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Dokumentenidentifikation DE10327010A1 30.12.2004
Titel Mit thermoplastischem Polyurethan beschichtete Fasern
Anmelder BASF AG, 67063 Ludwigshafen, DE
Erfinder Bertels, Alfons, 49356 Diepholz, DE;
Brand, Johann-Diedrich, 49448 Lemförde, DE;
Friederichs, Stephan, Dr., 49088 Osnabrück, DE;
Mühren, Oliver, 49080 Osnabrück, DE
DE-Anmeldedatum 12.06.2003
DE-Aktenzeichen 10327010
Offenlegungstag 30.12.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 30.12.2004
IPC-Hauptklasse D02G 3/36
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren von Fasern auf der Basis von natürlichen und/oder synthetischen Materialien, die mit einem thermoplastischen Polyurethan auf der Basis von aliphatischen Isocyanaten beschichtet sind.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf Fasern auf der Basis von natürlichen und/oder synthetischen Materialien, die mit einem thermoplastischen Polyurethan auf der Basis von aliphatischen Isocyanaten beschichtet, bevorzugt ummantelt sind, insbesondere auf Fasern, mit denen Ledermaterialen im Automobilinnenraum, bevorzugt Sitze, vernäht sind. Außerdem betrifft die Erfindung Verfahren zur Herstellung dieser erfindungsgemäßen Fasern.

Fasern unterschiedlichster Art und Zusammensetzung sind allgemein bekannt. Als Nahtmaterial für Leder hat sich bislang vor allem Leder selbst bewährt, da die besondere Optik und Haptik dieses Materials durch kein anders Material befriedigend substituiert werden konnte. Im Hinblick auf Preis und Beständigkeit ist aber ein Ersatz von Lederfilamenten zum Vernähen von Leder gerade im Automobilinnenraum besonders erwünscht.

Ziel der vorliegenden Erfindung war es, eine Faser mit einem lederähnlichen Erscheinungsbild zu entwickeln. Insbesondere sollte Nahtmaterial für Leder entwickelt werden, dass insbesondere im Automobilbau eingesetzt werden kann.

Diese Aufgabe konnte durch die eingangs dargestellten Fasern gelöst werden.

Unter dem Ausdruck "Fasern" sind in dieser Schrift auch Fäden, Bänder, Garne und Schnüre zu verstehen.

Bei dem beschichteten Material kann es sich um alle bekannten Materialien, bevorzugt Fasern handeln, wobei unter dem Ausdruck "Fasern" auch in diesem Falle auch Fäden, Bänder, Garne und Schnüre zu verstehen sind. In Frage kommen z.B. Fasern mit einem Durchmesser, d.h. Dicke, zwischen 0,01 mm und 15 mm, besonders bevorzugt 0,5 mm bis 3 mm. Die Fasern können beispielsweise auf Baumwolle, Wolle, Flachs, Sisal und/oder auf sonstigen cellulosischen Materialien und/oder synthetischen Materialien beispielsweise auf Polyamid, Polyester, Polyacrylat, Polypropylen, Polyethylen basieren. Bevorzugt handelt es sich um Naturfasern, d.h. Fasern, die bevorzugt auf pflanzlichen oder tierischen Materialien, besonders bevorzugt Baumwolle und/oder Wolle. Besonders bevorzugt weisen die Fasern, die mit den TPU beschichtet werden eine unregelmäßige Oberfläche auf. Es wurde überraschenderweise gefunden, dass durch Ummantelung von Fasern, Filamenten oder Multifilamentgarnen mit TPU ein lederähnliches Aussehen erzielt wird, wenn die entsprechenden Fasern keine ausgeprägt "ebene Oberfläche" besitzen. Besonders geeignet hierfür sind Fasern, sofern diese nicht in Form eines Glattgarns eingesetzt werden sondern z.B. durch Texturierung derart modifiziert sind dass sie Naturfasern in ihrer Erscheinung ähneln. Durch Extrusion von thermoplastischem Polyurethan in Form eines Filaments, eines Bands oder ähnlichem wird in aller Regel ein Produkt mit einer glatten oder zumindest regelmäßig strukturierten Oberfläche erhalten. Auch durch Ummantelung von glatten Garnen oder Fasern, insbesondere synthetischen Fasern, erhält man ein Material mit einer im wesentlichen ebenen Oberfläche. In beiden Fällen entspricht die äußere Erscheinung nicht dem eines Produkts aus Naturleder, welches vor allem durch seine natürliche, unregelmäßige Oberfläche gekennzeichnet ist. Ein solches Substitutionsprodukt ist jedoch aufgrund seiner Eigenschaften wie Abrieb, Zugfestigkeit, Beständigkeit gegenüber Chemikalien bei gleichzeitig günstigen Herstellungskosten wünschenswert.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen beschichteten Fasern kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass man üblicherweise erweichtes oder bevorzugt geschmolzenes thermoplastisches Polyurethan auf der Basis aliphatischer Isocyanate auf ein natürliches und/oder synthetisches Material nach allgemein bekannten Verfahren beschichtet. Die Beschichtung, d.h. das TPU kann auf der beschichteten Faser eine Dicke zwischen 0,01 mm und 10 mm, besonders bevorzugt 0,1 mm bis 2 mm aufweisen. Die Gesamtdicke der beschichteten Faser beträgt bevorzugt zwischen 0,02 mm und 15 mm, besonders bevorzugt 1 mm bis 5 mm.

Thermoplastische Polyurethane, auch als TPU bezeichnet, und Verfahren zu deren Herstellung sind allgemein bekannt und vielfältig beschrieben. TPU sind teilkristalline Werkstoffe und gehören zu der Klasse der thermoplastischen Elastomere. Sie zeichnen sich unter anderem durch gute Festigkeiten, Abriebe, Weiterreißfestigkeiten und Chemikalienbeständigkeit aus, und können in nahezu beliebiger Härte durch geeignete Rohstoffzusammensetzung hergestellt werden. Zusätzlich bieten TPU den Vorteil einer kostengünstigen Herstellung, beispielsweise nach dem Band- oder dem Reaktionsextruderverfahren, die kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt werden können, und die einfache Thermoplastverarbeitung.

Üblicherweise erfolgt die Herstellung durch die Umsetzung von (a) Diisocyanaten, im vorliegenden Fall aliphatischen Diisocyanaten, mit (b) gegenüber Isocyanaten reaktiven Verbindungen mit einem Molekulargewicht von 500 g/mol bis 8000 g/mol gegebenenfalls in Gegenwart von (c) Kettenverlängerungsmitteln mit einem Molekulargewicht von 60 g/mol bis 499 g/mol, (d) Katalysatoren und/oder (e) üblichen Hilfsstoffen.

Zur Einstellung von Härte der TPUs können die Aufbaukomponenten (b) und (c) in relativ breiten molaren Verhältnissen variiert werden. Bewährt haben sich molare Verhältnisse von Komponente (b) zu insgesamt einzusetzenden Kettenverlängerungsmitteln (c) von 1 : 0,5 bis 1 : 8, insbesondere von 1 : 1 bis 1 : 4, wobei die Härte der TPUs mit zunehmendem Gehalt an (c) ansteigt. Die Umsetzung zur Herstellung der TPU kann bei einer Kennzahl von 0,8 bis 1,2 : 1, bevorzugt bei einer Kennzahl von 0,9 bis 1 : 1 erfolgen. Die Kennzahl ist definiert durch das Verhältnis der insgesamt bei der Umsetzung eingesetzten Isocyanatgruppen der Komponente (a) zu den gegenüber Isocyanaten reaktiven Gruppen, d.h. den aktiven Wasserstoffen, der Komponenten (b) und gegebenenfalls (c) und gegebenenfalls monofunktionellen gegenüber Isocyanaten reaktiven Komponenten als Kettenabruchsmitteln wie z. B. Monoalkoholen. Die Herstellung der thermoplastischen Polyurethane erfolgt üblicherweise im One-shot- oder Prepolymerverfahren auf der Bandanlage oder auf dem Reaktionsextruder. Hierbei werden die zur Reaktion kommenden Komponenten (a), (b) und (c) und gegebenenfalls Kettenabbruchsmitteln gemeinsam oder in bestimmter Reihenfolge vereinigt und zur Reaktion gebracht. Beim Reaktionsextruderverfahren werden die Aufbaukomponenten (a) bis (c) sowie gegebenenfalls Kettenabruchsmitteln, (d) und/oder (e) einzeln oder als Gemisch in den Extruder eingeführt, z.B. bei Temperaturen von 100 bis 250°C, vorzugsweise 140 bis 220°C zur Reaktion gebracht, das erhaltene TPU wird extrudiert, abgekühlt und granuliert.

Die bei der Herstellung der TPUs üblicherweise verwendeten Komponenten (a), (b), (c) sowie gegebenenfalls (e) und/oder (f) sollen im Folgenden beispielhaft beschrieben werden:

  • a) Als Isocyanate, üblicherweise Diisocyanate, können allgemeinen bekannte aliphatische, z.B. auch cycloaliphatische Diisocyanate eingesetzt werden. Als aliphatische Diisocyanate (a) werden beispielsweise Tri-, Tetra-, Penta-, Hexa-, Hepta- und/oder Oktamethylendiisocyanat, 2-Methyl-pentamethylendiisocyanat-1,5, 2-Ethyl-butylen-diisocyanat-1,4, 1-Isocyanato-3,3,5-trimethyl-5-isocyanatomethyl-cyclohexan (Isophoron-diisocyanat, IPDI), 1,4- und/oder 1,3-Bis(isocyanatomethyl)cyclohexan (HXDI), 1,4-Cyclohexan-diisocyanat, 1-Methyl-2,4- und/oder -2,6-cyclohexan-diisocyanat, 4,4'-, 2,4'- und/oder 2,2'-Dicyclohexylmethan-diisocyanat. Bevorzugt wird Hexamethylen-1,6-diisocyanat (Hexamethylendiisocyanat, HDI) als aliphatisches Diisocyanat (a) eingesetzt.
  • b) Als gegenüber Isocyanaten reaktive Verbindungen (b) können allgemein bekannte Polyhydroxylverbindungen mit Molekulargewichten von 500 g/mol bis 8000 g/mol, bevorzugt 600 g/mol bis 6000 g/mol, insbesondere 800 g/mol bis 4000 g/mol, und bevorzugt einer mittleren Funktionalität von 1,8 bis 2,6, bevorzugt 1,9 bis 2,2, insbesondere 2 eingesetzt werden, beispielsweise Polyesterole, Polyetherole und/oder Polycarbonatdiole.

    Bevorzugt werden als (b) Polytetrahydrofuran mit einem Molekulargewicht von 750 bis 5000 g/mol, bevorzugt 750 bis 2500 g/mol und besonders bevorzugt 2000 g/mol eingesetzt. Geeignete Polyetherpolyole werden im allgemeinen nach bekannten Verfahren, beispielsweise durch anionische Polymerisation mit Alkalihydroxiden oder Alkalialkoholaten als Katalysatoren und unter Zusatz mindestens eines Startermoleküls, das 2 bis 8, vorzugsweise 2 bis 6, insbesondere 2 reaktive Wasserstoffatome gebunden enthält, oder durch kationische Polymerisation mit Lewis-Säuren oder Multimetall-Cyanidverbindungen als Katalysatoren aus einem oder mehreren Alkylenoxiden mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen im Alkylenrest hergestellt. Geeignete Alkylenoxide sind beispielsweise Tetrahydrofuran, 1,2- bzw. 2,3-Butylenoxid, Styroloxid und vorzugsweise Ethylenoxid und 1,2-Propylenoxid oder Tetrahydrofuran. Die Alkylenoxide können einzeln, alternierend nacheinander oder als Mischungen verwendet werden. Als Startermoleküle kommen beispielsweise in Betracht: Wasser, organische Dicarbonsäuren, wie Bernsteinsäure, Adipinsäure, Phthalsäure und Terephthalsäure, Alkanolamine, mehrwertige, insbesondere zweiwertige und/oder höherwertige Alkohole, wie Ethandiol, Propandiol-1,2 und -1,3, Diethylenglykol, Dipropylenglykol, Butandiol-1,4, Hexandiol-1,6, Glycerin, Trimethylolpropan, Pentaerythrit, und Saccharose.

    Geeignete Polyesterpolyole können beispielsweise aus organischen Dicarbonsäuren mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise aliphatischen Dicarbonsäuren mit 4 bis 6 Kohlenstoffatomen, und mehrwertigen Alkoholen, vorzugsweise Diolen, mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 2 bis 6 Kohlenstoffatomen hergestellt werden. Als Dicarbonsäuren kommen beispielsweise in Betracht: Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Korksäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Decandicarbonsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Phthalsäure, Isophthalsäure und Terephthalsäure. Die Dicarbonsäuren können dabei sowohl einzeln als auch im Gemisch untereinander verwendet werden. Anstelle der freien Dicarbonsäuren können auch die entsprechenden Dicarbonsäurederivate, wie z.B. Dicarbonsäureester von Alkoholen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen oder Dicarbonsäureanhydride eingesetzt werden. Beispiele für zwei- und mehrwertige Alkohole, insbesondere Diole sind: Ethandiol, Diethylenglykol, 1,2- bzw. 1,3-Propandiol, Dipropylenglykol, 1,4-Butandiol, 1,5-Pentandiol, 1,6-Hexandiol, 1,10-Decandiol, Glycerin und Trimethylolpropan.
  • c) Als Kettenverlängerungsmittel (c) können allgemein bekannte Verbindungen eingesetzt werden, beispielsweise Diamine und/oder Alkandiole mit 2 bis 10 C-Atomen im Alkylenrest, insbesondere Ethylenglykol und/oder Butandiol-1,4, und/oder Hexandiol und/oder Di- und/oder Tri-oxyalkylenglykole mit 3 bis 8 Kohlenstoffatomen im Oxyalkylenrest, bevorzugt entsprechende Oligo-Polyoxypropylenglykole, wobei auch Mischungen der Kettenverlängerer eingesetzt werden können. Als Kettenverlängerer können auch 1,4-Bis-(hydroxymethyl)-benzol (1,4-BHMB), 1,4-Bis-(hydroxyethyl)-benzol (1,4-BHEB) oder 1,4-Bis-(2-hydroxyethoxy)-benzol (1,4-HQEE) zum Einsatz kommen. Bevorzugt werden als Kettenverlängerungsmittel Ethylenglykol, Butandiol und/oder Hexandiol eingesetzt.
  • d) Geeignete Katalysatoren, welche insbesondere die Reaktion zwischen den NCO-Gruppen der Diisocyanate (a) und den Hydroxylgruppen der Aufbaukomponenten (b) und (c) beschleunigen, sind die nach dem Stand der Technik bekannten und üblichen tertiären Amine, wie z.B. Triethylamin, Dimethylcyclohexylamin, N-Methylmorpholin, N,N'-Dimethylpiperazin, 2-(Dimethylaminoethoxy)-ethanol, Diazabicyclo-(2,2,2)-octan und ähnliche sowie insbesondere organische Metallverbindungen wie Titansäureester, Eisenverbindungen wie z.B. Eisen-(III)-acetylacetonat, Zinnverbindungen, z.B. Zinndiacetat, Zinndioctoat, Zinndilaurat oder die Zinndialkylsalze aliphatischer Carbonsäuren wie Dibutylzinndiacetat, Dibutylzinndilaurat oder ähnliche. Die Katalysatoren werden üblicherweise in Mengen von 0,0001 bis 0,1 Gew.-Teilen pro 100 Gew.-Teile – Polyhydroxylverbindung (b) eingesetzt.

    Neben Katalysatoren können den Aufbaukomponenten (a) bis (d) auch übliche Hilfsstoffe (e) hinzugefügt werden. Genannt seien beispielsweise oberflächenaktive Substanzen, Glasfasern, Flammschutzmittel, Keimbildungsmittel, Gleit- und Entformungshilfen, Farbstoffe und Pigmente, Inhibitoren, Stabilisatoren gegen Hydrolyse, Licht, Hitze, Oxidation oder Verfärbung, Schutzmittel gegen mikrobiellen Abbau, anorganische und/oder organische Füllstoffe, Verstärkungsmittel und Weichmacher. Genannt seien auch Additive, die speziell in dieser genannten Erfindung zu einer Haftverbesserung zwischen TPU und Holz, Spanplatte bzw. Holzersatzstoffen führen. Solche Haftverbesserer können z. B. Isocyanat enthaltende Additive sein. Genannte Hilfsstoffe bzw. Additive können dem TPU direkt bei der Synthese oder erst bei der thermoplastischen Verarbeitung in Substanz oder eingearbeitet in einem Träger, z. B. TPU, als sogenannte Masterbatches zugesetzt werden.

Neben den genannten Rohstoffen (a)–(e) können auch Kettenabbruchsmittel mit einem Molekulargewicht von 46 bis 499 eingesetzt werden. Solche Kettenabbruchsmittel sind Verbindungen, die lediglich eine gegenüber Isocyanaten reaktive funktionelle Gruppe aufweisen, wie z.B. Monoalkohole. Durch solche Kettenabbruchsmittel kann das Fließverhalten gezielt eingestellt werden.

Nähere Angaben über die oben genannten Hilfsmittel- und Zusatzstoffe sind der Fachliteratur zu entnehmen. Alle in dieser Schrift genannten Molekulargewichte weisen die Einheit [g/mol] auf und stellen das Zahlenmittel des Molekulargewichtes dar.


Anspruch[de]
  1. Fasern auf der Basis von natürlichen und/oder synthetischen Materialien, die mit einem thermoplastischen Polyurethan auf der Basis von aliphatischen Isocyanaten beschichtet sind.
  2. Fasern gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem beschichteten Material um Baumwoll- und/oder Wollfasern handelt.
  3. Fasern gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Polyurethan auf Hexamethylendiisocyanat als Isocyanat basiert.
  4. Ledermaterialen im Automobilinnenraum, die mit Fasern gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 vernäht sind.
  5. Verfahren zur Herstellung von Fasern gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man thermoplastisches Polyurethan auf der Basis aliphatischer Isocyanate auf ein natürliches und/oder synthetisches Material beschichtet oder extrudiert.
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