DE69330184T2

DE69330184T2 - Mit superabsorbierendem Mittel behandelte Garne

Info

Publication number: DE69330184T2
Application number: DE69330184T
Authority: DE
Inventors: Herman Johan Geursen; Stephanus Willemsen
Original assignee: Twaron Products BV
Current assignee: Roblon AS
Priority date: 1992-03-13
Filing date: 1993-03-12
Publication date: 2001-09-20
Anticipated expiration: 2013-03-13
Also published as: DE69330184D1; ES2107009T3; EP0630434A1; ATE158623T1; DK0630434T3; EP0784116A2; WO1993018223A1; EP0630434B1; ES2158439T3; EP0784116B1; DK0784116T3; JPH07504463A; ATE200804T1; DE69314166T2; JP3237066B2; US5534304A; EP0784116A3; DE69314166D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Multifilamentgarn, das auf seiner Oberfläche eine Schicht aus einem superabsorbierenden Material enthält.
Ein solches Garn ist aus EP-A-0 351 100 bekannt, wobei Kevlar®, ein kommerziell erhältliches Aramidgarn, mit einem superabsorbierenden Material imprägniert ist. Nach dem Imprägnieren wird das behandelte Garn getrocknet, so dass in den Zwischenräumen des Garns und um diese herum ein Film entsteht. In einer Ausführungsform dieses Behandlungsverfahrens wird das Garn mit einem superabsorbierenden Material imprägniert, das aus einer wässrigen Lösung stammt, die ein Acrylatpolymermaterial, das Funktionalitäten miteinander kombiniert, und Wasser umfasst.
Es ist wünschenswert, superabsorbierend beschichtete Multifilamentgarne zur Verwendung als verstärkende und/oder wasserblockierende Elemente, insbesondere als wasserabsorbierendes Medium in Garnen in elektrischen und optischen Kommunikationskabeln bereitzustellen.
Es ist bekannt, Kommunikationskabel vor der Einwirkung von Wasser zu schützen, indem man andere wasserblockierende Mittel als Multifilamentgarne aufbringt. So offenbart EP-A-0 314 991 Kommunikationskabel, die mit einem wasserblockierenden Band versehen sind, das aus einem Vlies aus Polyethylenterephthalat, Nylon, Glas oder Polypropylen besteht, welches mit einem Gemisch aus einem superabsorbierenden Material und Wasser imprägniert ist. Bei dem superabsorbierenden Material handelt es sich um Polyacrylsäure oder Polyacrylamid oder Salze davon. Gemische von Copolymeren dieser Materialien können ebenfalls verwendet werden. EP-A-0 261 000 beschreibt ein Lichtleitkabel, das mit einem wasserblockierenden Mittel versehen ist, das aus einem inerten Substrat besteht, das mit einer Schicht aus einem wasserabsorbierenden und quellenden Material beschichtet ist. Das Substrat ist ein Band, eine Litze oder eine Folie aus Polyethylen, Polyethylenterephthalat, Polyvinylchlorid oder Aluminium. Die wasserabsorbierende und quellende Beschichtungsschicht kann aus kleinsten Teilchen einer beliebigen wasserlöslichen Substanz bestehen, die das 10- bis 100fache ihres eigenen Gewichts an Wasser zu absorbieren vermag, insbesondere eines Copolymers von Acrylsäuresalz, Acrylsäure und Acrylnitril. Die Teilchen sind in Kautschuk oder in einem Kunstharz eingebettet. Die wasserabsorbierende und quellende Beschichtungsschicht wird gebildet, indem man das Substrat mit einem Gemisch imprägniert, das aus den Teilchen des wasserabsorbierenden und quellenden Materials und einer Lösung eines Kautschuks oder Kunstharzes in einem organischen Lösungsmittel besteht, und dann das so behandelte Material trocknet.
Es hat natürlich Vorteile, die Multifilamentgarne, die in Kommunikationskabeln ohnehin als Verstärkung verwendet werden, mit der gewünschten Wasserblockierungskapazität auszustatten. Der Nachteil des Imprägnierens eines Garns mit einem superabsorbierenden Material, das in einem wässrigen System dispergiert ist, wie es in EP-A-351 100 offenbart ist, besteht jedoch darin, dass eine konstante Zuführung des superabsorbierenden Materials aufgrund seiner großen viskositätserhöhenden Wirkung äußerst schwierig, wenn nicht unmöglich ist. Weiterhin kann wegen der eingeschränkten Konzentration des Superabsorbens in der Imprägnierungsflüssigkeit nur eine kleine Menge superabsorbierendes Material pro Behandlung auf das Garn aufgetragen werden. Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass die vergleichsweise große Menge an Imprägnierungsflüssigkeit, die mit dem superabsorbierenden Material auf das Substrat aufgetragen wird, durch Verdampfung entfernt werden muss. Das resultierende Garn lässt wenigstens zum Teil aufgrund der Nachteile des offenbarten Verfahrens noch Verbesserungswünsche offen, insbesondere in bezug auf seine Quellfähigkeit. Es wurde experimentell gefunden, dass der Quellwert der in den Beispielen von EP-A-351 100 offenbarten Aramidgarne, der so berechnet wird, wie es unten beschrieben ist, 51 nicht überschreitet, wobei der Wert des unbehandelten Aramidgarns 21 beträgt.
Verbesserte Multifilamentgarne mit einer stärkeren Erhöhung des Quellwerts sind weder aus den obigen Veröffentlichungen des Standes der Technik bekannt noch aus dem folgenden technischen Hintergrund, der sich auf verschiedene Verfahren zur Behandlung verschiedener faseriger Produkte, die von Multifilamentgarnen verschieden sind, mit einem superabsorbierenden Material bezieht.
Wire Industry, Oktober 1989, S. 629-635, offenbart die Verwendung von quellfähigen Garnen (hergestellt aus quellenden Vlieses, d. h. kein Multifilamentgarn) und Vliesbändern, die aus zwei oder mehr Schichten einer Synthetikfaserstruktur bestehen, in die ein quellfähiges Pulver eingebettet ist, in Kabeln. Die Trägerschicht besteht aus einem thermisch gebondeten Vlies aus Polyethylenterephthalat. Die Deckschicht kann einen Anteil von Cellulosefasern enthalten.
US-A-4,798,744 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines superabsorbierenden faserigen porösen Trägers durch Imprägnierung eines porösen Trägers mit einer umgekehrten Suspension oder Emulsion. Diese umgekehrte Suspension oder Emulsion resultiert aus der Polymerisationsreaktion und der Entfernung von Lösungsmittel aus dem Träger. Der poröse Träger kann ein Vliesmaterial, Papier, Faserflor oder Schaumstoff sein, deren Porosität vorzugsweise größer als 0,5 ist. Cellulosefasern werden erwähnt. Die behandelten Fasern sollen so viel wie möglich absorbierendes Material umfassen, so dass die Absorptionskapazität so groß wie möglich ist. Das superabsorbierende Material besteht aus einem Gemisch von Polyacrylsäure und einem Alkaliacrylat sowie einem Tensid mit einem HLB-Wert von 8-12.
US-A-4,888,238 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von superabsorbierenden synthetischen Fasern, deren Oberfläche mit einer Schicht aus einem superabsorbierenden Polymer beschichtet ist. Als synthetische Fasern, die zur Verwendung geeignet sind, werden Fasern aus Polyester, Polyolefin, Polyacrylnitril, Polyamid, Rayon, Celluloseacetat, Dacron und Nylon sowie Zweikomponentenfasern genannt. Die zu behandelnden Fasern werden in eine wässrige Lösung eines anionischen Polyelektrolyten, eines Salzes eines mehrwertigen Metalls und einer Ammoniumverbindung als Neutralisationsmittel gegeben. Dann werden die so imprägnierten Fasern in einem Luftstrom getrocknet, wobei das Neutralisationsmittel verdampft und der Polyelektrolyt auf der Faseroberfläche komplexiert. Der so gebildete Komplex zersetzt sich bei einem pH-Wert von mehr als 7. Das Verfahren wird für kurze Fasern verwendet.
EP-A-314 371 offenbart die Behandlung eines Vlieses aus Polyesterendlosfasern mit einem superabsorbierenden Material. Die Behandlung des Vlieses besteht darin, dass es mit einem Gemisch aus dem superabsorbierenden Material und Wasser imprägniert wird. Bei dem superabsorbierenden Material handelt es sich um Polyacrylsäure oder Polyacrylamid oder Salze davon. Außerdem können auch Gemische oder Copolymere dieser Verbindungen eingesetzt werden.
US-A-4,366,206 offenbart wasserquellfähige Fasern, die aus einer Hülle aus hydrophilem vernetztem Polymer und einem Kern aus einem Acrylnitrilpolymer und/oder einem anderen Polymer bestehen. Dieses Produkt wird hergestellt, indem man Fasern mit einer Oberfläche, die aus Polyacrylnitril besteht, einer Behandlung mit einer Lösung eines Alkalihydroxids in Wasser unterzieht, bei der man eine Faser mit einer vernetzten hydrophilen äußeren Schicht erhält.
JP-A-147630/81 beschreibt ein Verfahren zum Einbauen eines hochgradig wasserabsorbierenden vernetzten Polyacrylats in ein wasserunlösliches Substrat, das aus Fasern oder einem anderen Material bestehen kann. Das wasserabsorbierende Polyacrylat wird hergestellt, indem man nacheinander eine wässrige Lösung des Monomers in einem Kohlenwasserstoffmedium suspendiert, das Gemisch einer Umkehrphasen-Suspensionspolymerisation unterzieht und den Kohlenwasserstoff verdampft. Der resultierende gepulverte Feststoff wird mit dem Substrat gemischt, wobei gegebenenfalls Wasser hinzugefügt wird.
Abgesehen davon, dass sie nicht wie gewünscht zu einem verbesserten Multifilamentgarn führen, sind die bekannten Verfahren des Standes der Technik zum Aufbringen eines superabsorbierenden Materials auf die Oberfläche einer Faser oder eines daraus hergestellten Produkts mit Nachteilen behaftet.
Mehrere der oben genannten bekannten Verfahren erfordern die Verwendung von Substanzen, die aggressiv und/oder umweltschädlich sind.
Der Nachteil des Auftragens von so viel absorbierendem Material auf einen faserigen Träger besteht darin, dass der Träger wegen des Volumens und des Gewichts des behandelten Trägers nicht mehr in mehreren Gebieten angewendet werden kann. Weiterhin wird der Träger in US-A-4,798,744 angefeuchtet, bevor man das Superabsorbens aufträgt. Durch diese Anfeuchtung wird das superabsorbierende Material auf dem Träger revertiert und so instabilisiert. Die Wasserblockierungskapazität eines solchen Materials wird vermindert. Weiterhin findet man, dass die in US-A-4,798,744 erwähnten superabsorbierenden Emulsionen und Suspensionen aufgrund des verwendeten Emulgators instabil sind.
Gemische aus einer organischen Flüssigkeit mit darin dispergierten festen Teilchen aus einem superabsorbierenden Material, das in der Flüssigkeit unlöslich ist, sind im allgemeinen nicht sehr stabil, so dass es schwierig, wenn nicht geradezu unmöglich ist, daraus Endprodukte mit homogenen Eigenschaften herzustellen.
Der Nachteil der Handhabung von superabsorbierenden Materialien in gepulverter Form besteht darin, dass spezielle Geräte erforderlich sind und dass es weiterhin schwierig ist, das gepulverte Material gleichmäßig über das Substrat zu verteilen, so dass das Verfahren ungeeignet ist, um (endlose) Multifilamentgarne zu behandeln. Ein weiterer Nachteil der Handhabung von Pulvern besteht darin, dass Staub aufgewirbelt wird, was mit der Gefahr von Explosionen und Gesundheitsschäden verbunden ist.
Die vorliegende Erfindung umgeht die oben genannten Nachteile und stellt ein Multifilamentgarn mit verbesserten Eigenschaften bereit, das als wasserblockierendes und/oder verstärkendes Mittel, vorzugsweise gleichzeitig als wasserblockierendes und verstärkendes Garn, in Kommunikationskabeln verwendet werden kann.
Die Erfindung besteht aus einem Garn, wie es im Oberbegriff definiert ist, wobei die Schicht aus superabsorbierendem Material 0,3 bis 40 Gew.-% des Garns umfasst, berechnet auf der Basis des Trockengewichts des Garns, und dadurch erhältlich ist, dass man auf die Oberfläche des Garns eine Schicht aus einer Wasser-in-Öl-Emulsion aufträgt, die ein superabsorbierendes Material in ihrer wässrigen Phase enthält, und anschließend die flüssigen Bestandteile der Emulsion ganz oder teilweise aus dem Garn entfernt, wobei das Garn einen Quellwert von 100 oder darüber hat, mit der Maßgabe, dass das Garn, wenn es ein regeneriertes Cellulosegarn ist, einen Quellwert von wenigstens 199 hat und dass das Garn kein Aramidgarn ist.
Der Disclaimer dient dazu, die vorliegende Erfindung gegenüber EP-A-0 482 703 (veröffentlicht am 29.04.1992, Einreichungsdatum 17.10.1991, Prioritätsdatum 29.10.1990) abzugrenzen, die sich auf ein Aramidgarn bezieht, das in der obigen Weise mit einem superabsorbierenden Material versehen ist.
Die Erfindung stellt Garne hoher Qualität mit superabsorbierenden Eigenschaften bereit, die in einfacher und ökonomischer Weise erhältlich sind. Es sei angemerkt, dass der Quellwert von wenigstens 100 nicht nur im absoluten Sinne ein hoher Wert ist, sondern auch eine beträchtliche Verbesserung bedeutet, insbesondere für andere Garne als solche aus regenerierter Cellulose (für die in der unbehandelten Form experimentell ein Quellwert von 86 gefunden wurde). Auch für ein Garn aus regenerierter Cellulose wurde jedoch mit einem Quellwert von 199 oder mehr eine starke Verbesserung gefunden.
Die Menge des superabsorbierenden Materials auf dem Garn wird so gewählt, dass dieses die wasserabsorbierenden Eigenschaften erhält, die für die ins Auge gefasste Anwendung gewünscht werden. Vorzugsweise werden 0,5 bis 20 Gew.-%, insbesondere 0,5 bis 10 Gew.-%, des superabsorbierenden Materials, berechnet auf der Basis seines Trockengewichts, auf das Garn aufgebracht.
Ein "superabsorbierendes Material" bedeutet im Rahmen der Erfindung ein wasserlösliches oder wasserunlösliches Material mit hydrophilen Eigenschaften, das in der Lage ist, gegebenenfalls unter Druck, eine vergleichsweise große Menge Wasser zu absorbieren und zu halten. Somit können neben den unlöslichen superabsorbierenden Materialien, die in P. K. Chatterjee (Hrsg.), Absorbency (Amsterdam: Elsevier, 1985), S. 198, und in EP-A-0 351 100 genannt sind, gemäß der vorliegenden Erfindung auch superabsorbierende Materialien eingesetzt werden, die ganz oder teilweise wasserlöslich sind.
Bei der Bereitstellung der Garne der vorliegenden Erfindung werden vorzugsweise superabsorbierende Materialien verwendet, von denen stabile Wasser-in-Öl- Emulsionen hergestellt werden können. Besonders gut geeignet sind superabsorbierende Derivate von Polyacrylsäure. Dazu gehören die Homo- und Copolymere, die von Acrylamid oder Acrylamid und Natriumacrylat oder Acrylamid und Dialkylaminoethylmethacrylat abgeleitet sind. Diese Verbindungen gehören zu den Gruppen der nichtionischen, anionischen bzw. kationischen (Co)polymere. Im allgemeinen werden sie hergestellt, indem man die Monomereinheiten unter Bildung eines wasserlöslichen Polymers miteinander verknüpft. Dieses kann dann durch ionische und/oder kovalente Vernetzung unlöslich gemacht werden. Beispiele für superabsorbierende Materialien, die bei der Gewinnung der Garne gemäß der Erfindung eingesetzt werden können, sind: vernetzte Polyacrylsäure, die partiell zum Natriumsalz neutralisiert ist, Polykaliumacrylat, Copolymere von Natriumacrylat und Acrylamid, Terpolymere von Acrylamid und Monomeren, die Carboxygruppen, und solchen, die Sulfogruppen enthalten (Natriumsalz), Polyacrylamid-Polymere.
Vorzugsweise wird ein Terpolymer von Acrylamid und Monomeren, die Carboxygruppen, und solchen, die Sulfogruppen enthalten (Natriumsalz), oder ein Polyacrylamid-Copolymer verwendet.
Um die Multifilamentgarne gemäß der Erfindung zu erhalten, wird ein superabsorbierendes Material über eine Wasser-in-Öl-Emulsion auf das Garn aufgetragen, wobei sich das superabsorbierende Material in der wässrigen Phase der Emulsion befindet.
Eine solche Emulsion wird wie folgt hergestellt: Mit Hilfe eines Emulgators wird ein mit einer bestimmten Wassermenge gemischtes wasserlösliches Monomer in einem unpolaren Lösungsmittel, das mit Wasser und dem Monomer unmischbar ist, dispergiert und dann unter Bildung einer Wasser-in-Öl-Emulsion polymerisiert. Das gebildete Polymer befindet sich in der wässrigen Phase der Emulsion. Auf diese Weise erhält man ein flüssiges Produkt, das eine hohe Konzentration des superabsorbierenden Materials enthält, während die Viskosität der Flüssigkeit niedrig bleibt. Solche Emulsionen und ihre Herstellungsverfahren sind an sich bekannt. Wegen der wasserlöslichen superabsorbierenden Materialien sei verwiesen auf die Beschreibung in u. a. den US-Patentschriften US-A-4,078,133, US-A-4,079,027, US-A-4,075,144, US-A-4,064,318, US-A-4,070,321, US-A- 4,051,065 und der Deutschen Auslegeschrift DE-B-21 54 081; wasserunlösliche superabsorbierende Materialien sind beschrieben in der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. JP-A-147630/81.
Als kontinuierliche Ölphase der Emulsion können Flüssigkeiten verwendet werden, die mit Wasser unmischbar oder schlecht mischbar sind, wie lineare, verzweigte und cyclische Kohlenwasserstoffe, aromatische Kohlenwasserstoffe, chlorierte Kohlenwasserstoffe usw. Es ist weniger wünschenswert, hochsiedende Flüssigkeiten zu verwenden, da es schwierig ist, sie durch Verdampfung wieder aus der Faser zu entfernen. Vorzugsweise werden lineare, verzweigte und cyclische Kohlenwasserstoffe oder auch Erdölfraktionen, die im wesentlichen aus einem Gemisch solcher Kohlenwasserstoffe bestehen und einen Siedepunkt im Bereich von 150 bis 250ºC haben, eingesetzt.
Die eingesetzten Emulgatoren werden so gewählt, dass die Umwandlung des Gemischs in eine Wasser-in-Öl-Emulsion möglich ist. Daher sollte der Emulgator einen HLB-Wert (Hydrophile-Lipophile-Gleichgewicht) im Bereich von 3 bis 6 haben. "Emulgator" bedeutet einen oder mehrere Emulgatoren. Wenn der verwendete Emulgator einen viel höheren HLB-Wert hat, ist die erhaltene Emulsion viel weniger stabil.
Die Konzentration des superabsorbierenden Materials in der Emulsion, die gemäß der Erfindung verwendet wird, beträgt 1-90%, vorzugsweise 2-50%, berechnet auf der Basis des Gesamtgewichts der Emulsion.
Die kommerziell erhältlichen Wasser-in-Öl-Emulsionen, die ein superabsorbierendes Material enthalten, haben im allgemeinen einen Feststoffgehalt von 20 bis 70 Gew.-%. Im erfindungsgemäßen Verfahren können solche Produkte entweder als solche, d. h. unverdünnt, oder in Kombination mit Additiven, wie Gleitmitteln, Stabilisatoren, Emulgatoren und/oder Verdünnungsmitteln eingesetzt werden. Als Beispiele für Materialien, die zur Verwendung als Emulgator und als Gleitmittel geeignet sind, seien ethoxylierter Oleylalkohol und ethoxylierte Oleinsäure genannt.
Beispiele für zur Verwendung als Verdünnungsmittel geeignete Materialien sind nichtaromatische naphthenische und (iso)paraffinische Kohlenwasserstoffe mit einem Siedepunkt im Bereich von 150 bis 280ºC sowie Isohexadecan, insbesondere hydriertes Tetraisobutylen.
Zur Erhöhung ihrer Stabilität können die verdünnten Wasser-in-Öl-Emulsionen 5- 100 Gew.-%, vorzugsweise 20-80 Gew.-%, eines oder mehrerer spezieller Stabilisatoren enthalten, berechnet auf der Basis der unverdünnten Emulsion. Diese Stabilisatoren sollten einen HLB-Wert von weniger als 5 haben. Die Bedeutung des HLB-Werts (Hydrophile-Lipophile-Gleichgewichts) ist beschrieben in P. Becher, Emulsions, Theory and Practice, 2. Auflage (New York: Reinhold Publishing Corp., 1965), S. 232-255.
Beispiele für geeignete Stabilisatoren sind Sorbitantrioleat, Gemische von Sorbitantrioleat und ethoxyliertem Sorbitantrioleat, Sorbitanmono(iso)stearat und Sorbitanmonooleat. Materialien mit höheren HLB-Werten ergeben im allgemeinen Wasser-in-Öl-Emulsionen geringerer Stabilität.
Die in die Emulsion eingearbeiteten Stabilisatoren haben auch die günstige Eigenschaft, zu verhindern, dass das Garn sich elektrostatisch auflädt, so dass eine Ausbreitung der Filamente und eine Filamentierung der Fasern vermieden werden.
Die Viskosität der kommerziell erhältlichen Wasser-in-Öl-Emulsionen wird durch ihre Verdünnung erheblich reduziert. Als Ergebnis wird es möglich, die ein superabsorbierendes Material enthaltende Wasser-in-Öl-Emulsion mittels einer Kiss-Roll auf das Garn aufzubringen. Wenn man dies wünscht, können die Wasser-in-Öl- Emulsionen die herkömmlichen Additive, wie Bakterizide und Antioxidantien, enthalten.
In dem Verfahren zur Gewinnung der Garne gemäß der Erfindung kann die Wasser-in-Öl-Emulsion mit an sich bekannten Verfahren aufgebracht werden, z. B. durch ein Appreturbad, eine Kiss-Roll oder einen Flüssigkeitsapplikator.
Nach der Auftragung der Wasser-in-Öl-Emulsion werden das in der Emulsion vorhandene unpolare Lösungsmittel und das Wasser ganz oder zum größten Teil aus dem Garn entfernt, so dass eine homogene Schicht aus superabsorbierendem Material auf dem Garn zurückbleibt.
Das Lösungsmittel und das Wasser werden vorzugsweise durch Verdampfung entfernt. Zu diesem Zweck wird das behandelte Garn einem Trocknungsvorgang unterzogen.
Das Trocknen erfolgt nach den herkömmlichen Verfahren, bei denen Mittel wie Trockentrommeln, Heizplatten, Heißwalzen, heiße Gase, Röhrenöfen, Dampfkästen, Infrarotstrahler und dergleichen verwendet werden können. Die Trocknungstemperatur beträgt 50 bis 300ºC, vorzugsweise 100 bis 250ºC.
Das getrocknete Material kann gegebenenfalls mit einer kleinen Menge Wasser, wie etwa 5-50 Gew.-%, angefeuchtet und erneut getrocknet werden, um seine Wasserblockierungskapazität weiter zu verbessern. Dieses Verfahren kann mehrmals wiederholt werden, falls gewünscht.
Das Verfahren zur Gewinnung der Garne gemäß der Erfindung kann auf verschiedene Weise durchgeführt werden.
Die Wasser-in-Öl-Emulsion, die das superabsorbierende Material enthält, kann in einer voll kontinuierlichen Weise auf die gesponnene Faser (das Garn) aufgebracht und direkt an das Faserspinnverfahren gekoppelt werden, gegebenenfalls nachdem die Faser gewaschen, getrocknet und/oder verstreckt wurde. Dann wird das so behandelte Garn getrocknet.
Gemäß einer anderen Ausführungsform wird das Garn in einem getrennten Verfahren, das nicht in das Spinnverfahren integriert ist, mit dem superabsorbierenden Material behandelt, das in einer Wasser-in-Öl-Emulsion vorliegt.
Das Verfahren zur Gewinnung der Garne gemäß der Erfindung ist besonders gut geeignet, dass man es dazu verwendet, die Herstellung eines Garns oder eine Nachbehandlung desselben, etwa ein Verstrecken und/oder eine Wärmebehandlung zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des Garns, mit der Auftragung des superabsorbierenden Materials zu kombinieren.
Die Garne gemäß der Erfindung können einen weiten Bereich von Zusammensetzungen haben, mit der Maßgabe, dass Aramidgarne ausgeschlossen sind.
Der Ausdruck "Multifilamentgarn" hat die in der Technik übliche Bedeutung, d. h. die Fasern, aus denen es besteht, sind Endlosfilamente. In dieser Hinsicht sei verwiesen auf Textile Terms and Definitions (1988), Seite 289-290. Im Rahmen der Erfindung sind die zur Herstellung der Garne gemäß der Erfindung verwendeten Fasern Endlosfilamente, die eine beliebige lineare Dichte haben können, wie sie in der tatsächlichen Praxis üblich ist, und die Garne können aus einer beliebigen Zahl von Endlosfilamenten bestehen. Im allgemeinen haben die Filamente oder die daraus bestehenden Garne eine lineare Dichte von 0,01 bis 20 000 dtex, während die Endlosfilamentgarne aus mehr als 1 und bis zu 20 000 Filamenten bestehen werden.
Als geeignete Typen von Fasern seien Fasern organischer sowie anorganischer Herkunft genannt. Die Fasern organischer Herkunft sind synthetisch. Beispiele für synthetische organische Fasern sind Fasern aus regenerierter Cellulose, Rayon, Polyestern, aliphatischen Polyamiden, Acrylnitril, Polyolefinen, Polyvinylalkohol, Polyvinylchlorid, Polyphenylensulfid, Elastomeren und Kohlenstoff. Beispiele für anorganische Fasern sind Fasern aus Glas, Metallen, Siliciumoxid, Quarz usw., Keramikfasern und Steinwolle. Außerdem können auch Fasern, die aus Gemischen dieser Materialien oder Copolymeren davon bestehen, oder Gemische dieser Fasern eingesetzt werden. Die oben genannten Typen von Fasern sowie andere, die zur Verwendung im Verfahren gemäß der Erfindung geeignet sind, sind beschrieben in Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, 3. Auflage, Band 10 (1980), S. 148-197.
Bevorzugt werden Fasern, die aus Polyethylenterephthalat, Nylon-6, Nylon-6,6 oder regenerierter Cellulose bestehen.
Ebenfalls in hohem Maße als Substrat geeignet sind Fasern, die aus zwei oder mehreren der oben genannten Materialien bestehen, z. B. Zweikomponentenfasern. Sie können zum Kern-Hülle-Typ oder zum Seite-an-Seite-Typ oder zu irgendeinem anderen wohlbekannten Typ gehören. Weitere geeignete Fasertypen sind Satellitenfasern und Spaltfasern.
Die Fasern können entweder massiv oder hohl sein. Sie können rund oder flach sein oder eine beliebige aridere Querschnittsform haben, z. B. elliptisch, dreieckig, sternförmig, nierenförmig usw.
Die Auftragung des superabsorbierenden Materials auf das Garn gemäß der Erfindung hat keine negative Wirkung auf die hauptsächlichen mechanischen Eigenschaften des Garns.
Der Wassergehalt der Garne gemäß der Erfindung unterscheidet sich nach dem Trocknen nicht wesentlich von dem des entsprechenden Garns, das nicht mit einem superabsorbierenden Material behandelt wurde, und dies ist auch nach einer anschließenden längeren Einwirkung der Luft nicht der Fall. Anscheinend absorbiert das auf der Oberfläche des gemäß der Erfindung erhaltenen Produkts vorhandene superabsorbierende Material nur eine kleine Menge des in der Luft vorhandenen Wasserdampfs. Nur wenn das Produkt mit Wasser in flüssiger Form in Kontakt gebracht wird, absorbiert es eine große Menge davon und quillt dadurch auf. Ein Maß für die Wassermenge, die von dem Produkt gemäß der Erfindung absorbiert wird, wenn es mit Wasser in flüssiger Form in Kontakt kommt, ist der Quellwert. Das Verfahren der experimentellen Bestimmung des Quellwerts ist weiter unten näher beschrieben.
Die Garne gemäß der Erfindung haben hohe Quellwerte. Je nach der Natur des Garns und der Menge und Natur des darauf aufgebrachten superabsorbierenden Materials liegt der Quellwert im Bereich von 100 bis 700 oder darüber.
Zur Bestimmung des Quellwerts der Garne gemäß der Erfindung wird wie folgt verfahren. Etwa 10 g des zu untersuchenden Garns werden in nicht miteinander verschlungene Fasern einer Länge von etwa 12 cm geschnitten.
Die so behandelte Probe wird ohne Rühren vollständig in 600 ml entmineralisiertes Wasser von 20-22ºC in einem 800-ml-Becherglas eingetaucht. Die Probe bleibt 60 Sekunden lang (mit der Stoppuhr gemessen) in einem Zustand völliger Ruhe, d. h. ohne gerührt, geschüttelt, in Schwingungen versetzt oder einer anderen Form von Bewegung ausgesetzt zu werden, in das Wasser eingetaucht. Unmittelbar danach wird der gesamte Inhalt des Becherglases, d. h. Probe und Wasser, in einen Beutel (Abmessungen: etwa 10 cm · 15 cm) übergeführt, der aus einem Polyestergardinentüll (Maschenweite 1,5 mm · 1 mm) besteht. Bei diesem Verfahren läuft das Wasser größtenteils durch die Maschen des Gardinentülls heraus, während die Probe im Beutel verbleibt. Dann werden der Beutel und sein Inhalt sofort in eine Zentrifuge übergeführt und dann 120 Sekunden lang (mit der Stoppuhr gemessen) zentrifugiert, so dass das noch anhaftende Wasser aus der vollgesogenen Probe entfernt wird. Die verwendete Zentrifuge ist eine AEG des Typs SV 4528 (von der AEG Aktiengesellschaft, D-8500 Nürnberg), die mit einer Geschwindigkeit von 2800 Umdrehungen pro Minute betrieben wird, und hat eine Schleudertrommel mit einem Innendurchmesser von etwa 24 cm. Unmittelbar nach der Zentrifugation wird die Probe mit einer Pinzette aus dem Beutel in eine Wägebox übergeführt und auf 0,0001 g genau gewogen (Probengewicht: a Gramm). Die Probe in der Wägebox wird daraufhin in einem Luftofen bei 105ºC bis zur Gewichtskonstanz getrocknet. Gewöhnlich wird eine Trocknungszeit von 24 Stunden ausreichen. Danach wird das Gewicht der getrockneten Probe in der Wägebox auf 0,0001 g genau bestimmt (Probengewicht: b Gramm).
Der Quellwert des Produkts wird mittels der folgenden Formel berechnet:
Quellwert = (a-b)·100/b
Jede Bestimmung wird zweimal durchgeführt, und die Ergebnisse werden gemittelt.
Aufgrund der oben genannten Eigenschaften sind die Garne gemäß der Erfindung hervorragend zur Verwendung als Verstärkungselement mit wasserabsorbierenden und/oder wasserblockierenden Fähigkeiten geeignet, insbesondere als feuchtigkeitsabsorbierendes Medium in Kabeln, insbesondere elektrischen und optischen Kommunikationskabeln, sowie in allen anderen Fällen, wo die speziellen Eigenschaften der gemäß der Erfindung erhaltenen Produkte von Nutzen sind.

Beispiel I

Mit einer Garngeschwindigkeit von 20 m/min und unter Verwendung einer Zahnradförderpumpe und eines Spaltapplikators wird ein unverzwirntes Polyesterfilamentgarn aus Poly-p-phenylenterephthalat mit einer linearen Dichte von 1100 dtex 210f mit einer Wasser-in-Öl-Emulsion (W/O-Emulsion) versehen. Die Emulsion enthielt in ihrer wässrigen Phase ein Material mit superabsorbierenden Eigenschaften. Dann wurde das Garn mit Hilfe eines Röhrenofens (Temperatur: 225ºC) und einer Heizplatte (Temperatur: 130ºC) getrocknet. Die Verweilzeit in dem Röhrenofen bzw. auf der Heizplatte betrug etwa 2 bzw. etwa 4 Sekunden.
Die wasserblockierende Wirkung des resultierenden Garns wurde mit Hilfe des Garndurchflusstests bestimmt. Bei diesem Test wird der zylindrische Innenraum eines auf beiden Seiten offenen Stücks Schlauch aus PVC (Polyvinylchlorid) mit einem Bündel des Garns gefüllt, so dass die Längsachse des Garnbündels im wesentlichen parallel zur Längsachse des zylindrischen Raums liegt, in dem das Garnbündel angeordnet ist. Der mit dem Garn gefüllte Schlauch wird an zwei Stellen in einer Richtung senkrecht zu seiner Längsachse durchgeschnitten, so dass ein zylinderförmiges Testrohr mit einer Länge von 50 mm entsteht und die Enden des in dem so erhaltenen Testrohr vorhandenen Garnbündels im Großen und Ganzen mit den Enden des Testrohrs zusammenfallen. Dann wird eines der Enden des Testrohrs mit dem Inhalt eines Gefäßes mit Flüssigkeit in Kontakt gebracht und dem Druck einer Wassersäule einer bestimmten Höhe ausgesetzt. Die zur Benetzung des gesamten Garnbündels in dem Testrohr erforderliche Zeit wird als Durchflusszeit bezeichnet. Diese Zeit ist ein Maß für die wässerblockierende Wirkung des Garns. Die Durchflusszeit wird als die Zeit angesehen, die nach der Ausübung von Wasserdruck auf das eine Ende des Testrohrs bis zum ersten Auftreten eines Tropfens am anderen (freien) Ende vergeht.
Der Durchflusstest wird unter den folgenden Bedingungen durchgeführt:
Schlauchtyp: Polyvinylchlorid
Schlauch, Innendurchmesser: 5 mm
Schlauch, Außendurchmesser: 7 mm
Länge des Testrohrs: 50 mm
Zahl der Garne im Testrohr: so viele, dass das Bündel eine lineare Dichte von 168 000 dtex erhält
Höhe der Flüssigkeitssäule: 100 cm
Testflüssigkeit: entmineralisiertes Wasser
Die Zahl der Garne im Testrohr sollte so gewählt werden, dass das daraus gebildete Bündel den zylindrischen Innenraum des Testrohrs vollständig ausfüllt. Es hat sich gezeigt, dass dies bei einer linearen Gesamtdichte des Garnbündels von 168 000 dtex der Fall ist.
Die Zusammensetzung der Wasser-in-Öl-Emulsionen, mit denen das Polyestergarn behandelt wurde, war wie folgt.
Mirox W 45985 (32,5%) 70 Gewichtsteile
Span 85 10 Gewichtsteile
Exxsol D80 20 Gewichtsteile
Mirox W 45985 ist ein Terpolymer aus Acrylamid, Polymeren, die Carboxygruppen, und solchen, die Sulfogruppen enthalten (Natriumsalz), als Wasser-in-Öl-Emulsion in paraffinischen Kohlenwasserstoffen mit einer Viskosität von 273 mm/s (gemessen mit einem Ubbelohde-Viskometer bei 25ºC). Es wurde von der Chemischen Fabrik Stockhausen GmbH, D-4150 Krefeld 1, Deutschland, geliefert.
Span 85 ist Sorbitantrioleat, geliefert von ICl Holland B. V.
Exxsol D80 ist ein Gemisch aus nichtaromatischen naphthenischen und (iso)paraffinischen Kohlenwasserstoffen mit einem Siedepunktsbereich bei Atmosphärendruck von 196 bis 237ºC, geliefert von Exxon Chemical Holland B. V.
Die Ergebnisse der Tests sind in Tabelle A aufgeführt. Tabelle A
Die Durchflusszeit des Ausgangsgarns, das nicht mit der ein Superabsorbens enthaltenden Wasser-in-Öl-Emulsion behandelt wurde, betrug weniger als 1 Minute. Dieses unbehandelte Garn hatte einen Quellwert von 9.
Aus den Daten in Tabelle A geht hervor, dass das zur Gewinnung der Garne gemäß der Erfindung verwendete Verfahren die Herstellung eines Polyestergarns erlaubt, das eine hohe Wasserabsorptionskapazität hat und unter den Bedingungen des Durchflusstests in der Lage ist, Wasser mit einem Druck von 1 m Wassersäule länger als 29 Tage standzuhalten.

Beispiel II

Ein unverzwirntes Filamentgarm aus aliphatischem Polyamid aus Nylon-6,6 mit einer linearen Dichte von 940 dtex 140f wurde mit einer Wasser-in-Öl-Emulsion eines superabsorbierenden Materials behandelt. Das Verfahren und die Wasser-in- Öl-Emulsion waren dieselben, wie sie in Beispiel I beschrieben sind. Die Ergebnisse der Tests sind in Tabelle B aufgeführt. Tabelle B
Die Durchflusszeit des Ausgangsgarns, das nicht mit der ein Superabsorbens enthaltenden Wasser-in-Öl-Emulsion behandelt wurde, betrug weniger als 2 Minuten. Dieses unbehandelte Garn hatte einen Quellwert von 11.
Aus den Daten in Tabelle B geht hervor, dass das zur Gewinnung der Garne gemäß der Erfindung verwendete Verfahren die Herstellung eines aliphatischen Polyamidgarns erlaubt, das eine hohe Wasserabsorptionskapazität hat und unter den Bedingungen des Durchflusstests in der Lage ist, Wasser mit einem Druck von 1 m Wassersäule länger als 29 Tage standzuhalten.

Beispiel III

Ein unverzwirntes Filamentgarn aus Rayon (regenerierte Cellulose) mit einer linearen Dichte von 1220 dtex 720f wurde nach dem in Beispiel I angegebenen Verfahren behandelt, wobei jedoch die Wasser-in-Öl-Emulsion, mit der das Garn behandelt wurde, aus unverdünntem Mirox W 45985 (32,5%) bestand.
Die Ergebnisse der Tests sind in Tabelle C zusammengestellt. Tabelle C
Das Ausgangsgarn, das nicht mit der ein Superabsorbens enthaltenden Wasser-in- Öl-Emulsion behandelt wurde, hatte einen Quellwert von 86. Obwohl die Durchflusszeit dieses unbehandelten Rayongarns mehr als 5 Tage betrug, wurde das Garnbündel in dem Testrohr bei dem Verfahren vollständig benetzt. Bei den Experimenten 7-9 zeigte sich, dass eine solche Benetzung im Falle des gemäß der Erfindung behandelten Garns nicht erfolgte.

Claims

1. Multifilamentgarn, das auf seiner Oberfläche eine Schicht aus einem superabsorbierenden Material enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus superabsorbierendem Material 0,3 bis 40 Gew.-% des Garns umfasst, berechnet auf der Basis des Trockengewichts des unbehandelten Garns, und dadurch erhältlich ist, dass man auf die Oberfläche des Garns eine Schicht aus einer Wasser-in-Öl-Emulsion aufträgt, die das superabsorbierende Material in ihrer wässrigen Phase enthält, und anschließend die flüssigen Bestandteile der Emulsion wenigstens teilweise aus dem Garn entfernt, und dass das Garn einen gemäß der Definition in der Beschreibung berechneten Quellwert von 100 oder darüber hat, mit der Maßgabe, dass das Garn, wenn es ein regeneriertes Cellulosegarn ist, einen Quellwert von wenigstens 199 hat und dass das Garn kein Aramidgarn ist.

2. Garn gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des superabsorbierenden Materials 0,5 bis 20 Gew.-% beträgt.

3. Garn gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge 0,5 bis 10 Gew.-% beträgt.

4. Garn gemäß einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass das Garn ein Polyestergarn, ein aliphatisches Polyamidgarn, ein Cellulosegarn, ein Polyolefingarn, ein Polyacrylnitrilgarn, ein Kohlenstoffgarn, ein Glasgarn, ein Metallgarn oder eine Kombination aus den obigen Garnen ist.

5. Garn gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um ein Polyestergarn handelt, das ganz oder im wesentlichen aus Polyethylenterephthalat besteht.

6. Garn gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um ein aliphatisches Polyamidgarn handelt, das ganz oder im wesentlichen aus Nylon-6 und/oder Nylon-6,6 besteht.

7. Garn gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um ein Glasgarn handelt.

8. Garn gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das superabsorbierende Material ein superabsorbierendes Derivat von Polyacrylsäure ist.

9. Verwendung eines Garn gemäß einem der vorstehenden Ansprüche als Verstärkungselement und/oder wasserblockierendes Mittel.