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Dokumentenidentifikation DE60313305T2 27.12.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001485527
Titel REVERSIBLE, THERMOFIXIERTE, ELASTISCHE FASERN, HERSTELLUNGSVERFAHREN UND DARAUS HERGESTELLTE ARTIKEL
Anmelder Dow Global Technologies, Inc., Midland, Mich., US
Erfinder PATEL, Rajen M., Lake Jackson, TX 77566, US;
REID, Rona L., Houston, TX 77075, US;
BATISTINI, Antonio, CH-8134 Adliswil, CH;
BENSASON, Selim, Houston, TX 77030, US;
HO, Thoi H., Lake Jackson, TX 77566, US
Vertreter Weickmann & Weickmann, 81679 München
DE-Aktenzeichen 60313305
Vertragsstaaten AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, RO, SE, SI, SK, TR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 11.03.2003
EP-Aktenzeichen 037115383
WO-Anmeldetag 11.03.2003
PCT-Aktenzeichen PCT/US03/07591
WO-Veröffentlichungsnummer 2003078705
WO-Veröffentlichungsdatum 25.09.2003
EP-Offenlegungsdatum 15.12.2004
EP date of grant 18.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.12.2007
IPC-Hauptklasse D01F 6/30(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse D01F 6/70(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   D02G 3/32(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   D04H 1/42(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
BEREICH DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen elastischer Fasern, Stoffen und anderen Gegenständen mit neuen Thermofixiereigenschaften. Diese Fasern können verwendet werden, um gewebte oder gestrickte Stoffe oder ungewebte bzw. Vliesmaterialien herzustellen. In einer noch anderen Hinsicht betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung umhüllter Fasern, umfassend einen elastischen Kern und eine unelastische Hülle, während unter einem noch anderen Aspekt die Erfindung solche Fasern betrifft, bei welchen der Kern ein quervernetztes Polymer, z.B. ein Olefinpolymer, ist und die Hülle eine natürliche Faser, z.B. Baumwolle oder Wolle, ist.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Fasern mit ausgezeichneter Elastizität sind erforderlich zum Herstellen einer Vielzahl von Stoffen, die wiederum verwendet werden, zum Herstellen einer Vielzahl von dauerhaften Gegenständen, wie etwa z.B. Sportkleidung, Möbelpolsterung und Hygieneartikel. Elastizität ist ein Leistungsattribut und ist ein Maß der Eignung eines Stoffes sich an den Körper eines Trägers oder an den Rahmen eines Gegenstandes anzupassen. Vorzugsweise wird der Stoff seine Anpassung während wiederholter Anwendung, z.B. während wiederholter Ausdehnungen und Zusammenziehungen am Körper und bei anderen erhöhten Temperaturen (wie etwa denjenigen, die während des Waschens und Trocknens des Stoffes auftreten) beibehalten.

Fasern werden typischerweise als elastisch charakterisiert wenn sie einen hohen Prozentanteil elastischer Erholung (d.h. eine geringe bleibende Verformung) nach Anwendung einer Vorspannkraft zeigen. Idealerweise sind elastische Materialien gekennzeichnet durch eine Kombination aus drei wichtigen Eigenschaften: (i) eine niedere bleibende Verformung, (ii) eine niedere Spannung oder Belastung bei Beanspruchung bzw. Verformung und (iii) eine niedere Spannungs- oder Belastungsrelaxation. In anderen Worten sind elastische Materialien dadurch gekennzeichnet, dass sie die folgenden Eigenschaften aufweisen (i) eine niedere Spannungs- oder Belastunganforderung (d.h. eine niedere Vorspannungskraft) um das Material zu dehnen, (ii) keine oder niedere Relaxation der Spannung oder Entlastung wenn das Material gestreckt bzw. gedehnt wird, und (iii) vollständige oder hohe Rückgewinnung der ursprünglichen Abmessungen nachdem das Dehnen, Vorspannen oder die Streckkraft nicht weiter angewendet wird.

Thermofixierung ist das Verfahren des Unterziehens einer Faser oder eines Gegenstands, der aus der Faser hergestellt ist, z.B. ein Stoff, unter Formzwang einer erhöhten Temperatur, typischerweise einer Temperatur, die höher ist als jede Temperatur, die die Faser oder der Gegenstand wahrscheinlich beim nachfolgenden Bearbeiten (z.B. Färben) oder nachfolgender Anwendung (z.B. Waschen, Trocknen und/oder Bügeln) erfährt. Der Zweck der Thermofixierung einer Faser oder eines Gegenstands ist es Formstabilität zu verleihen, z.B. Verhinderung oder Inhibierung von Dehnung oder Schrumpfung. Die strukturellen Mechanismen der Thermofixierung hängen von einer Vielzahl von Faktoren ab, einschließlich Fasermorphologie, Faserkohäsionswechselwirkungen und thermische Übergänge.

Elastische Fasern, sowohl umhüllte als auch nichtumhüllte, werden während des Strickens, Webens und dgl. typischerweise gedehnt bzw. gestreckt, d.h. sie erfahren eine Vorspannkraft, die zu einer Dehnung oder Verlängerung der Faser führt. Ein großes Dehnungsausmaß, selbst bei Umgebungstemperatur, erzeugt eine bleibende Verformung, d.h. ein Teil der Dehnung, die erfolgt ist, geht nicht zurück wenn die Vorspannkraft entfernt wird. Das Unterziehen der gedehnten bzw. gestreckten Faser unter Wärme kann die bleibende Verformung erhöhen, woraus eine Faser resultiert, die „thermofixiert" ist. Die Faser nimmt so eine neue relaxierte bzw. entspannte Länge an, die länger ist als ihre ursprüngliche Länge vor der Streckung. Basierend auf der Erhaltung des Volumens wird das neue Denier, d.h. der Faserdurchmesser, um einen Faktor der bleibenden Verformung erniedrigt, d.h. das neue Denier ist gleich dem ursprünglichen Denier, dividiert durch das Verhältnis der bleibenden Verformung bzw. bleibenden Verstreckung. Dies ist bekannt als „Redenieren" („Redenieren") und wird als ein wichtiges Leistungsattribut elastischer Fasern und Stoffe, die aus Fasern hergestellt sind, erachtet. Die Verfahren der Thermofixierung und des Redenierens einer Faser oder eines Gegenstands sind vollständiger beschrieben in den Thermofixierungsversuchen, die in den bevorzugten Ausführungsformen angegeben sind.

Spandex ist ein segmentiertes elastisches Polyurethanmaterial, von dem bekannt ist, dass es nahezu ideale elastische Eigenschaften zeigt. Jedoch zeigt Spandex schlechte Beständigkeit unter Umweltbedingungen gegenüber Ozon, Chlor und hohen Temperaturen, im Besonderen in der Gegenwart von Feuchtigkeit. Solche Eigenschaften, im Besonderen das Fehlen einer Beständigkeit gegenüber Chlor, bewirkt, dass Spandex verschiedene Nachteile in Kleidungsanwendungen aufwirft, wie etwa bei Badebekleidung und weißen Bekleidungen, die wünschenswerterweise in der Gegenwart von Chlorbleiche gewaschen werden.

Darüber hinaus wird aufgrund seiner harte Domäne/weiche Domäne-Segmentstruktur eine Spandexfaser nicht reversibel thermofixieren. Bei Spandex umfasst Thermofixierung das Brechen und die Neubildung von molekularen Bindungen. Die Faser behält keine „Erinnerung" an ihre ursprüngliche Länge und folglich hat sie keine Antriebskraft, um sie in ihre Orientierung vor dem Erwärmen zurückzuführen. Das Thermofixieren ist nicht reversibel.

Elastische Fasern und andere Materialien, die Polyolefine umfassen, einschließlich homogen verzweigte lineare oder im Wesentlichen lineare Ethylen/&agr;-Olefininterpolymere, sind bekannt, z.B. USP 5,272,236, 5,278,272, 5,322,728, 5,380,810, 5,472,775, 5,645,542, 6,140,442 und 6,225,243. Diese Materialien sind ebenfalls dafür bekannt, dass sie gute Beständigkeit gegenüber Ozon, Chlor und hoher Temperatur zeigen, insbesondere in der Gegenwart von Feuchtigkeit. Jedoch ist ebenfalls bekannt, dass Polyolefinpolymermaterialien beim Unterziehen unter erhöhte Temperaturen schrumpfen, d.h. bei Temperaturen über Umgebungs- oder Raumtemperatur.

Das Konzept zum Quervernetzen von Polyethylen zum Erhöhen seiner Hochtemperaturstabilität ist bekannt. WO 99/63021 und US 6,500,540 beschreiben elastische Gegenstände, umfassend im Wesentlichen gehärtete, bestrahlte oder quervernetzte (oder härtbare, bestrahlbare oder quervernetzbare) homogen verzweigte Ethyleninterpolymere, gekennzeichnet durch eine Dichte von weniger als 0,90 g/cm3 und optional enthaltend mindestens ein Stickstoffstabilisierungsmittel. Diese Gegenstände sind geeignet in Anwendungen, worin gute Elastizität beibehalten werden muss bei erhöhten Verarbeitungstemperaturen und nach dem Waschen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß der Erfindung wird eine revertierte, thermofixierbare elastische Faser beschrieben. Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren zum Herstellen einer revertierten, thermofixierten elastischen Faser, worin

  • a) eine Faser, die ein thermoplastisches Polymer umfasst, gestreckt wird unter Anwendung einer Vorspannkraft;
  • b) die Faser auf mindestens die niedrigste Temperatur erhitzt wird, bei welcher zumindest ein Teil der Kristallite des Polymers geschmolzen wird (die „Thermofixierungstemperatur");
  • c) die Faser unter die Thermofixierungstemperatur gekühlt wird;
  • d) die Vorspannkraft entfernt wird;
  • e) die Faser erneut über die Thermofixierungstemperatur ohne eine Vorspannkraft erhitzt wird, so dass die Faser auf oder nahezu auf ihre Länge vor dem Strecken zurückkehrt.

Die Faser kann ein Gemisch von Polymeren umfassen. Sie kann eine Homophil-, Bikomponenten- oder Multikomponentenkonfiguration aufweisen; und sie kann zu einem Garn geformt werden. Das Polymer kann z.B. ein thermoplastischs Urethan oder Olefin sein.

Die Faser kann in der Form eines Garns sein, umfassend einen elastischen Faserkern, umfassend ein im Wesentlichen quervernetztes, temperaturstabiles Olefinpolymer und eine unelastische Faserhülle bzw. Faserummantelung.

Die Erfindung liefert auch ein Verfahren zum Herstellen eines revertierten, thermofixierten Garns, wobei das Garn umfasst:

  • A. eine elastische Faser, umfassend ein temperaturstabiles Polymer mit einem Schmelzpunkt; und
  • B. eine unelastische Faser;

    wobei das Verfahren umfasst:

    (a) Strecken der elastischen Faser durch Anwenden einer Streckkraft auf die Faser;

    (b) Überführen der gestreckten elastischen Faser aus (a) und der unelastischen Faser in ein Garn;

    (c) Wickeln des Garns aus (b) auf eine Spule;

    (d) Erhitzen des Garns aus (c) auf eine Temperatur über einer Temperatur, bei welcher mindestens ein Teil der Kristallite des Polymers geschmolzen wird; und

    (e) Kühlen des Garns aus (d) auf eine Temperatur unter der Temperatur von Schritt (d);

    (f) Entfernen der Streckkraft von der Faser und

    (g) Erhitzen des Garns ohne eine Streckkraft über eine Temperatur, bei welcher zumindest ein Teil der Kristallite geschmolzen wird, so dass die Länge des Garns, das in Schritt (g) erhalten wird, geringer ist als die Länge des in Schritt (f) erhaltenen Garns.

In einer anderen Ausführungsform liefert die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines thermofixierten Stoffes, umfassend eine revertierte, thermofixierte, ummantelte Faser, wobei die umhüllte bzw. ummantelte Faser umfasst:

  • A. Einen Kern, umfassend eine elastische Faser, umfassend ein im Wesentlichen quervernetztes, temperaturstabiles Olefinpolymer; und
  • B. Eine Hülle, umfassend eine unelastische Faser.

In einer anderen Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Hervorbringen eines revertierten, thermofixierten elastischen Materials, z.B. einer Folie oder eines nichtgewebten Stoffes, umfassend:

  • A. Ein elastisches Material, umfassend ein im Wesentlichen quervernetztes, temperaturstabiles Olefinpolymer; und
  • B. Ein unelastisches Material.

Repräsentativ für die Olefinpolymere, die als die elastische Faser in dieser Erfindung verwendet werden können, sind homogen verzweigte Ethylenpolymere und die homogen verzweigten, im Wesentlichen linearen Ethylenpolymere. Beispiele der unelastischen Fasern, die als Hülle verwendet werden können, sind die Naturfasern, z.B. Baumwolle oder Wolle.

Umhüllte Fasern umfassen einen Kern und eine Hülle. Für die Zwecke dieser Erfindung umfasst der Kern ein oder mehrere elastische Fasern und die Hülle umfasst ein oder mehrere unelastische Fasern. Zum Zeitpunkt des Aufbaus der umhüllten Faser und ihrer entsprechenden nichtgestreckten Zustände ist die Hülle länger, typischerweise wesentlich länger als die Kernfaser. Die Hülle umgibt den Kern auf eine herkömmliche Art, typischerweise in einer Spiralumhüllungskonfiguration. Nicht umhüllte Fasern sind Fasern ohne eine Hülle. Für die Zwecke dieser Erfindung ist eine geflochtene Faser oder ein geflochtenes Garn, d.h. eine Faser, die aus zwei oder mehr Fasersträngen oder Filamenten (elastisch und/oder unelastisch) mit etwa gleicher Länge in ihren entsprechenden ungestreckten Zuständen miteinander verwunden oder umeinander verwickelt, eine nichtumhüllte Faser. Diese Garne können jedoch sowohl als der Kern als auch die Hülle der umhüllten Faser verwendet werden. Für die Zwecke dieser Erfindung sind Fasern, die aus einem elastischen Kern, der in eine elastische Umhüllung eingewickelt ist, keine umhüllten Fasern.

Die vollständige oder wesentliche Reversibilität der Thermofixierungsstreckung, die einer Faser oder einem Gewebe, das aus der Faser hergestellt ist, verliehen wird, kann eine nützliche Eigenschaft sein. Wenn z.B. eine umhüllte Faser thermofixiert werden kann vor dem Färben und/oder Weben sind die Färbe- und/oder Web-Verfahren aufgrund dessen effizienter, dass die Faser weniger dazu neigt während den Verwindungsschritten sich zu strecken bzw. dehnen. Dies kann umgekehrt nützlich sein bei Färbe- und Webschritten, worin die Faser zuerst auf eine Spule gewickelt wird. Wenn das Färben und/oder Weben abgeschlossen ist, kann die umhüllte Faser oder der Stoff, der die umhüllte Faser umfasst, relaxiert werden. Diese Technik verringert nicht nur die Menge an Fasern, die erforderlich ist für einen speziellen Webschritt, sondern wird ebenfalls vor einem nachfolgenden Schrumpfen schützen.

In einer alternativen Ausführungsform dieser Erfindung wird eine elastische reversible thermofixierte, nicht umhüllte Faser mit einer (einem) harten (d.h. unelastischen) Faser oder Garn zusammengestrickt oder gewebt, z.B. nebeneinander bei einem Stricken oder in einer oder beiden Richtungen beim Webens, um eine Faser zu erzeugen, die reversibel thermofixiert ist. In einer anderen alternativen Ausführungsform kann die reversible thermofixierte Faser zu einer nichtgewebten Schicht gemacht werden, dann zu einer unelastischen Folie oder einem nichtgewebten Gegenstand laminiert werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine schematische Darstellung einer vorgestreckten umhüllten Faser, umfassend einen elastischen Kern und eine unelastische Hülle.

2 ist eine schematische Darstellung einer nachgestreckten umhüllten Faser, umfassend einen elastischen Kern und eine unelastische Hülle.

3 ist eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Färben und Weben einer gestreckten und relaxierten umhüllten Faser.

4 zeigt Ladungs-Dehnungskurven für Lycra, thermofixiert bei 200 °C für 1 min.

5 zeigt die Wirkung der Thermofixierungstemperatur auf die Belastungsdehnungskurven für Lycra, thermofixiert für 1 Minute bei 3-fachem Streckverhältnis bei 190, 200 und 210 °C.

6 ist ein Graph des verwendeten Streckverhältnisses für AFFINITY, thermofixiert bei 200 °C für 1 min.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG Allgemeine Definitionen

„Faser" bedeutet ein Material, worin das Verhältnis von Länge zu Durchmesser größer als 10 ist. Die Faser wird typischerweise klassifiziert entsprechend ihres Durchmessers. Filamentfaser ist im Allgemeinen so definiert, dass sie einen Einzelfaserdurchmesser von größer als 15 Denier, üblicherweise größer als 30 Denier, aufweist. Fein-Denier-Faser betrifft im Allgemeinen eine Faser mit einem Durchmesser von weniger als 15 Denier. Mikrodenierfaser ist im Allgemeinen definiert als eine Faser mit einem Durchmesser von weniger als 100 Mikro-Denier.

„Filamentfaser" oder „Monofilamentfaser" bedeutet einen einzelnen, kontinuierlichen Materialstrang mit unendlicher (d.h. nicht vorbestimmter) Länge, im Gegensatz zu einer „Stapelfaser", die ein diskontinuierlicher Materialstrang mit endlicher Länge (d.h. ein Strang, der geschnitten worden ist oder auf andere Art und Weise in Segmente einer vorbestimmten Länge aufgeteilt wurde) ist. „Multifilamentfaser" bedeutet eine Faser, umfassend zwei oder mehrere Monofilamente.

„Photoinitiator" bedeutet eine chemische Zusammensetzung, die beim Aussetzen unter UV-Strahlung Radikalstellen auf einem Polymer erzeugt.

„Photoquervernetzer" bedeutet eine chemische Zusammensetzung, die in der Gegenwart eines Radikal-erzeugenden Initiators eine kovalente Quervernetzung zwischen zwei Polymerketten bildet.

„Photoinitator/Quervernetzer" bedeutet eine chemische Zusammensetzung, die bei Aussetzen an UV-Strahlung zwei oder mehrere reaktive Spezies erzeugt (z.B. freie Radikale, Carbene, Nitrene, usw.), die eine kovalente Quervernetzung zwischen zwei Polymerketten bilden können.

„UV-Strahlung", „UV-Licht" und ähnliche Ausdrücke bedeuten den Strahlungsbereich über das elektromagnetische Spektrum von 150 bis 700 Nanometer Wellenlänge. Für die Zwecke dieser Erfindung umfasst UV-Strahlung sichtbares Licht.

„Temperaturstabil" und ähnliche Ausdrücke bedeuten, dass die Faser oder eine andere Struktur oder ein anderer Gegenstand im Wesentlichen ihre Elastizität beibehalten werden während wiederholter Streckungen bzw. Extensionen und Zusammenziehungen nach dem Behandeln bei 200 °C, z.B. bei Temperaturen, wie etwa denjenigen, die während des Herstellens, Verarbeitens (z.B. Färben) und/oder Reinigens eines Stoffes oder einer anderen Struktur oder einem anderen Gegenstand, die aus der Faser hergestellt werden, zur Anwendung kommen.

„Elastisch" bedeutet, dass eine Faser mindestens 50 Prozent ihrer Strecklänge nach dem ersten und nach dem vierten Ziehen auf 100% Spannung (das Doppelte der Länge) zurückgewinnt. Elastizität kann auch durch die „bleibende Verformung" der Faser beschrieben werden. Die bleibende Verformung ist das umgekehrte der Elastizität. Eine Faser wird bis zu einem bestimmten Punkt gestreckt und nachfolgend losgelassen auf die ursprüngliche Position vor dem Strecken und dann erneut gestreckt. Der Punkt, an welchem die Faser eine Last zu ziehen beginnt, wird als die prozentuale bleibende Verformung bezeichnet. „Elastische Materialien" werden in der Technik ebenfalls als „Elastomere" und als „elastomer" bezeichnet. Elastisches Material (manchmal als ein elastischer Gegenstand bezeichnet) umfasst das Polymer an sich als auch, ohne darauf begrenzt zu sein, das Polymer in der Form einer Faser, einer Folie, eines Streifens, eines Bandes, einer Bahn, eines Blatts, einer Beschichtung, eines Formteils und dgl. Das bevorzugte elastische Material ist eine Faser. Das elastische Material kann entweder gehärtet oder ungehärtete, bestrahlt oder unbestrahlt und/oder quervernetzt oder nichtquervernetzt sein. Für Wärmereversibilität wird die elastische Faser vorzugsweise quervernetzt oder gehärtet.

„Nichtelastisches Material" bedeutet ein Material, z.B. eine Faser, das nicht elastisch ist, wie oben definiert.

„Wärmehärtung" bzw. „Thermofixierung" und ähnliche Ausdrücke bedeuten ein Verfahren, worin Fasern, Garne oder Stoffe auf eine letztendliche Kräuselung oder molekulare Konfiguration erhitzt werden, um Veränderungen der Form während der Anwendung zu minimieren. Eine „thermofixierte Faser" oder ein anderer thermofixierter Gegenstand ist eine Faser oder ein Gegenstand, auf welche bzw. welchen ein Thermofixierungsverfahren angewendet worden ist. In einer Ausführungsform ist eine „thermofixierte" Faser oder ein anderer Gegenstand, umfassend ein thermoplastisches Polymer, gestreckt worden unter einer Vorstreckkraft, erwärmt worden auf mindestens die niedrigste Temperatur, bei welcher mindestens ein Teil der Kristallite des Polymers geschmolzen wird (hier nachfolgend bezeichnet als „Thermofixierungstemperatur"), gekühlt worden auf unter die Thermofixierungstemperatur und dann wurde die Vorstreckkraft entfernt. Eine „revertierte thermofixierte Faser" ist eine thermofixierte Faser, die wieder erwärmt wurde über die Thermofixierungstemperatur des Polymers ohne eine Vorspannkraft bzw. Vorstreckkraft und die auf oder nahezu auf ihre Vorstrecklänge bzw. Länge vor dem Stecken zurückkehrt. Eine „reversibel thermofixierbare Faser" oder eine „revertierbar thermofixierbare Faser" ist eine Faser (oder eine andere Struktur, z.B. eine Folie), bei der, falls thermofixiert, dann die Thermofixierungseigenschaft der Faser revertiert werden kann beim Erhitzen der Faser, in der Abwesenheit einer Vorstreckkraft, auf eine Temperatur über den Schmelzpunkt des Polymers, aus welchem die Faser hergestellt ist.

„Bestrahlt" oder „angestrahlt" bedeutet dass das elastische Polymer oder die elastische Polymerzusammensetzung oder der Formgegenstand, der aus dem elastischen Polymer oder der elastischen Polymerzusammensetzung besteht, mindestens 3 Megarad (oder dem Äquivalent von 3 Megarad) Strahlungsdosis unterzogen wurde, unabhängig davon ob dies zu einer gemessenen Abnahme des Prozentanteils von Xylol-extrahierberen Substanzen führte (d.h. einer Zunahme an unlöslichem Gel). Vorzugsweise resultiert wesentliches Quervernetzen aus der Bestrahlung. „Bestrahlt" oder „angestrahlt" kann ebenfalls die Verwendung von UV-Strahlung mit einem geeigneten Dosisgrad zusammen mit optionalen Photoinitatoren und Photoquervernetzern, um ein Quervernetzen zu induzieren, betreffen.

„Wesentlich quervernetzt" und ähnliche Ausdrücke bedeuten, dass das Polymer, geformt oder in der Form eines Gegenstands, Xylol-extrahierbare Substanzen von weniger oder gleich 70 Gewichtsprozent (d.h. größer als oder gleich 30 Gewichtsprozent Gelgehalt), vorzugsweise weniger als oder gleich 40 Gewichtsprozent (d.h. mehr als oder gleich 60 Gewichtsprozent Gelgehalt) aufweist. Xylol-extrahierbare Substanzen (und Gelgehalt) werden bestimmt gemäß ASTM D-2765.

„Gehärtet" und „wesentlich gehärtet" bedeuten, dass das Polymer, geformt oder in der Form eines Gegenstands, einer Behandlung unterzogen oder ausgesetzt wurde, die wesentliches Quervernetzen induzierte.

„Härtbar" und „quervenetzbar" bedeutet, dass das Polymer, geformt oder in der Form eines Gegenstands, nicht gehärtet oder quervernetzt ist und keiner Behandlung ausgesetzt oder unterzogen wurde, die wesentliches Quervernetzen induzierte (wenngleich das Polymer, geformt oder in der Form eines Gegenstands, Additiv(e) umfasst oder Funktionalität umfasst, welche wesentliches Quervernetzen bei Aussetzen oder Unterziehen einer solchen Behandlung bewirkt (bewirken)).

„Homofilamentfaser" bedeutet eine Faser, die eine einzelne Polymerregion oder -domäne über ihre Länge aufweist und die keine anderen verschiedenen Polymerregionen bzw. Polymerbereiche aufweist (wie dies der Fall bei einer Zweikomponentenfaser ist).

„Zweikomponentenfaser" bedeutet eine Faser, die zwei oder mehrere verschiedene Polymerbereiche oder Domänen über ihre Länge aufweist. Zweikomponentenfasern sind ebenfalls bekannt als konjugierte oder Mehrkomponentenfasern. Die Polymere sind üblicherweise verschieden voneinander, wenngleich zwei oder mehrere Komponenten das gleiche Polymer umfassen können. Die Polymere sind im Wesentlichen in verschiedenen Zonen über den Querschnitt der Zweikomponentenfaser angeordnet und erstrecken sich üblicherweise kontinuierlich entlang der Länge der Zweikomponentenfaser. Die Konfiguration einer Zweikomponentenfaser kann z.B. eine Hülle/Kern- (oder Umhüllung/Kern)-Anordnung (worin ein Polymer von einem anderen umgeben ist), eine Seitean-Seite-Anordnung, eine Kuchenanordnung oder eine „Inseln-im-See"-Anordnung sein. Zweikomponentenfasern sind weiter beschrieben in USP 6,225,243, 6,140,442, 5,382,400, 5,336,552 und 5,108,820.

„Schmelzblasfasern" sind Fasern, die gebildet werden durch Extrudieren einer geschmolzenen thermoplastischen Polymerzusammensetzung durch eine Vielzahl von feinen, üblicherweise kreisförmige, Düsenkapillaren als geschmolzene Fäden oder Filamente in umgebende Hochgeschwindigkeitsgasströme (z.B. Luft), die dazu dienen, die Durchmesser der Fäden oder Filamente zu verringern. Die Filamente oder Fäden werden durch die Hochgeschwindigkeitsgasströme getragen und auf einer Sammeloberfläche abgesetzt, um ein Gewebe aus statistisch verteilten Fasern mit mittleren Durchmessern, im Allgemeinen kleiner als 10 Mikrometer, zu bilden.

„Schmelzspinnfasern" sind Fasern, die gebildet werden durch Schmelzen mindestens eines Polymers und dann Ziehen der Faser im geschmolzenen Zustand auf einen Durchmesser (oder eine andere Querschnittsform), die kleiner ist als der Durchmesser (oder die andere Querschnittsform) der Düse.

„Spinngebundene Fasern" sind Fasern, die gebildet werden durch Extrudieren einer geschmolzenen thermoplastischen Polymerzusammensetzung als Filamente durch mehrere feine, üblicherweise kreisförmige, Düsenkapillaren einer Spinndüse. Der Durchmesser der extrudierten Filamente wird rasch verringert und dann werden die Filamente auf einer Sammeloberfläche abgelegt, um ein Gewebe aus statistisch verteilten Fasern mit einem mittleren Durchmesser zu bilden, der im Allgemeinen zwischen etwa 7 und etwa 30 Mikrometer ist.

„Nichtgewebt" bedeutet ein Gewebe oder einen Stoff mit einer Struktur aus einzelnen Fasern oder Fäden, die statistisch ineinandergelegt sind, jedoch nicht auf eine identifizierbare Art, wie im Falle eines gestrickten Stoffs. Die elastische Faser der vorliegenden Erfindung kann verwendet werden, um nichtgewebte Strukturen als auch Verbundstrukturen aus elastischem nichtgewebtem Gewebe in Kombination mit nicht elastischen Materialien herzustellen.

„Garn" bedeutet einen kontinuierlichen Strang aus Textilfasern, Filamenten oder Material in einer Form, die geeignet ist zum Stricken, Weben oder andersartigem ineinander verwickeln, um einen Textilstoff zu bilden. Die kontinuierliche Länge kann zwei oder mehr Fasern umfassen, die verwickelt oder auf andere Art und Weise miteinander verknüpft werden. Ein „umhülltes" Garn oder eine umhüllte Faser bedeutet eine Verbindungsstruktur, die unterscheidbare innere („Kern") und äußere („Hülle") faserförmige Elemente enthält, die verschieden sein können. Eines, keines oder beide aus dem Kern oder der Hülle der umhüllten Fasern dieser Erfindung können ein Garn umfassen. Wenn der Kern ein Garn ist, sollten alle Monofilamente, die das Kerngarn bilden, elastisch sein.

Polymere

Jedes temperaturstabile, elastische Polymer, das reversible Thermofixierbarkeit zeigt, kann in der Praxis dieser Erfindung verwendet werden. Entsprechend sollte das Polymer einen Kristallschmelzpunkt haben, um anwendbar in dieser Erfindung zu sein. Die bevorzugte Klasse geeigneter Polymere sind quervernetzte thermoplastische Polyolefine.

Während eine Vielzahl von Polyolefinpolymeren in der Praxis dieser Erfindung verwendet werden kann, z.B. Polyethylen, Polypropylen, Polypropylencopolymere, Ethylen/Styrol-Interpolymere (ESI) und katalytisch modifizierte Polymere (CMP), z.B. teilweise oder vollständig hydriertes Polystyrol oder Styrol/Butadien/Styrol-Blockcopolymere, Polyvinylcyclohexan, EPDM, sind Ethylenpolymere bevorzugte Polyolefinpolymere. Homogen verzweigte Ethylenpolymere sind mehr bevorzugt und homogen verzweigte, im Wesentlichen lineare Ethyleninterpolymere sind besonders bevorzugt.

„Polymer" bedeutet eine polymere Verbindung, hergestellt durch Polymerisieren von Monomeren, entweder vom gleichen oder von einem verschiedenen Typ. Der generische Ausdruck „Polymer" umfasst die Ausdrücke „Homopolymer", „Copolymer", „Terpolymer" als auch „Interpolymer".

„Interpolymer" bedeutet ein Polymer, hergestellt durch die Polymerisation von mindestens zwei verschiedenen Typen von Monomeren. Der generische Ausdruck „Interpolymer" umfasst den Ausdruck „Copolymer" (der üblicherweise verwendet wird, um ein Polymer, das aus zwei verschiedenen Monomeren hergestellt ist, zu beschreiben) als auch den Ausdruck „Terpolymer" (der üblicherweise verwendet wird, um ein Polymer, das aus drei verschiedenen Typen von Monomeren hergestellt wird, zu beschreiben).

„Polyolefinpolymer" bedeutet ein thermoplastisches Polymer, das von einem oder mehreren einfachen Olefinen abgeleitet ist. Das Polyolefinpolymer kann ein oder mehrere Substituenten tragen, z.B. eine funktionelle Gruppe, wie etwa ein Carbonyl, Sulfid, usw. Für die Zwecke dieser Erfindung umfassen „Olefine" aliphatische und aromatische Verbindungen mit einer oder mehreren Doppelbindungen. Repräsentative Olefine umfassen Ethylen, Propylen, 1-Buten, 1-Hexen, 1-Octen, 4-Methyl-1-penten, Butadien, Cyclohexen, Dicyclopentadien, Styrol, Toluol, &agr;-Methylstyrol und dgl.

„Katalytisch modifiziertes Polymer" bedeutet ein hydriertes aromatisches Polymer, wie etwa diejenigen, die in USP 6,172,165 gelehrt werden. Beispielhafte CMPs umfassen die hydrierten Blockcopolymere aus einer Vinyl-aromatischen Verbindung und einem konjugierten Dien, z.B. ein hydriertes Blockcopolymer aus Styrol und einem konjugierten Dien.

Die bevorzugten Polymere, die in dieser Erfindung verwendet werden, sind Ethyleninterpolymere von Ethylen mit mindestens einem C3-C20-&agr;-Olefin und/oder C4-C18 Diolefin und/oder Alkenylbenzol. Copolymere aus Ethylen und einem C3-C12-&agr;-Olefin sind besonders bevorzugt. Geeignete ungesättigte Comonomere, die geeignet sind zum Polymerisieren mit Ethylen, umfassen z.B. ethylenisch ungesättigte Monomere, konjugierte oder nichtkonjugierte Diene, Polyene, Alkenylbenzole usw. Beispiele solcher Comonomere umfassen C3-C20-&agr;-Olefine, wie etwa Propylen, Isobutylen, 1-Buten, 1-Hexen, 1-Penten, 4-Methyl-1-penten, 1-Hepten, 1-Octen, 1-Nonen, 1-Decen und dgl. Bevorzugte Comonomere umfassen Propylen, 1-Buten, 1-Penten, 1-Hexen, 4-Methyl-1-penten, 1-Hepten und 1-Octen und 1-Octen ist besonders bevorzugt. Andere geeignete Monomere umfassen Styrol, Halogen- oder Alkyl-substituierte Stryrole, Vinylbenzocyclobutan, 1,4-Hexadien, 1,7-Octadien und Naphthene (z.B. Cyclopenten, Cycaohexen und Cycloocten).

Vorzugsweise weist das Ethyleninterpolymer einen Schmelzindex von weniger als 50, mehr bevorzugt weniger als 10 Gramm/10 Minuten (g/10 min) auf, gemäß Bestimmung durch ASTM D-1238, Bedingung 190°C/2, 16 Kilogramm (kg).

Das bevorzugte Ethyleninterpolymer weist eine Differentialscanningkalorimetrie (DSC)-Kristallinität von weniger als 26, vorzugsweise weniger als oder gleich 15 Gewichtsprozent (Gew.-%) auf. Die bevorzugten homogen verzweigten Ethylenpolymere (wie etwa, ohne darauf begrenzt zu sein, im Wesentlichen lineare Ethylenpolymere) zeigen ein einziges Schmelzsignal zwischen -30 und 150 °C, gemäß Bestimmung unter Verwendung von DSC, im Gegensatz zu herkömmlichen Ziegler-Katalysatorpolymerisierten heterogen verzweigten Ethylenpolymeren (z.B. LLDPE und ULDPE oder VLDPE) auf, die zwei oder mehrere Schmelzpunkte haben. Das einzelne Schmelzsignal wird bestimmt unter Verwendung eines Differentialscanningkalorimeters, das standardisiert ist mit Indium und entionisiertem Wasser. Das DSC-Verfahren verwendet Probengrößen von 5-7 mg, eine „erste Erhitzung" bis 180 °C, wobei die Temperatur für 4 Minuten gehalten wird, ein Abkühlen mit 10°C/min auf –30 °C, wobei die Temperatur für 3 Minuten gehalten wird und ein Erhitzen mit 10 °C/min auf 150 °C, um eine „zweite Hitze bzw. zweite Wärme" bereitzustellen in einer Wärmefluss/Temperatur-Kurve. Die Gesamtschmelzwärme des Polymers wird berechnet aus der Fläche unter der Kurve.

„Homogen verzweigtes Ethylenpolymer" bedeutet ein Ethylen/&agr;-Olefininterpolymer, worin das (die) Comonomer(e) statistisch verteilt ist (sind) innerhalb eines gegebenen Polymermoleküls und worin im Wesentlichen alle Polymermoleküle das gleiche Verhältnis von Ethylen zu Cornonomer aufweisen. Der Ausdruck betrifft ein Ethyleninterpolymer, das hergestellt wird unter Verwendung von sogenannten homogenen oder Einstellen-Katalysatorsystemen, die in der Technik als Ziegler-Vanadium-, -Hafnium- und -Zirkonium-Katalysatorsysteme, Metallocenkatalysatorsysteme oder Katalysatorsysteme mit gespannter Geometrie bekannt sind. Diese Polymere haben eine enge Kurzkettenverzweigungsverteilung und es liegt keine Langkettenverzweigung vor. Solche „linearen", einheitlich verzweigten oder homogenen Polymere umfassen diejenigen, die hergestellt werden, wie in USP 3,645,992 beschrieben, und diejenigen, die unter Verwendung sogenannter Einstellenkatalysatoren in einem diskontinuierlichen Reaktor mit relativ hohen Ethylenkonzentrationen hergestellt werden (wie beschrieben in USP 5,026,798 und 5,055,438), und diejenigen, die hergestellt werden unter Verwendung von Katalysatoren mit gespannter Geometrie in einem diskontinuierlichen Reaktor, die ebenfalls relativ hohe Olefinkonzentrationen aufweisen (wie beschrieben in USP 5,064,802 und EP 0 416 815 A2). Geeignete homogen verzweigte lineare Ethylenpolymere zur Verwendung in der Erfindung werden vertrieben unter der Bezeichnung TAFMER von der Mitsui Chemical Corporation und unter der Bezeichnung EXACT und EXCEED von der Exxon Chemical Company.

Das homogen verzweigte Ethylenpolymer hat vor Bestrahlung, Härtung oder Quervernetzung eine Dichte bei 23 °C von weniger als 0,90, vorzugsweise weniger als oder gleich 0,89 und mehr bevorzugt weniger als oder gleich 0,88 g/cm3. Das homogene verzweigte Ethylenpolymer hat vor Bestrahlung, Härtung oder Quervernetzung bei 23 °C eine Dichte von größer als 0,855, vorzugsweise größer als oder gleich 0,860 und mehr bevorzugt größer als oder gleich 0,865 g/cm3, gemäß Messung entsprechend ASTM D792. Bei Dichten, die höher sind als 0,89 g/cm3 ist die Schrumpffestigkeit bei einer erhöhten Temperatur (im Besonderen geringe prozentuale Spannungs- oder Belastungsrelaxation) geringer als wünschenswert. Ethyleninterpolymere mit einer Dichte von weniger als 0,855 g/cm3 sind nicht bevorzugt, da sie eine geringe Zugfestigkeit, sehr niederen Schmelzpunkt und Handhabungsprobleme zeigen können, z.B. Blocken und Klebrigkeit (zumindest vor dem Quervernetzen).

Die homogen verzweigten Ethylenpolymere, die in der Praxis dieser Erfindung verwendet werden, weisen weniger als 15, vorzugsweise weniger als 10, mehr bevorzugt weniger als 5 und am meisten bevorzugt etwa Null (0) Gewichtsprozent des Polymers auf, mit einem Ausmaß an Kurzkettenverzweigung von weniger als oder gleich 10 Methyl/1000 Gesamtkohlenstoffe. In anderen Worten enthält das Ethylenpolymer keinen messbaren Polymeranteil mit hoher Dichte (es enthält keinen Anteil mit einer Dichte von gleich oder größer als 0,94 g/cm3), z.B. gemäß Bestimmung unter Verwendung einer Temperaturerhöhungselutionsfraktionierung (TREF) (ebenfalls bekannt als analytische Temperaturerhöhungselutionsfraktionierung (ATREF))-Technik oder entsprechend Infrarot- oder 13C-kernmagnetische Resonanz (NMR)-Analyse. Die Zusammensetzungs-(Monomer)-Verteilung (CD) eines Ethyleninterpolymers (ebenfalls häufig als Kurzkettenverzweigungsverteilung (SCBD) bezeichnet) kann leicht bestimmt werden durch TREF, wie z.B. beschrieben von Wild et al., Journal of Polymer Science, Poly. Phys. Ed., Band 20, S. 441 (1982) oder in USP 4,798,081 oder 5,008,204; oder von L. D. Cady, „The Role of Comonomer Type and Distribution in LLDPE Product Performance," SPE Regional Technical Conference, Quaker Square Hilton, Akron, Ohio, 1.-2. Oktober, S. 107-119 (1985). Die Zusammensetzungsverteilung des Ethyleninterpolymers kann auch bestimmt werden unter Verwendung von 13C NMR-Analyse, entsprechend Techniken, die beschrieben sind in USP 5,292,845, 5,089,321 und 4,798,081 und von J. C. Randall, Rev. Macromol. Chem. Phys. C29, S.201-317. Die Zusammensetzungsverteilung und andere Information bezüglich der Zusammensetzung können ebenfalls bestimmt werden unter Verwendung von Kristallisationsanalysefraktionierung, wie etwa CRYSTAF-Fraktionanalyse-Einheit, kommerziell erhältlich von PolymerChar, Valencia, Spanien.

Die im Wesentlichen linearen Ethylenpolymere, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, sind eine einzigartige Klasse von Verbindungen, die weiter beschrieben ist in USP 5,272,236, 5,278,272, 5,668,800, 5,986,028 und 6,025,448.

Im Wesentlichen lineare Ethylenpolymere unterscheiden sich wesentlich von der Klasse von Polymeren, die üblicherweise bekannt sind als homogen verzweigte lineare Ethylenpolymere, die oben beschrieben sind, und zum Beispiel beschrieben sind in USP 3,645,992. Als wesentlichen Unterschied weisen im Wesentlichen lineare Ethylenpolymere kein lineares Polymergrundgerüst im herkömmlichen Sinne des Ausdrucks „linear" auf, wie das der Fall für homogen verzweigte lineare Ethylenpolymere ist.

Das bevorzugte homogen verzweigte, im Wesentlichen lineare Ethylenpolymer zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es aufweist:

  • (a) ein Schmelzflussverhältnis, I10/I2 ≥ 5,63;
  • (b) eine Molekulargewichtsverteilung, Mw/Mn, gemäß Bestimmung durch Gelpermeationschromatographie und definiert durch die Gleichung: (Mw/Mn) ≤ (I10/I2) – 4,63;
  • (c) eine Gasextrusionsrheologie, sodass die kritische Scherrate beim Einsetzen von Oberflächenschmelzbruch für das im Wesentlichen lineare Ethylenpolymer mindestens 50 Prozent größer ist als die kritische Scherrate beim Einsetzen des Oberflächenschmelzbruchs für ein lineares Ethylenpolymer, worin das im Wesentlichen lineare Ethylenpolymer und das lineare Ethylenpolymer das gleiche Comonomer oder die gleichen Comonomere umfassen, wobei das lineare Ethylenpolymer ein I2 und ein Mw/Mn innerhalb von zehn Prozent des im Wesentlichen linearen Ethylenpolymers aufweisen, und worin die entsprechenden kritischen Scherraten des im Wesentlichen linearen Ethylenpolymers und des linearen Ethylenpolymers gemessen werden bei der gleichen Schmelztemperatur, unter Verwendung eines Gasextrusionsrheometers;
  • (d) ein einzelnes DSC-Schmelzsignal zwischen –30 und 150 °C; und
  • (e) eine Dichte, die kleiner oder gleich 0,890 g/cm3 ist.

Die Bestimmung der kritischen Scherrate und der kritischen Scherbelastung im Hinblick auf Schmelzbruch als auch andere Rheologieeigenschaften, wie etwa „rheologischer Verarbeitungsindex" (PI), wird durchgeführt unter Verwendung eines Gasextrusionsrheometers (GER). Das Gasextrusionsrheometer ist beschrieben von M. Shida, R.N. Shroff und L.V. Cancio in Polymer Engineering Science, Band 17, Nr. 11, S. 770 (1977) und in Rheometers for Molten Plastics von John Dealy, herausgegeben von Van Nostrand Reinhold Co. (1982) auf S. 97-99. Für im Wesentlichen lineare Ethylenpolymere ist der PI weniger als oder gleich 70 Prozent desjenigen eines herkömmlichen linearen Ethylenpolymers mit einem I2, Mw/Mn und einer Dichte, die jeweils innerhalb von zehn Prozent des im Wesentlichen linearen Ethylenpolymers liegen.

In denjenigen Ausführungsformen der Erfindung, worin mindestens ein homogen verzweigtes Ethylenpolymer verwendet wird, ist Mw/Mn vorzugsweise weniger als 3,5, mehr bevorzugt weniger als 3,0, am meisten bevorzugt weniger als 2,5 und im Besonderen im Bereich von 1,5 bis 2,5 und am meisten bevorzugt im Bereich von 1,8 bis 2,3.

Das Polyolefin kann mit anderen Polymeren gemischt werden. Geeignete Polymere zum Mischen mit dem Polyolefin sind kommerziell erhältlich von mehreren Zuliefern und umfassen, ohne darauf begrenzt zu sein, andere Polyolefine, wie etwa ein Ethylenpolymer (z.B. Polyethylen mit geringer Dichte (LDPE), ULDPE, Polyethylen mit mittlerer Dichte (MDPE), LLDPE, HDPE, homogen verzweigtes, lineares Ethylenpolymer, im Wesentlichen lineares Ethylenpolymer, Pfropf-modifiziertes Ethylenpolymer ESI, Ethylenvinylacetatinterpolymer, Ethylenacrylsäureinterpolymer, Ethylenethylacetatinterpolymer, Ethylenmethacrylsäureinterpolymer, Ethylenmethacrylsäureionomer und dgl.), Polycarbonat, Polystyrol, Polypropylen (z.B. Homopolymerpolypropylen, Polypropylencopolymer, statistisches Blockpolypropyleninterpolymer und dgl.), thermoplastisches Polyurethan, Polyamid, Polymilchsäureinterpolymer, thermoplastisches Blockpolymer (z.B. Styrolbutadiencopolymer, Styrolbutadienstyroltriblockcopolymer, Styrolethylenbutylenstyroltriblockcopolymer und dgl.), Polyetherblockcopolymer (z.B. PEBAX), Copolyesterpolymer, Polyester/Polyetherblockpolymere (z.B. HYTEL), Ethylenkohlenmonoxidinterpolymer (z.B. Ethylen/Kohlenmonoxid-Copolymer (ECO), Ethylen/Acrylsäure/Kohlenmonoxid (EAACO)-Terpolymer, Ethylen/Methacrylsäure/Kohlenmonoxid (EMAACO)-Terpolymer, Ethylen/Vinylacetat/Kohlenmonoxid (EVACO)-Terpolymer und Styrol/Kohlenmonoxid (SCO)), Polyethylenterephthalat (PET), chloriertes Polyethylen und dgl. und Gemische davon. In anderen Worten kann das Polyolefin, das in der Praxis dieser Erfindung verwendet wird, ein Gemisch sein aus zwei oder mehreren Polyolefinen oder ein Gemisch aus einem oder mehreren Polyolefinen mit einem oder mehreren Polymeren, die von einem Polyolefin verschieden sind. Wenn das Polyolefin, das in der Praxis dieser Erfindung verwendet wird, ein Gemisch aus einem oder mehreren Polyolefinen mit einem oder mehreren Polymeren, die verschieden von einem Polyolefin sind, ist, umfassen die Polyolefine mindestens 1, vorzugsweise mindestens 50 und mehr bevorzugt mindestens 90 Gew.-% des Gesamtgewichts des Gemisches.

In einer Ausführungsform wird das Ethyleninterpolymer mit einem Polypropylenpolymer gemischt. Geeignete Polypropylenpolymere zur Verwendung in der Erfindung umfassen sowohl elastische als auch nichtelastische Polymere, einschließlich statistische Blockpropylenethylenpolymere. Geeignete Polypropylenpolymere sind erhältlich von mehreren Herstellern, wie etwa z.B. von Montell Polyolefins und Exxon Chemical Company. Geeignete Polypropylenpolymere von Exxon werden vertrieben unter der Bezeichnung ESCORENE und ACHIEVE.

Geeignete Pfropf-modifizierte Polymere zur Verwendung in dieser Erfindung sind in der Technik allgemein bekannt und umfassen die verschiedenen Ethylenpolymere, die ein Maleinanhydrid und/oder einen anderen Carbonyl enthaltenden, ethylenisch ungesättigten organischen Rest aufweisen. Repräsentative Pfropf-modifizierte Polymere sind beschrieben in USP 5,883,188, wie etwa ein homogen verzweigtes Ethylenpolymer, das Pfropfmodifiziert ist mit Maleinanhydrid.

Geeignete Polymilchsäure-(PLA)-Polymere zur Verwendung in der Erfindung sind in der Literatur allgemein bekannt (siehe z.B. D. M. Bigg et al., „Effect of Copolymer Ratio on the Crystallinity and Properties of Polylactic Acid Copolymers", ANTEC ,96, S. 2028-2039; WO 90/01521; EP 0515203A und EP 0 748 846 A2. Geeignete Polymilchsäurepolymere sind kommerziell erhältlich von Cargill Dow unter der Bezeichnung EcoPLA.

Geeignete thermoplastische Polyurethanpolymere zur Verwendung in der Erfindung sind kommerziell erhältlich von The Dow Chemical Company unter der Bezeichnung PELLATHANE.

Geeignete Polyolefinkohlenmonoxidinterpolymere können hergestellt werden unter Verwendung allgemein bekannter freies Radikal-Hochdruck-Polymerisationsverfahren. Jedoch können sie auch hergestellt werden unter Verwendung herkömmlicher Ziegler-Natta-Katalyse oder unter Verwendung sogenannter homogener Katalysatorsysteme, wie etwa denjenigen, die hier beschrieben sind und auf welche oben Bezug genommen wird.

Geeignete durch freie Radikale initiierte Carbonyl enthaltende Hochdruck-Ethylenpolymere, wie etwa Ethylenacrylsäureinterpolymere, können hergestellt werden durch eine beliebige Technik, die im Stand der Technik bekannt ist, einschließlich den Verfahren, die gelehrt werden von Thomson und Waples in USP 3,520,861, 4,988,781; 4,599,392 und 5,384,373.

Geeignete Ethylenvinylacetatinterpolymere zur Verwendung in der Erfindung sind kommerziell erhältlich von verschiedenen Zulieferern, einschließlich Exxon Chemical Company und Du Pont Chemical Company.

Geeignete Ethylen/Alkylacrylatinterpolymere sind kommerziell erhältlich von verschiedenen Zulieferern. Geeignete Ethylen/Acrylsäureinterpolymere sind kommerziell erhältlich von The Dow Chemical Company unter der Bezeichnung PRIMACOR. Geeignete Ethylen/Methacrylsäureinterpolymere sind kommerziell erhältlich von der Du Pont Chemical Company unter der Bezeichnung NUCREL.

Chloriertes Polyethylen (CPE), insbesondere chlorierte, im Wesentlichen lineare Ethylenpolymere, können hergestellt werden durch Chlorieren von Polyethylen entsprechend allgemein bekannter Techniken. Bevorzugtes chloriertes Polyethylen umfasst gleich oder mehr als 30 Gewichtsprozent Chlor. Geeignete chlorierte Polyethylene zur Verwendung in der Erfindung sind kommerziell erhältlich von The Dow Chemical Company unter der Bezeichnung TYRIN.

Das Gemisch aus dem Polyolefin mit einem oder mehreren dieser anderen Polymere muss natürlich ausreichend Elastizität beibehalten, sodass es Thermofixierungs-reversibel ist. Wenn beide, das Polyolefin als auch das Gemischpolymer, die gleiche Elastizität aufweisen, dann können die relativen Mengen von jedem stark variieren, z.B. 0:100 bis 100:0 Gewichtsprozent. Wenn das Gemischpolymer eine geringe oder keine Elastizität aufweist, wird die Menge des Gemischpolymers im Gemisch abhängen vom Ausmaß, zu welchem es die Elastizität des Polyolefins vermindert. Für Gemische, worin das Polyolefin ein homogen verzweigtes Ethylenpolymer, im Besonderen ein im Wesentlichen lineares homogen verzweigtes Ethylenpolymer, und das Gemischpolymer ein unelastisches Polymer ist, z.B. ein kristallines Polypropylen oder PLA, ist das typische Gewichtsverhältnis des Polyolefins zum Gemischpolymer zwischen 99:1 und 90:10.

In ähnlicher Weise kann die unelastische Hüllfaser gemischt werden mit einem oder mehreren der Gemischpolymere, die oben beschrieben sind, jedoch bei Mischung, wird sie typischerweise bevorzugt und vorzugsweise gemischt mit einer anderen nicht elastischen Faser, z.B. einem kristallinen Polypropylen oder PLA. Beim Mischen mit einer elastischen Faser ist dann die Menge an elastischer Faser im Gemisch begrenzt, um keine ungewünschte Elastizität der umhüllten Faser zu verleihen.

Quervernetzen

In der Praxis dieser Erfindung kann Quervernetzen, Härtung oder Bestrahlung des elastischen Polymers oder von Gegenständen, die das elastische Polymer umfassen, durchgeführt werden mit in der Technik bekannten Mitteln, einschließlich, ohne darauf begrenzt zu sein, Elektronenbestrahlung, Beta-, Gamma-, UV- und Coronabestrahlung; kontrollierte thermische Erhitzung; Peroxiden, Allylverbindungen; und Silicium (Silan)- und Azidkopplung und Gemischen davon. Silan, Elektronenstrahlen und UV-Bestrahlung (mit und ohne die Verwendung von Photoinitiatoren, Photoquervernetzern und/oder Photoinitiator/Quervernetzern) sind die bevorzugten Techniken zum Wesentlichen Quervernetzen oder Härten des Polymers oder Gegenstands, der das Polymer umfasst. Geeignete Quervernetzungs-, Härtungs- und Bestrahlungstechniken werden in USP 6,211,302, 6,284,842, 5,824,718, 5,525,257 und 5,324,576, EP 0 490 854 und in der vorläufigen US-Patentanmeldung, eingereicht von Parvinder Walia et al., am 5. Februar 2003, gelehrt.

Additive

Antioxidantien, z.B. Irgafos 168, Irganox 1010, Irganox 3790 und Chimassorb 944, hergestellt von der Ciba Geigy Corp., können zu dem Ethylenpolymer zugegeben werden, um gegenüber einem übermäßigen Abbau während des Formungs- oder Herstellungsschritts zu schützen und/oder um das Ausmaß des Pfropfens oder Quervenetzens (d.h. Inhibieren einer übermäßigen Gelierung) zu steuern. Verfahrensadditive, z.B. Calciumstearat, Wasser, Fluorpolymere, usw., können ebenfalls für solche Zwecke verwendet werden, wie etwa zur Deaktivierung von restlichem Katalysator und/oder zur verbesserten Verarbeitbarkeit. Tinuvin 770 (von Ciba-Geigy) kann ebenfalls als ein Lichtstabilisator verwendet werden.

Das Polyolefinpolymer kann gefüllt oder ungefüllt sein. Falls es gefüllt ist, sollte die Menge des vorliegenden Füllers keine Menge überschreiten, die nachteilig entweder die Wärmebeständigkeit oder Elastizität bei einer erhöhten Temperatur beeinflusst, überschreiten. Beim Vorliegen ist die Menge des Füllers typischerweise zwischen 0,01 und 80 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht des Polyolefinpolymers (oder falls ein Gemisch aus einem Polymer und einem oder mehreren Polymeren vorliegt, dann das Gesamtgewicht des Gemisches). Repräsentative Füller umfassen Kaolinton, Magnesiumhydroxid, Zinkoxid, Silica und Calciumcarbonat. In einer bevorzugten Ausführungsform, worin ein Füller vorliegt, ist der Füller beschichtet mit einem Material, das eine Tendenz, die der Füller ansonsten haben würde, zum Stören der Quervernetzungsreaktion, verhindern oder verzögern wird. Stearinsäure ist ein Beispiel einer solchen Füllerbeschichtung.

Herstellung von Fasen und anderen Gegenständen

Die Kernfaser kann eine Homofilament- oder Zweikomponentenfaser sein, die durch ein beliebiges Verfahren hergestellt wird. Herkömmliche Verfahren zum Herstellen einer Homophilfaser umfassen Schmelzspinnen oder Schmelzblasen, unter Verwendung von Systemen, wie etwa offenbart in USP 4,340,563, 4,663,220, 4,668,566 oder 4,322,027 und Gelspinnen, unter Verwendung des Systems, das in USP 4,413,110 offenbart wird. Die Fasern können schmelzgesponnen werden in den Endfaserdurchmesser, direkt, ohne zusätzliches Ziehen, oder sie können schmelzgesponnen werden in einen höheren Durchmesser und nachfolgend heiß oder kalt gezogen werden auf den gewünschten Durchmesser, unter Verwendung herkömmlicher Faserziehtechniken.

Zweikomponentenfasern weisen das Ethylenpolymer in mindestens einem Teil der Faser auf. Zum Beispiel kann in einer Hülle/Kern-Zweikomponentenfaser (d.h. eine Faser, worin die Hülle konzentrisch den Kern umgibt), das Ethylenpolymer in entweder der Hülle oder dem Kern sein. Typischerweise und bevorzugt ist das Ethylenpolymer die Hüllkomponente der Zweikomponentenfaser, jedoch falls sie die Kernkomponente ist, muss die Hüllkomponente so sein, dass sie nicht des Quervernetzen des Kerns verhindert, z.B. falls UV-Bestrahlung verwendet wird, um den Kern querzuvernetzen, wobei dann die Hüllkomponente transparent oder transluzent für UV-Strahlung sein sollte, sodass ausreichend UV-Strahlung durch sie hindurchdringt, um im Wesentlichen das Kernpolymer querzuvernetzen. Verschiedene Polymere können ebenfalls unabhängig als die Hülle und der Kern in der gleichen Faser verwendet werden, vorzugsweise wenn beide Komponenten elastisch sind. Andere Typen von Zweikomponentenfasern sind ebenfalls im Bereich der Erfindung und umfassen solche Strukturen, wie etwa Seite-an-Seite-konjugierte Fasern (z.B. Fasern mit getrennten Bereichen von Polymeren, worin das Polyolefin der vorliegenden Erfindung mindestens einen Teil der Faseroberfläche umfasst).

Die Form der Faser ist nicht begrenzt. Zum Beispiel weist eine typische Faser einen kreisförmigen Querschnitt auf, jedoch weisen manchmal Fasern verschiedene Formen auf, wie etwa trilobale Form oder eine flache (d.h. „bandartige") Form. Die elastische Kernfaser dieser Erfindung ist nicht durch die Form der Faser begrenzt.

Der Faserdurchmesser kann auf verschiedene Arten gemessen und beschrieben werden. Im Allgemeinen wird der Faserdurchmesser in Denier pro Filament gemessen. Denier ist ein Ausdruck im Textilbereich, der definiert ist als die Gramm Faser pro 9000 Meter der Faserlänge. Für die elastischen Kernfasern dieser Erfindung kann der Durchmesser bei geringem Einfluss auf die Elastizität der Faser variiert werden. Das Faserdenier kann jedoch eingestellt werden, um der Einsetzbarkeit des fertigen Gegenstands zu entprechen, und würde so vorzugsweise von 1 bis 20.000 Denier/Filament für ein kontinuierliches gewickeltes Filament sein. Nichtsdestotrotz ist das Denier vorzugsweise größer als 20 und kann vorteilhafterweise etwa 40 Denier oder etwa 70 Denier sein. Diese Bevorzugungen beruhen auf der Tatsache, dass typischerweise strapazierfähige Kleidung Fasern mit einem Denier von größer als 40 verwendet.

Umhüllte Faser

Die umhüllten Fasern dieser Erfindung umfassen einen Kern und eine Hülle. Für die Zwecke dieser Erfindung umfasst der Kern eine oder mehrere elastische Fasern und die Hülle umfasst eine oder mehrere unelastische Fasern. Wie oben angegeben, umfasst die elastische Faser ein homogen verzweigtes Ethylenpolymer. Typische Hüllfasern umfassen natürliche Fasern, wie etwa Baumwolle, Jute, Wolle, Seide und dgl., oder synthetische Fasern, wie etwa Polyester (z.B. PET oder PBT) oder Nylon. Die umhüllte Faser kann auf jede typische Art hergestellt werden.

1 zeigt eine umhüllte Faser in einem Zustand vor dem Strecken. Die Faser umfasst einen elastischen Kern, der umgeben ist von einer unelastischen, spiralförmig gewickelten Hülle. In diesem Zustand ist die Hüllfaser wesentlich länger als die Kernfaser.

2 zeigt die Hüllfaser von 1 in einem gestreckten oder gedehnten Zustand. Hier wurde der Längenunterschied zwischen den Kern- und Hüllfasern verringert durch das Verlängern der Kernfaser. Während die Hüllfaser sich um kein nennenswertes Ausmaß, wenn überhaupt, streckt, hebt das Strecken der Kernfaser einen Teil oder das Gesamte des Durchhangs, der inhärent in der Wicklung aus der Hülle um den Kern, besteht, auf.

Wärmehärten der umhüllten Faser umfasst (i) Strecken der Kernfaser durch die Anwendung einer Vorstreckkraft, (ii) Erhitzen der Kernfaser auf mindestens eine Temperatur, bei welcher mindestens ein Teil der Kristallite des Ethylenpolymers, das die Kernfaser umgibt, geschmolzen wird, (iii) Halten der Kernfaser über der Temperatur von Schritt (ii) bis etwas oder das Gesamte des Ethylenpolymers geschmolzen ist, (iv) Kühlen der geschmolzenen Kernfaser auf eine Temperatur unter der Temperatur von Schritt (ii) und (v) Entfernen der Vorspannkraft von der Faser. Die umhüllte Faser ist nun in einem „entspannten Zustand" und in Abhängigkeit von dem Streckungsausmaß, das von der vorgestreckten Faser entfernt wird, wird sie sich als eine harte Faser oder nahezu harte Faser verhalten. Wenn die gestreckte thermofixierte umhüllte Faser erneut erwärmt bzw. erhitzt wird auf eine Temperatur über der Temperatur, bei welcher mindestens ein Teil der Kristallite des Olefinpolymers geschmolzen werden, jedoch ohne eine Vorstreckkraft, dann wird die umhüllte Faser auf oder nahezu auf ihre Länge vor der Streckung zurückkehren. Die Faser wird dann als eine revertierte thermofixierte Faser bezeichnet.

Für die bevorzugten Polyethylenkernfasern sollte die Temperatur von Schritt (ii) mindestens 30 °C, mehr bevorzugt mindestens 40 °C und am meisten bevorzugt mindestens 50 °C sein.

Wenn sie einmal thermofixiert und relaxiert bzw. entspannt ist, verhält sich die umhüllte Faser ziemlich wie eine harte Faser und dies macht sie gut verwendbar für ein wirkungsvolles Zetteln, Weben oder Stricken. 3 liefert eine Darstellung einer Ausführungsform des Färbens und Webens einer gestreckten und relaxierten umhüllten Faser. Nachdem die umhüllte Faser thermofixiert und relaxiert bzw. entspannt wurde, wird sie auf einer Spule aufgenommen. Von der Spule wird sie zur Vorbereitung des Färbens auf einen perforierten Konus übergeführt, gefärbt durch eine herkömmliche Technik und dann im Webschritt verwendet. Typischerweise wird die gefärbte umhüllte Faser in der Schussfadenrichtung insertiert, wobei sich eine Schussfadenstreckung ergibt. Sie kann optional angeordnet werden in der Webkettenrichtung bzw. Kettrichtung. Sie kann ebenfalls sowohl in Webketten- als auch Schussfadenrichtungen angeordnet werden, wobei sich eine bilaterale Streckung bzw. Reckung ergibt. Während des Schussfadenwebens ergibt die steife oder „gefrorene" Faser zum Teil ein effizienteres Weben aufgrund des Fehlens einer Streckung und der Verringerung des Garnausschusses entlang der Ränder. Bei der Herstellung von gestrickten Stoffen können die thermofixierte (oder steife oder gefrorene) Fasern oder Garne in den Stoff mit oder ohne die Anwendung von Spannung auf die Faser oder das Garn eingebracht werden.

Ein Stoff, der das thermofixierte umhüllte Garn der Erfindung enthält, wird erhalten, wobei der Stoff einer Temperatur unterzogen werden kann, bei welcher zumindest ein Teil der Kristallite des thermofixierten umhüllten Garns geschmolzen werden, um die Thermofixierung zu revertieren. Vorzugsweise wird die erhöhte Temperatur angewendet als Teil eines Nasstextilverarbeitungsschrittes, wie etwa Entschlichten, Entschweißen oder Merzerisieren. Vorzugsweise ist die Temperatur des ersten Schritts nachdem die Rohware gebildet ist, kleiner als 70 °C, mehr bevorzugt zwischen 40 und 60 °C. Es ist entdeckt worden, dass das revertieren des Thermofixierens unter solch relativ niedrigen Temperaturen zu einer Faser führt, die die Rückkehr in Richtung ihrer Länge vor dem Strecken maximiert. Nachdem das Thermofixieren revertiert worden ist, kann die Faser höheren Temperaturen unterzogen werden, ohne übermäßigen Abbau der Elastizität.

Alternativ kann die umhüllte Faser auf eine Spule oder einen Kegel in einem gestreckten Zustand gewickelt werden. Während nachfolgender Verfahren, wie etwa Färben, ist die Temperatur des Färbebades ausreichend, um eine Faser zu thermofixieren. Die thermofixierten Fasern können dann aus der Färbeflotte entnommen werden und direkt für eine andere Verarbeitung verwendet werden, wie etwa Weben oder Stricken. Im Falle von Lycra-Fasern können, da sie nicht thermofixieren während des Färbens, die Fasern schrumpfen und der Kegel kann brechen und es muss eine Überführung auf verschiedene Spulen zum Weben und Stricken erfolgen. Die reversibel thermofixierte Faser oder das reversibel thermofixierte Garn der Erfindung verbessert wesentlich das Herstellen von elastischem Stoff, da die Elastizität des Garns thermofixiert bzw. thermofixiert werden kann, wodurch es erlaubt wird, dass es verarbeitet wird (gefärbt, gewebt, gestrickt, usw.) als ein unelastisches Garn und dann die Elastizität zurückgewonnen werden kann nach einem solchen Bearbeiten.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung veranschaulichen und sie nicht begrenzen. Verhältnisse, Teile und Prozentanteile sind bezüglich des Gewichts, es sei denn es ist anders angegeben.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN Materialien

  • • ENGAGE Polyethylen (0,87 g/cm3, 5 MI), stabilisiert mit 2000 ppm ChimassorbTM 944, 2000 ppm CyanoxTM 1790, 500 ppm Irganox 1076 und 800 ppm Pepq., 70 Denier, gesponnen unter Verwendung einer 8-Enden-Spinnvorrichtungsanlage. e-Strahlung eingestrahlt mit einer Dosis von 22,4 Mrad, in N2, unter externem Kühlen.
  • • Lycra 162C, 70 Denier.

Thermofixierungsversuche

Faserproben mit etwa 10 bis 20 cm Länge wurden von den Spulen abgeschnitten und an einem Ende angeklebt auf einer mit TeflonTM beschichteten Folie. Das freie Ende wurde dann von dem fixierten Ende weg bewegt bis eine gewünschte Streckung erreicht war und dann auf die Folie geklebt. Die tatsächliche Streckung wurde gemessen aus der Trennung von zwei Referenzmarkierungen, die etwa 5 cm entfernt im Mittelteil der Faser vor dem Strecken angebracht wurden. Das angewendete Streckungsverhältnis, Xapp, ist definiert als

Xapp war 1,5, 2, 3 und 4 in dieser Untersuchung (dies entspricht 50, 100, 200 und 300% Dehnung bzw. Streckung). Die Folie wurde dann in einen Konvektionsofen eingebracht, äquilibriert bei der gewünschten Thermofixierungstemperatur im Bereich von 180 bis 210 °C. Nach einer Behandlungszeit von 1, 2 oder 3 Minuten wurde die Folie aus dem Ofen entnommen und auf einer Oberfläche bei Raumtemperatur angeordnet. Die Fasern erreichten Raumtemperatur in wenigen Sekunden. Die Klebebänder, die beide Enden der Faser hielten, blieben im Verlauf des Versuchs intakt, jedoch trat ein geringes Herausgleiten auf als die Fasern gestreckt wurden, im Besonderen auf hohe Streckverhältnisse. Dieses Herausgleiten beeinflusste die Ergebnisse nicht, da die Faserdehnung ausgehend von Referenzmarkierungen gemessen wird.

Nachdem die Fasern Raumtemperatur erreichten, wurden die Folien gerollt, sodass die Faserenden sich näherkommen, wobei eine Erholung ohne Einschränkung erlaubt wird. Die Fasern wurden von den Folien nach 5 Minuten Erholungszeit entfernt und die „Umform"-Streckung („set" stretch), definiert als

wurde gemessen. Das neue Denier der Faser ist:

Die Redeniereffizienz (Prozent) kann definiert werden als:

Für Lycra wurden ebenfalls jeweils in einem Versuch zwei andere Effekte betrachtet: Der Effekt des Thermofixierenshärtens in der Gegenwart von Wasser und der Effekt der Anwendung der Streckung im Ofen anstelle einer Streckung bei Raumtemperatur. Alle obigen Versuche wurden mit 5 Wiederholungen durchgeführt und die tabellarisch dargestellten Ergebnisse sind Mittelwerte. Die Belastungsdehnungskurven wurden mit dem Standardprotokoll, bei einer Rate von 500% min–1, erhalten.

Freie Schrumpfung

Die freie (ohne Spannung) Schrumpfung von sowohl thermofixierten als auch Kontrollfasern wurde gemessen durch Eintauchen von Faserproben mit etwa 20 cm Ausgangslänge in ein Wasserbad, das bei 90 °C gehalten wurde. Die Schrumpfungslänge wurde gemessen nachdem die Faser Raumtemperatur erreichte. Die prozentuale Schrumpfung ist definiert als:

Für thermofixierte Fasern ist die verbleibende Streckung nach Schrumpfung Xfinal

Die Gesamteffizienz (Prozent) des Thermofixierungsverfahrens kann definiert werden als:

Die Gesamteffizienz ist gleich der Redeniereffizienz wenn die Schrumpfung Null ist.

Beispielberechnung

  • • Eine 10 cm lange Faser, ursprünglich 100 Denier, wird auf 20 cm gestreckt.

    Xapp = 2
  • • Die gestreckte Faser wird thermofixiert und die zurückerhaltene Länge wird als 15 cm gemessen.

    Xset = 1,5

    Neues Denier = 66,7

    EffREDEN = 50%.
  • • Die 15 cm lange Faser wird dann Wasser bei 90 °C ausgesetzt und schrumpft auf 14 cm.

    S = 6,7%

    Xfinal = 1,4

    Eff = 40%.

Schrumpfungskraftmessungen

Für Proben mit erzwungener Länge wurde die Schrumpfkraft in Wasser bei 90 °C unter Verwendung einer Vorrichtung für orientierte Schrumpffolien gemessen. Für diese Versuche wurden Bündel aus 10 Fasern verwendet, um eine Kraft zu erhalten, die groß genug ist, dass sie genau mit dem Instrument gemessen werden kann. Für thermofixierte Proben wurden die Fasern bei Xapp gehalten, um den Zwang zu simulieren, der auf die elastische Faser durch den Stoff einwirkt. Nach Eintauchen in Wasser nahm die Kraftaanzeige in allen Proben rasch auf einen stabilen Wert ab. Dieser Wert bei 10 Sekunden Behandlungszeit wurde aufgezeichnet. Eine weitere Relaxation der Rückzugskraft mit der Zeit ist plausibel für Lycra jedoch nicht wahrscheinlich für AFFINITY-Fasern, da die letzteren quervernetzt sind.

ERGEBNISSE UND DISKUSSION Thermofixierung und Redenieren

Daten, die für Thermofixierungsversuche gesammelt wurden, sind in Tabelle I(a) für Lycra und in Tabelle I(b) für AFFINITY zusammengestellt. Die folgenden Beobachtungen werden gemacht:

  • • Für beide Fasern ist nur ein teilweises Redenieren möglich. Die Redeniereffizienz von AFFINITY ist höher als die von Lycra bei äquivalenten Bedingungen.
  • • Die Redeniereffizienz nimmt mit erhöhter Streckung für sowohl AFFINITY als auch Lycra ab.
  • • Die Redeniereffizienz nimmt mit längerer Thermofixierungszeit für Lycra zu, wird jedoch nicht wesentlich bei AFFINITY beeinflusst.
  • • Die Redeniereffizienz nimmt wesentlich bei verringerter Temperatur für Lycra ab, jedoch nicht für AFFINITY.
  • • Das Redenieren wird nicht beeinflusst durch das Vorliegen von Wasser für Lycra. Ebenfalls ergab das Anwenden der Streckung bei einer Thermofixierungstemperatur keine verschiedenen Ergebnisse von der Raumtemperatur-Streckung und nachfolgendem Thermofixieren. Die Daten für diese Beobachtung sind in Tabelle 1 nicht angegeben.

Belastungs-Dehnungskurven

Die Belastungs-Dehnungskurven, die für die thermofixierten Fasern erhalten werden, sind in den 4 bis 6 gezeigt. 4 zeigt die Wirkung des angewendeten Streckungsverhältnisses für Lycra, das bei 200 °C für 1 min thermofixiert wurde. Wie aus 4 ersichtlich, ist die signifikanteste Konsequenz der Thermofixierung die schrittweise Abnahme der Streckbarkeit mit zunehmender Streckung. Die Bruchbelastung nahm ebenfalls ab, während die verringerte Belastung pro tatsächlichem Denier zunahm mit der angewendeten Streckung. Jedoch aus Sicht der Stoffleistungsfähigkeit ist die Belastung in Gramm pro Faser die relevante Messgröße, unabhängig vom Denier. Interessanterweise nahm das Ausgangsmodul (initiale Modul) mit erhöhter Streckung zu, während das Gegenteil jenseits 100% Dehnung zutraf.

5 zeigt die Wirkung der Thermofixierungstemperatur für Lycra, das 1 Minute bei 3-fachem Streckverhältnis thermofixiert wurde. Fasern, die 190, 200 und 210 °C unterzogen wurden, hatten alle etwa die gleiche Bruchdehnung. Die Bruchbelastung nahm mit zunehmender Temperatur ab.

Schließlich zeigt 6 die Wirkung des angewendeten Streckverhältnisses für AFFINITY, das bei 200 °C für 1 min thermofixiert wurde. Während die allgemeinen Merkmale ähnlich denjenigen von Lycra (4) sind, ist die Bruchdehnung auf etwa 100% Spannung für 4-fache Streckung verringert. Dies ist nicht unerwartet, da die Streckbarkeit von Kontroll-AFFINITY-Fasern geringer ist als die von Lycra, um etwa 200%.

Während Streck-Thermofixierung im Allgemeinen das Modul von sowohl AFFINITY als auch Lycra erhöhte, wird das mechanische Konditionieren der Fasern durch zyklisches Belasten die Belastungen signifikant sogar nach einem Zyklus verringern.

Freie Schrumpfung-Versuche

Die Schrumpfung ohne Beanspruchung von Fasern ist geeignet zum Veranschaulichen des Schrumpfpotenzials, das in der Faser mit oder ohne Wärmebehandlungen verbleibt. Jedoch beziehen sich die vorhergehenden Versuche nicht direkt auf Stoffschrumpfung, worin elastische Fasern durch die Textilstruktur und Abmessung eingeschränkt sind. Ein Faser-Versuch, der aussagekräftiger ist in dieser Hinsicht, sind die hier angegebenen Schrumpfkraftversuche.

Hinsichtlich AFFINITY-Fasern wird in diesen Versuchen festgestellt, dass eine nichtquervernetzte AFFINITY-Faser um etwa 80 bis 90% schrumpft, wenn sie 90 °C warmem Wasser ausgesetzt wird. Die Schrumpfung liegt aufgrund der Orientierung der Ketten vor und hängt von Faserspinnbedingungen ab. Entropie-Zurückziehen der Ketten auf ihre ungestörte Abmessung erzeugt eine makroskopische Schrumpfung aufgrund des Vorliegens von Verschlingungen. Es ist festzuhalten, dass das Modul des verstrickten Netzwerks sehr kurzlebig ist und Quervernetzung ist erforderlich, um das Modul in der Schmelze beizubehalten.

Fasern, die mit 22,4 Mrad Dosis bestrahlt werden, schrumpfen nur um etwa 35 bis 40% wenn sie Wasser bei 90 °C (Reihe 1 von Tabelle IIa) ausgesetzt werden. Der Schrumpfungsgrad reflektiert die Zwänge bzw. Einschränkungen, die hervorgebracht werden durch die Quervernetzungsverbindungen, die vollständiges Zurückziehen bzw. vollständige Retraktion von orientierten Ketten verhindern. In anderen Worten bedeutet dies, dass die orientierten Ketten, die unter Entropiespannung sind, das quervernetzte Netzwerk, das im orientierten Zustand gebildet wird, in einen Kompressionszustand überführen. Der Leichtigkeitsgrad der quervernetzten Schmelze wird durch die Ausgewogenheit dieser beiden Kräfte diktiert. Dieser Effekt ist allgemein bekannt in der Literatur für Gummis, die in orientiertem Zustand sind.

Thermofixierung der quervernetzten AFFINITY-Schmelze mit 1-facher Streckung (Reihe 2 von Tabelle IIa) verändert den Schrumpfungsgrad nicht im Vergleich mit einer nichtthermofixierten Faser, wie es angegeben wird durch die Xfinal-Werte. Dies ist so, da das quervernetzte Netzwerk permanent ist und nicht verändert werden kann durch Wärmebehandlung. Ähnlich verändert eine 3-fache Streckung während der Thermofixierung (Reihe 3 von Tabelle IIa) ebenfalls nicht den Endschrumpfungsgrad, basierend auf ursprünglichen Faserabmessungen. Wenn z.B. eine 10 cm lange Faser wärmebehandelt wird, während sie bei 10 cm (1-fache Streckung) gehalten wird, verringert das Unterziehen unter 90 °C die Länge auf 6,5 cm (35% Schrumpfung), genauso wie bei der nichtthermofixierten Faser. Wenn die Faser auf 30 cm (3-fache Streckung) gestreckt und thermofixiert wird, ist die resultierende Länge 25 cm (2,5-mal eingestellte Streckung), jedoch bei Unterziehen unter 90 °C schrumpft die Faser auf 6,5 cm Länge. Dies bedeutet, dass keine Thermofixierung auftritt, wenngleich Redenieren möglich ist.

Ergebnisse der freien Schrumpfung sind für Lycra in Tabelle II(b) angegeben. Die Schrumpfung ist minimal für 1,5-fache Streckung, jedoch bei 3-facher Streckung ist sie 20% von der Thermofixierungsabmessung. Dies würde eine Gesamtthermofixierungseffizienz von 34% ergeben, was eher gering ist. Thermofixierungseffizienzen und Redenier-Werte, die in unserem Labor gemessen wurden, waren signifikant niedriger als die, die in einem kürzlichen AATCC Symposium3 angegeben wurden, wobei 90% Effizienz beansprucht wird (vermutlich bei 1,5-facher Streckung). Die Quelle dieser Diskrepanz ist zur Zeit nicht bekannt.

Schrumpfkraftversuche

In Schrumpfkraftversuchen wird die Rückzugskraft bei 90 °C für gestreckte Fasern gemessen, die an beiden Enden gespannt werden. Diese Tests sind relevant für Schrumpfung von Stoffen während der Anwendung, da die Abmessungen der elastischen Faser sich nicht wesentlich verändern werden wenn sie im Stoff sind, solange der Stoff formstabil ist. Während dieser Faserversuch einen Anhaltspunkt über die Größenordnung der Rückzugskraft ergibt, ist zu diesem Zeitpunkt unbekannt wieviel Faserschrumpfung diese Kraft erzeugen wird.

Die Versuchsergebnisse sind in Tabelle III angegeben und werden wie folgt zusammengefasst:

  • • Für 3-fach gestreckte quervernetzte AFFINITY-Fasern verringert die Thermofixierung die Rückzugskraft nicht, die etwa 2,5 g pro Faser ist.
  • • Für Lycra, das 3-fach gestreckt ist, ohne Thermofixierung, ist die Rückzugskraft bei 90 °C größer als die von AFFINITY. Im Unterschied zu AFFINITY verringert Thermofixierung bei Lycra die Rückzugskraft.
  • • Die Rückzugskraft für Lycra, das 3-fach gestreckt und thermofixiert wurde für 1 min bei 200 °C ist etwa die gleiche wie die für AFFINITY. Längere Thermofixierungszeiten sind erforderlich, um die Rückzugskraft in Lycra zu verringern.

Die Trends für Lycra sind in Übereinstimmung mit dem Erwarteten: Umso effizienter das Redenieren ist, umso geringer ist die Schrumpfung. Für AFFINITY-Fasern ist die Rückzugskraft eine Eigenschaft des quervernetzten Netzwerks, von dem nicht erwartet wird, dass es sich weiter relaxiert, solange das Netzwerk intakt bleibt.

Stoffversuche

Stoffe wurden wie folgt hergestellt:

Der Stoffaufbau, der für diesen Versuch verwendet wurde, einschließlich entweder Rohgarn oder Garne, die kegelgefärbt wurden bei 80 bis 90 °C, war:

Webekammbreite: 168 cm

Gesamtanzahl von Enden: 6136

Garnnummer-Webkette: 60/1 Meter Baumwolle pro Gramm oder „metrische Zahl" oder „Nm" (100% Baumwolle)

Anzahl von Enden/cm = 36

Garnnummer-Schußfaden: 85/1 Nm + 78 dtex XLATM bei 4,5X

Anzahl von Schüssen/cm = 28

Aufbau: flaches Gewebe (1:1)

Anzahl von Zähnen: 1825

Enden/Zahn: 2

Die Stoffe wurden dann erhitzt, um die Thermofixierung zu revertieren. Das Verfahren zum Erwärmen des Stoffes war entweder ein Auskochverfahren bei 100 °C für fünfzehn Minuten, gefolgt von Luftttrocknen, oder ein Waschverfahren bei 60 °C, gefolgt von Trommelheißtrocknen. Die in Tabelle IV dargestellten Ergebnisse zeigen, dass Stoffe, worin die Thermofixierung revertiert worden ist unter milderen Temperaturen eine geringere Breite oder einen höheren Streckgrad aufweisen.

Tabelle I Redenier-Effizienz und Auskoch-Effizienz verschiedener elastischer Fasern
Tabelle I(a) Thermofixierung von Lcyra
Tabelle I(b) Thermofixierung von Affinity
Tabelle II(a) Freie Schrumpfung A-Versuche bei 90 °C für quervernetzte Affinity-Fasern
Tabelle II(b) Freie Schrumpfung-Versuche bei 90 °C für Lycra
Tabelle III Schrumpfungskraftversuche für quervernetztes Affinity und Lycra
  • * erwartet zwischen 2,3 und 2,8 g/Faser.
Tabelle IV Wirkung der Temperatur während des Revertierens der Thermofixierung


Anspruch[de]
Verfahren zum Herstellen einer revertierten, thermofixierten elastischen Faser; worin:

a) eine Faser, die ein thermoplastisches Polymer umfasst, gestreckt wird unter Anwendung einer Vorspannkraft;

b) die Faser auf mindestens die niedrigste Temperatur erhitzt wird, bei welcher zumindest ein Teil der Kristallite des Polymers geschmolzen wird (die „Thermofixierungstemperatur");

c) die Faser unter die Thermofixierungstemperatur gekühlt wird;

d) die Vorspannkraft entfernt wird;

e) die Faser erneut über die Thermofixierungstemperatur ohne eine Vorspannkraft erhitzt wird, so dass die Faser auf oder nahezu auf ihre Länge vor dem Strecken zurückkehrt.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Faser ein temperaturstabiles Polymer umfasst. Verfahren nach Anspruch 2, worin das Polymer ein thermoplastisches Urethanpolymer ist. Verfahren nach Anspruch 2, worin das Polymer ein Olefinpolymer ist. Verfahren nach Anspruch 4, worin das Polymer ein homogen verzweigtes Ethylenpolymer ist. Verfahren nach Anspruch 4, worin das Polymer ein homogen verzweigtes im Wesentlichen lineares Ethylenpolymer ist. Verfahren nach Anspruch 4, worin das Polymer Ethylen und mindestens ein C3-C20-&agr;-Olefin umfasst. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Faser ein oder mehrere zusätzliche Fasern umfasst, um ein Gemisch aus Fasern zu bilden. Verfahren nach Anspruch 8, worin die mindestens eine revertierte, thermofixierte elastische Faser ein temperaturstabiles Polymer umfasst. Verfahren nach Anspruch 9, worin das Polymer ein thermoplastisches Urethanpolymer ist. Verfahren nach Anspruch 9, worin das Polymer ein Olefinpolymer ist. Verfahren nach Anspruch 11, worin das Polymer ein homogen verzweigtes Ethylenpolymer ist. Verfahren nach Anspruch 12, worin das Polymer ein homogen verzweigtes im Wesentlichen lineares Ethylenpolymer ist. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Faser in der Form eines Garns ist, umfassend einen elastischen Faserkern, umfassend ein im Wesentlichen quervernetztes, temperaturstabiles Olefinpolymer; und eine unelastische Faserhülle. Verfahren nach Anspruch 14, worin die elastische Faser eine Homofilamentfaser ist. Verfahren nach Anspruch 14, worin die elastische Faser eine Zweikomponentenfaser ist. Verfahren nach Anspruch 14, worin die elastische Faser eine Mehrkomponentenfaser ist. Verfahren nach Anspruch 14, worin die elastische Faser ein thermoplastisches Urethanpolymer umfasst. Verfahren nach Anspruch 14, worin die elastische Faser ein Ethylenpolymer umfasst. Verfahren nach Anspruch 19, worin das Polymer ein homogen verzweigtes Ethylenpolymer ist. Verfahren nach Anspruch 20, worin das Polymer ein homogen verzweigtes, im Wesentlichen lineares Ethylenpolymer ist. Verfahren nach Anspruch 20, worin die unelastische Faser ausgewählt wird aus der Gruppe, bestehend aus Baumwolle, Wolle, Jute, Seide, PET, PBT und Nylon. Verfahren zum Herstellen eines revertierten, thermofixierten Garns, wobei das Garn umfasst:

A. eine elastische Faser, umfassend ein temperaturstabiles Polymer mit einem Schmelzpunkt; und

B. eine unelastische Faser;

wobei das Verfahren umfasst:

(a) Strecken der elastischen Faser durch Anwenden einer Streckkraft auf die Faser;

(b) Überführen der gestreckten elastischen Faser aus (a) und der unelastischen Faser in das Garn;

(c) Wickeln des Garns aus (b) auf eine Spule;

(d) Erhitzen des Garns aus (c) auf eine Temperatur über einer Temperatur, bei welcher mindestens ein Teil der Kristallite geschmolzen wird;

(e) Kühlen des Garns aus (d) auf eine Temperatur unter der Temperatur von Schritt (d);

(f) Entfernen der Streckkraft von der Faser und

(g) Erhitzen des Garns ohne eine Streckkraft über eine Temperatur, bei welcher zumindest ein Teil der Kristallite geschmolzen wird, so dass die Länge des Garns, das in Schritt (g) erhalten wird, geringer ist als die Länge des in Schritt (f) erhaltenen Garns.
Verfahren zum Herstellen von Kettbäumen, wobei das Verfahren die Einbeziehung eines nach Anspruch 23 hergestellten Garns umfasst.






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