefasern
(Baumwolle, Fasern auf Cellulose-Basis und Celluloseester-Fasern)
und andere ähnliche
Fasern einschließen.
Die Einverleibung in Vliesstoffe kann auch die Laminierung an andere
Stoffe, Folien und einige Metalloberflächen unterstützen. Die
Menge an Binderfaser in der Vlies-Mischung liegt im Allgemeinen
im Bereich von 5 bis 30 Gew.-%; jedoch gibt es Fälle, in denen 100 % Binderfasern
in Stoffform verwendet werden.
-
BEISPIELE
-
- Beispiel 1 Copolyester mit wenig Katalysator, niedriger
I.V. für
Binderfasern
-
Es
wurde ein Vergleich vorgenommen zwischen Binderfasern, die mit einer
I.V. von 0,59 und einer niedrigen I.V. von 0,47 gebildet waren.
Der Copolyester, der mit der höheren
I.V. von 0,59 gebildet war, wurde unter Verwendung eines Katalysator-Systems
mit einer hohen Konzentration an katalytischen Materialien hergestellt.
Im Gegensatz dazu wurden die Copolyester, die mit der niedrigen
I.V. von 0,47 gebildet wurden, unter Verwendung eines Katalysator-Systems
mit einer geringen Konzentration an katalytischen Materialien gebildet.
-
Ein
Copolyester mit einer niedrigen I.V., der etwa 31 Mol-% 1,4-Cyclohexandimethanol
und etwa 69 Mol-% Ethylenglycol enthielt, wurde aus 1,4-Cyclohexandimethanol,
Ethylenglycol und Dimethylterephthalat hergestellt. Die Reaktion
wurde mit einem Überschuss
der Glycol-Komponente durchgeführt.
Die Reaktion verlief, indem man zuerst einen Esteraustausch-Reaktionsschritt
durchführte,
gefolgt von einem Polykondensations-Reaktionschritt. Die Esteraustausch-Reaktion
wurde bei Temperaturen im Bereich von 190 °C bis 240 °C und einem Druck von 1,0 bis
2,8 Bar (15 bis 40 psig) in Anwesenheit eines Katalysatorsystems
durchgeführt, das
16 ppm Ti (als Tetraisopropyltitanat) und 46 ppm Mg (als Manganacetat)
enthielt. Das Produkt der Esteraustausch-Reaktion wurde einem Polykondensations-Reaktionsschritt
unterzogen, bei dem die Temperatur bei 250 °C bis 260 °C begann und bei 269 °C bis 282 °C endete. Ähnlich begann
der Druck der Polykondensationsreaktion bei 100 bis 267 mBar (75
bis 200 Torr) und endete bei 0,4 bis 3,3 mBar (0,3 bis 2,5 Torr).
Vor Beginn des Polykondensationsschrittes wurden dem Katalysatorsystem
weniger als etwa 10 ppm einer Mischung von blauem und rotem Anthrachinon-Farbstoff
zugesetzt, und ein katalytischer Inhibitor, der Merpol®A von
Du Pont umfasste, wurde in einer Menge von etwa 70 ppm P zugesetzt.
-
Der
Copolyester mit einer hohen I.V., I.V. 0,59, wurde so hergestellt,
dass er die gleiche Zusammensetzung wie die Copolyester mit niedriger
I.V. aufwies. Wie bei den Copolyestern mit niedriger I.V. verlief
die Reaktion zuerst, indem man zuerst einen Esteraustausch-Reaktionsschritt
durchführte,
gefolgt von einem Polykondensations-Reaktionsschritt. Die Esteraustausch-Reaktion
wurde bei einer Temperatur im Bereich von 190 °C bis 240 °C und einem Druck von 1,0 bis
2,8 Bar (15 bis 40 psig) in Anwesenheit eines Katalysatorsystems
durchgeführt,
das 56 ppm T (als Tetraisopropyltitanat) und 46 ppm Mg (als Manganacetat)
enthielt. Das Produkt der Esteraustausch-Reaktion wurde einem Polykondensations-Reaktionsschritt
unterzogen, bei dem die Temperatur bei 250 °C bis 260 °C begann und bei 275 °C bis 285 °C endete.
Der Druck der Polykondensationsreaktion begann bei 100 bis 267 mBar
(75 bis 200 Torr) und endete bei 0,4 bis 2,7 mBar (0,3 bis 2,0 Torr).
Die Verwendung einer längeren
Reaktionszeit war erforderlich, um den Copolyester mit einer höheren I.V.
zu erhalten. Vor Beginn des Polykondensationsschrittes wurden 56
ppm Cobaltacetat zu dem Katalysatorsystem gegeben, und ein katalytischer
Inhibitor, der Merpol®A von Du Pont umfasste,
wurde in einer Menge von 79 ppm P zugesetzt.
-
Ein
HunterLab UltraScan Spektrokolorimeter wurde zur Bewertung und Quantifizierung
der Farbe und Klarheit der drei Copolyester verwendet. TABELLE
1
-
Wie
aus der Tabelle 1 ersichtlich ist, besaßen die Copolyester mit niedrigerer
I.V., die mit den Systemen niedriger Katalysator-Konzentration gebildet
wurden, eine überlegene
Klarheit und Farbe.
- Beispiel 2 Bindefestigkeit für Binderfasern,
die mit Copolyestern niedriger und hoher I.V. hergestellt wurden.
-
Copolyester-Pellets
mit einer I.V. von 0,47, die etwa 31 Mol-% 1,4-Cyclohexandimethanol und etwa 69 Mol-%
Ethylenglycol enthielten, wurden aus 1,4-Cyclohexandimethanol, Ethylenglycol
und Dimethylterephthalat unter Reaktionsbedingungen hergestellt,
die denen von Beispiel 1 ähnlich
waren. Das Katalysatorsystem, das verwendet wurde, um die Pellets
mit niedriger I.V. zu bilden, enthielt 35 ppm Ti (als Tetraisopropyltitanat) und
46 ppm Mg (als Manganacetat), 50 ppm Cobaltacetat, während der
katalytische Inhibitor Merpol®A von Du Pont in einer
Menge von 70 ppm P umfasste.
-
Die
Copolyester-Pellets mit einer I.V. von 0,47 wurden 4 Stunden bei
65 °C in
einem Rotationstrockner getrocknet. Durch Schmelzextrudieren der
Pellets zu Multifilament-Fasern mit 1 × 10–3 g/m
(9 Denier)/Filament wurden Einkomponenten-Binderfasern aus den Copolyester-Pellets
mit niedriger und hoher I.V. geformt. Die Filamente wurden unter
Verwendung einer Spinndüse
mit 332 Löchern
(0,55 mm Öffnungen)
bei einer Schmelztemperatur von 233 °C und einer Aufnahmegeschwindigkeit
von 100 m/m gebildet. Die Copolyester-Pellets mit einer I.V. von
0,59 aus Beispiel 1 wurden gleichermaßen zu Einkomponenten-Binderfasern
geformt, außer
dass die Pellets bei einer Schmelztemperatur von 275 °C gesponnen
wurden.
-
Die
wie gesponnenen Fasern wurden anschließend in einem 2-Stufenverfahren
(70 °C Wasser,
gefolgt von einer Wärmekammer),
3:1 Gesamt-Ziehverhältnis,
zu 7 Kräuselungen/Inch
und einem Kräuselwinkel
von 88° Stauchkammer-gekräuselt. Die
resultierende 3,3 × 10–4 g/m
(3 Denier)-Filamentfaser wurde dann mit einem Finish auf Wasser-Basis
geschmiert und im Ofen getrocknet.
-
Beide
Einkomponenten-Binderfasern aus Copolyestern mit niedriger I.V.,
0,49, und hoher I.V., 0,59, wurden mit 75 % Polyethylenterephthalat-Fasern
vereinigt, um einen innig gemischten kardierten Vliesstoff mit 100
g/m
2 (3 oz/yd
2)
zu bilden. Der Vliesstoff wurde aktiviert und einem Bindefestigkeitstest
unterzogen, indem man den innig gemischten Vliesstoff auf einer
Presse band, wobei die obere und untere erwärmte Platte den Vliesstoff
unter Druck kontaktierten. Die Aktivierung betrug 30 Sekunden bei
Temperaturen im Bereich von 93 bis 135 °C (200 bis 275°F). 2,5 cm
(1 Inch) breite Streifen wurden verwendet, um die Instron-Zugfestigkeiten bei
einer 13 cm (5 Inch) Messgerätlänge zu erhalten.
Die Ergebnisse der Bindefestigkeitstests sind in Einzelheiten in
der nachstehenden Tabelle 2 aufgeführt. TABELLE
2 PET/Einkomponenten-Vliesstoffproben
-
Ähnliche
Tests wurden auch mit einer coextrudierten Mantel/Kern-Zweikomponenten-Binderfaser
mit 35 % Bindermantel aus einem Copolyester mit einer I.V. von 0,41
und 65 % Polyethylenterephthalat-Kern mit etwa 4,4 × 10–4 g/m
(4 Denier) durchgeführt.
Es wurden ähnliche
Ergebnisse erhalten.
- Beispiel 3 Bindefestigkeitstests von
Binderfasern.
-
Einkomponenten-Binderfasern
wurden aus einem Terephthalat-Copolyester gebildet, der 31 Mol-% 1,4-Cyclohexandimethanol,
69 % Ethylenglycol und eine Dicarbonsäure-Komponente enthielt, die
100 Mol-% Dimethylterephthalat enthielt.
-
Eine
erste Einkomponenten-Binderfaser wurde aus einem ersten Copolyester
gebildet, der in Anwesenheit eines Katalysatorsystems mit einer
geringen Menge an katalytischen Materialien gebildet wurde. Beim ersten
Copolyester fand ein Esteraustausch-Reaktionsschritt in Anwesenheit
eines Katalysatorsystems statt, das 35 ppm Ti (als Tetraisopropyltitanat)
und 46 ppm Mn (als Manganacetat) enthielt. Vor Beginn eines Polykondensationsschrittes
wurden 50 ppm Co (als Cobaltacetat) zum Katalysatorsystem gegeben,
und ein katalytischer Inhibitor, der Merpol®A von
Du Pont umfasste, wurde in einer Menge von 70 ppm P dazugegeben.
Der erste Copolyester wurde mit einer I.V. von 0,47 gebildet und
besaß ein
Denier von etwa 3,3 × 10–4 g/m
(3 Denier).
-
Eine
zweite Einkomponenten-Binderfaser wurde aus den Copolyester-Pellets
von Beispiel 1 mit einer I.V. von 0,47 gebildet. Die Copolyester-Pellets
mit I.V. von 0,47 aus Beispiel 1 wurden in Anwesenheit eines Katalysatorsystems
mit geringerer Konzentration gebildet. Die zweite Einkomponenten-Binderfaser
besaß ein Denier
von etwa 3,3 × 10–4 g/m
(3 Denier).
-
Die
erste und zweite Einkomponenten-Binderfaser wurden mit Polyethylenterephthalat-Fasern
mit einem Denier von 6,7 × 10
–4 g/m
(6 Denier) vereinigt, um einen Vliesstoff zu bilden. Die Binderfaser
umfasste 25 % des Vliesstoffes wobei die Polyethylenterephthalat-Fasern
die anderen 75 % umfassten. Das Vlies, das die Binderfasern enthielt,
wurde aktiviert und einem Bindefestigkeitstest durch die im vorstehenden
Beispiel 2 beschriebenen Verfahren unterzogen, mit der Ausnahme,
dass man die obere und untere Platte einen Spalt aufweisen ließ, um einen
Berührungskontakt
ohne irgendeinen am Druckmesser registrierten Druck zu ermöglichen.
Die Ergebnisse der Bindefestigkeitstests sind nachstehend in Tabelle
3 angegeben. TABELLE
3
-
Wie
anhand der vorstehenden Tabelle 3 gezeigt, schien die Verwendung
von verschiedenen Mengen an Katalysatormaterialien innerhalb des
Bereichs der Erfindung die Bindefestigkeit der Binderfasern, die
mit ähnlichen
inneren Viskositäten
hergestellt waren, nicht signifikant zu beeinflussen.
- Beispiel
4 Einkomponenten-Binderfasern wurden aus Copolyestern gebildet,
die 31 Mol-% 1,4-Cyclohexandimethanol, 69 % Ethylenglycol und eine
Dicarbonsäure-Komponente enthielten,
welche 100 Mol-% Dimethylterephthalat enthielt. Eine erste Einkomponenten-Binderfaser
wurde aus dem zweiten Copolyester mit niedriger I.V., weniger Katalysator
von Beispiel 3 hergestellt. Eine zweite Einkomponenten-Binderfaser
wurde aus dem Copolyester von Beispiel 1 mit einer I.V. von 0,59
hergestellt. Sowohl die erste als auch die zweite Einkomponenten-Binderfaser wurden
durch das in Beispiel 2 beschriebene Verfahren hergestellt. Innig
gemischte, kardierte Vliesstoffe wurden aus der ersten und zweiten
Einkomponenten-Binderfaser durch das in Beispiel 2 beschriebene
Verfahren hergestellt. Bindefestigkeitstests wurden ähnlich jenem,
der in Beispiel 3 beschrieben ist, durchgeführt. Die Ergebnisse der Bindefestigkeitstests
sind nachstehend in Tabelle 4 wiedergegeben.
TABELLE
4 
-
Wie
in Tabelle 4 gezeigt, besaßen
die Binderfasern, die mit der niedrigeren I.V. von 0,47 hergestellt waren,
eine höhere
Bindefestigkeit bei niedrigeren Aktivierungstemperaturen.
- Beispiel
5 PET-Copolyester mit niedriger Viskosität, die eine 30/70 cis/trans-Mischung von 1,4-Cyclohexandimethanol
enthalten.
-
Es
wurde ein Polyethylenterephthalat-Copolyester aus einer Glycol-Komponente
und einer Dicarbonsäure-Komponente
gebildet. Die Glycol-Komponente enthielt 31 Mol-% einer 30/70 cis/trans-Mischung
von 1,4-Cyclohexandimethanol und 69 Mol-% Ethylenglycol. Die Dicarbonsäure-Komponente
umfasste 100 Mol-% Dimethylterephthalat. Der Polyethylenterephthalat-Copolyester
wurde durch ein Schmelzphasen-Polykondensationsverfahren unter Verwendung
eines Katalysatorsystems hergestellt, das 32 ppm Ti, 46 ppm Mn,
50 ppm Co und 70 ppm P enthielt. Der gebildete Polyethylenterephthalat-Copolyester
wies eine I.V. von 0,50 auf.
-
Pellets
dieses Copolyesters wurden 2 Stunden bei 60 °C getrocknet und dann zu Multifilament-Fasern mit
1 × 10–3 g/m
(9 Denier)-Filament unter Verwendung einer Spinndüse mit 332
Löchern
(0,55 mm Öffnung) mit
einer Aufnahmegeschwindigkeit von 1000 m/m, einer Schmelzspinntemperatur
von 240 °C
und einer Extrusionsrate von 19,5 kg pro Stunde (43 Pfund pro Stunde)
schmelzextrudiert. Eine Geschwindigkeit von 4,1 m3 pro
Minute (145 Kubikfuß pro
Minute) wurde verwendet, um die Filamente bei der Extrusion zu quenchen. Die
wie gesponnenen Fasern wurden anschließend in einem Einstufen-Ziehverfahren
unter Verwendung eines Wasserbads bei 68 °C gezogen. Die Fasern wurden
unter Verwendung einer Klappereinheit von 655 mBar (9,5 psi) ohne
Frischdampf so Stauchkammer-gekräuselt,
dass 7,5 Kräuselungen
pro Inch und ein Kräuselwinkel von
90° geliefert
wurden. Die Faser wurde 2 Minuten bei 60 °C in entspanntem Zustand getrocknet.
Es wurde bestimmt, dass die resultierende Spinnfaser 3,3 × 10–4 g/m
(3 Denier) pro Filament aufwies.
-
Ähnlich gute
Ergebnisse wurden erzielt, wenn der Copolyester vor dem Spinnvorgang
nicht getrocknet wurde.
-
Fasern
wurden auch leicht aus PET-Copolyestern produziert, die 22 Mol-%
CHDM (I.V. 0,40) oder 45 Mol-% CHDM (I.V. 0,49) enthielten.
- Beispiel
6 Herstellung von Vliesstoff
-
Eine
Einkomponenten-Binderfaser mit 3,3 × 10–4 g/m
(3 Denier) pro Filament aus Beispiel 5 wurde mit Polyethylenterephthalat-Spinnfasern
(2,5 × 10–4 g/m
(2 1/4 Denier pro Filament) so gemischt, dass eine Mischung geliefert
wurde, die 20 Gew.-% Binderfaser enthielt. Ein ähnlicher gemischter Vliesstoff
mit 42 g/m2 (1 1/4 oz/yd2)
wurde durch Kardieren gebildet. Der Vliesstoff wurde durch Fördern des
Vlieses durch einen Infrarotofen, gefolgt von Heißquetschen
(80 °C),
gebunden. Es wurde eine gute Zugfestigkeit in Maschinen- und Querrichtung
und eine gute Drapierfähigkeit
erhalten.
-
Eine
gute Bindung wurde auch erhalten, indem man das Vlies aus der Karde
durch einen Ofen mit Luftströmung
bei 150 °C
mit zweiminütiger
Verweilzeit leitete.
-
Es
wurde festgestellt, dass Binderfasern aus den Zusammensetzungen
dieser Erfindung auch durch Ultraschall- und Radiofrequenz aktivierbar
sind.
- Beispiel 7 Herstellung von leuchtend gefärbtem Vliesstoff.
-
Ein
50 g/m2 (1 1/2 oz/yd2)-Vliesstoff
wurde ähnlich
wie in Beispiel 6 hergestellt; jedoch war der Matrix-Polyester rot
gefärbt.
Die klaren, nicht-opaken Bindungen, die durch die Einkomponenten-Binderfaser
aus Beispiel 5 geliefert wurden, beeinflussten minimal die Leuchtkraft
des Farbtons. Dies ist ein Vorteil gegenüber mit Isophthalsäure modifizierten
Polyethylenterephthalat-Copolyester-Binderfasern, die im Allgemeinen
opaker sind und häufig
zu einem matten, trüben
Aussehen bei gefärbten
Gütern
beitragen.
- Beispiel 8 Mantel/Kern-Bikomponenten-Faser
-
Eine
50/50 Mantel/Kern-Bikomponenten-Faser wurde unter Verwendung von
Polyethylenterephthalat-Homopolymer (I.V. 0,54) als Kern und einem
Polyethylenterephthalat-Copolyester, der dem von Beispiel 5 ähnlich war
(I.V. 0,41), als Mantel hergestellt. Die Bikomponenten-Faser wurde
wie folgt gebildet: Kristallisierte getrocknete Pellets aus PET
wurden in einem Extruder geschmolzen und als Kern bei einer Schmelztemperatur
von 295 °C
eingespeist. Getrocknete Pellets aus PET-Copolyester wurden zum
Einfülltrichter
des Extruders transportiert, welcher den Mantel-Schmelzstrom einspeiste.
Der Mantelstrom wurde bei einer Schmelztemperatur von 225 °C extrudiert.
Die geschmolzenen Ströme
werden durch eine Spinndüse
mit einer Mantel/Kern-Lochkonfiguration bei Zudosierungsgeschwindigkeiten
coextrudiert, welche so eingestellt sind, dass sie Fasern mit einem
50 % Copolyestermantel/50 % PET-Kern produzieren. Eine ähnliche
35/65 Mantel/Kern-Bikomponenten-Faser wurde ebenfalls in Filament-
und Spinnform erzeugt. Die Fasern wurden mit solchen Ziehrollengeschwindigkeiten
gezogen, dass Fasern aus Filamenten mit 4,4 × 10–4 g/m
(4 Denier) erzeugt wurden, die dann gekräuselt und zu Spinnfasern (51
mm lang) geschnitten wurden.
-
Diese
Zweikomponenten-Binderfasern sind bei der Herstellung von Vliestoffen
und Wattierungsstoffen mit hoher Bauschigkeit in Kombinationen mit
Polyethylenterephthalat und/oder anderen Matrix-Spinnfasern nützlich.
Diese Binderfasern können
auch in 100 %-iger Form verwendet werden.
