Brevet FR2298622A1 — publié le 19760820

L'invention se rapporte à des fibres et fils en polyester pouvant être teints avec des colorants basiques en l'absence de carriers La fabrication de fils et de fibres en polyesters linéaires formateurs de fils est déjà connue depuis longtemps. A cet effet, on fait réagir des acides dicarboxyliques avec des diols pour obtenir des polyesters linéaires à poids moléculaire élevé et on file ensuite ces derniers. Cosse acides dicarboxyliques, on envisage par exemple l'acide téréphtalique, l'acide isophtalique et l'acide hexahydrotéréphtalique. Comme glycols, on citera par exempie l'éthylène glycol, le butane diol-1,4, le propane diol-l,3 ou le 1,4-bis-(hydroxyméthyl)-cyclohexane. Le représentant le plus connu de cette classe de polyesters est le poly(téréphtalate d'éthylène). Les fils fabriqués à partir de ces polyesters suivant le procédé de filature à l'état fondu, s'ils ne sont pas envoyés tels quels à l'utilisation future, sont ordinairement rassemblés, étrés dans de l'eau chaude ou dans un autre milieu, fixés dans de l'air chaud, bouclés et découpés. Les fibres ainsi fabriquées ont normalement une résistance mécanique de 2,5 à 4,5 p/dtex 1 dtex = 1 décitex = 104 m/g.), allongement de 20 à 50 % et un retrait à la cuisson de 0,-3 %. partir de ces fibres, on peut fabriquer des textiles ayant des propriétés de port remarquables, comme une faible tendance au froissage, une faible absorption d'eau et dès lors un séchage ais ou une grande résistance mécanique et une bonne resis- tance & l'usure. Comme on ne prévoit pas, question de frais, de façonner des fils teints à la filature pour les textiles, le procédé décrit plus haut est suivi obligatoirement d'un processus de teinture. A cette occasion, on rencontre souvent des difficultés parce que les textiles en fibres polyester, particulièrement celles fabri- quées en polyesters à base d-'acide téréphtalique et d'éthylène glycol et/ou de 1,4-bis-(hydroxyméthyl)-cyclohexane, se teignent mal dans un processus de teinture normal.' -Il faut en rechercher la ration dans le fait que dans la chaîne pqlpmère, il n'y a pas de groupes réactifs et qu'il n'existe donc guère d'affinité envers la plupart des colorants. Ce nTest qu'avec les colorants de dispersion que l'on a trouvé un groupe de colorants qui se dissout dans la matière fibreuse. On a toutefois déjà tenté aussi d'incorporer un groupe réactif dans la chaîne polymère, comme par exemple de l'acide 5-sulfoisophtalique, pour avoir ainsi la possibilité de pouvoir employer à c8té des colorants de dispersion également des colorants basiques. Si l'on fait le bilan de ces développements on peut dire que la vitesse de montée tant des colorants de dispersion qu'plement acides ou, comme dans l'incorporation de l'acide 5-sulfoisophtalique, basiques, est trop faible, d'où l'on n1 obtient que des nuances colorées claires ou moyennes. Pour obtenir des nuances colorées plus foncées, il a fallu mettre au point des procédés de teinture spéciaux. C'est pourquoi, dans le cas des matières fibreuses en polyester et des articles mixtes en fibres de polyester avec d'autres fibres d'accompagnement, on en est arrivé à teindre par les méthodes suivantes : 1. Par la méthode de teinture avec carriers à la température de cuisson 2. par la méthode de teinture à haute température (HT) à 120-1350C. pour les fibres polyester et leurs articles mixtes avec des fibres cellulosiques et à 104-106 C. pour les articles mixtes fibre polyester/laine. Dans le cas des teintures qui sont exécutées aux températures de cuisson et des teintures dans 1'intervalle de température de 104-106 C., l'addition de carriers est indispensable. Normalement, pour les teintures dans l'intervalle de température de 120 13500. la vitesse de diffusion des colorants est si fortement augmentée que dans ces conditions même les pourcentages plus élevés de colorant montent sans carrier en un temps plus court sur les fibres polyester. zizis il s'est avéré que pour certains colorants et pour des fibres polyester absorbantplus mal, il est avantageux, même dans le procédé HT, d'employer conjointement de plus petites quantités de carrier. Comme carrier, on utilise entre autres des combinaisons à base d'o-phenylphénol, de benzènes chlorés ou de phénols. Ces composés ne sont pas le plus souvent physiologiquement inoffensifs, c'est-à-dire qu'on ne peut pas les respirer ni les mettre au contact de la peau; en outre, on doit les éliminer le plus complètement possible de l'eau résiduaire parce qu'ils ne sont qu'incomplètement, voire pas du tout biodégradables. Pour des raisons de protection de la santé et pour des raisons de frais, il existe donc un besoin dans la teinture et dans l'épuration de l'eau résiduaire de créer des polyesters, surtout à base d'acide téréphtalique et par exemple d'éthylène glycol ou de 1,4-bis-(hydroxyméthyl)-cyclohexane, se laissant teindre sans carrier. Les travaux dans ce domaine sont très diversifiés et innombrables. On a par exemple essayé d'incorporer dans la chaîne polymère d'acide téréphtalique et d'éthylène glycol et/ou de 1,4-bis (hydroxyméthyl)-cyclohexane d 'autres acides dicarboxyliques ou d'autres diols pour perturber ainsi la structure interne et l'édi- fice cristallin des fibres et les relâcher en sorte que les colorants puissent pénétrer plus facilement à l'intérieur du fil.On a utilisé ici pour faire varier le composant acide dicarboxylique, par exemple des quantités mineures d'acide sébacique ou adipique, d'acide 2, 6-naphtalène-dicarboxylique, d'acide 4,4t-diphényl-di- carboxylique ou d'acide 2,5-diméthoxytéréphtalique. Comme diols appropriés pour la co-condensation, on a utilisé à côté d'éthylène glycol et de 1,4-bis-(hydroxyméthyl)-cyclohexane du propane diol-1,3 et -1,2, du butane diol-1,4, de l'hydroquinone bis-oxyéthylée ou du p,p-dihydroxydiphényldiméthylméthane dioxyéthylé. Ces acides dicarboxyllques et/ou diols sont incorporés par condensation dans le polyester dans les conditions usuelles et ils conduisent à des copolyesters ayant une affinité tinctoriale plus ou moins améliorée. kais les fibres en copolyesters ainsi préparées laissent souvent a' désirer quant à leurs propriétés techniques textiles. Chose surprenante, on vient de constater que les fils et les fibres consistant eh des polyesters d'acide téréphtalique et qui contiennent à côté des glycols usuels un acide dicarboxylique ou un glycol avec groupes acides et à c8té 1 à 10 bic en poids, de préférence 3 à 7 ffi en poids, de 2,2-bis-(4-hydroxyphényl)-propane (bisphénol w) bis-éthoxylé de formule montrent une si bonne affinité tinctoriale qu'on peut les teindre sans carrier avec des colorants basiques et qu'en plus ils possèdent des propriétés techniques textiles remarquables. L'invention a donc pour objet des fils et des fibres en copolyesters d'acide téréphtalique qui contiennent des acides dicarboxyliques et/ou des glycols portant des groupes acides, qui sont incorporés sous une forme chimiquement condensée, caractérisés en ce que les copolyesters d'acide téréphtalique contiennent 1 à 10 % en poids du glycol de formule sous une forme chimiquement condensée. L'avantage particulier de ces fibres est quelles peuvent etre teintes sans l'intervention de carriers, tant avec des colorants de dispersion qu'avec des colorants basiques. De ce fait, de multiples possibilités sont offertes pour façonneur ces fibres en mélange avec des fibres en polyesters non modifiés et les teindre, et obtenir par une teinture basique supplémentaire, qui ne teignent que les fibres conformes à l'invention, des dégradés de couleurs et des combinaisons de couleurs particuliers. I1 est possible en outre d'obtenir des dégradés clairs foncés avec ces mélanges de fibres parce qu'à la teinture sans carrier les fibres en polyester non modifié, par exemple d'acide téréphtalique et d'éthylène glycol ou d'acide téréphtalique et de 1,4-bis (hydroxynéthyl)-cyclohexane, ne se laissent pas teindre aussi profondément que les fibres conformes à l'invention. On obtient les fils et les fibres conformes à l'invention en filant un copolyester d'acide téréphtalique qui contient 1 à 10% en poids du glycol de formule I et à c8té des glycols usuels, des glycols ou des acides dicarboxyliques porteurs de groupes acides sous une forme chimiquement condensée et en post-traitant les fils obtenus de manière connue. Il s'est avéré particulièrement avantageux de filer des polyesters qui en plus de l à 10 % en poids, de préférence de 3 à 7 * on poids du glycol de formule I contiennent 1 à 10 % en poids, de préférence 2 à 8 % en poids d'acide 5-sulfo-isophtalique comme composé porteur de groupes acides, sous la forme chimiquement condensée. Les polyesters en lesquels les fils et les fibres conformes à 1 l'invention consistent contiennent comme composants glycoliques principaux de préférence un glycol de la série de l'éthylène glycol, 1,4-bis-(hydroxyméthyl)-cyclohexane et 1,4-butane aiol, en particulier l'un des deux co.posés- cités en premier lieu. Les copolyesters d'acide téréphtalique peuvent contenir à côté d'acide téréphtalique des quantités mineures d'autres acides dicarboxyliques, comme l'acide hexahydroxytéréphtalique, l'acide adipique, l'acide sébacique et/ou l'acide isophtalique. La préparation des polyesters d'acide téréphtalique et par exemple d'éthylène glycol ou de 1,4-bis-(hydroxyméthyl)-cyclohe- xane et de 1 à 10, de préférence de 2 à 8 en poids par rapport au copolyester total du sel sodique d'acide 5-sulfo-isophtalique et de 1 à 10, de préférence 3 à 7 % en poids par rapport au copolyester total de bisphénol A bis-éthoxylé, se fait par un procédé connu en soi. On part ordinairement de téréphtalate de diméthyle et du sel sodique du 5-sulfo-isophtalate de diméthyle et l'on transestérifie avec du bisphénol A bis-éthoxylé et le glycol cor respondant, en choisissant le rapport désiré des composants. Viennent ensuite la pré- et la polycondensation en copolyester à poids moléculaire élevé. On file ce dernier dans de l'eau en un monofil, lequel est par la suite granulé.On file alors ce granulat à l'é- tat fondu. Au processus de filature à l'état fondu succèdent alors les stades connus pour la fabrication des fils et des fibres conformes à l'invention : étirage, fixage, éventuellement bouclage et découpage en brins. En tant que variante on mentionnera aussi qu'au lieu du bisphénol A bis-éthoxylé, on peut employer le 2,2-bis-(2,5-dimé- thyl-4-hydroxyphényl)-propane (appelé tétraméthyîbisphénol A) biséthoxylé dans la fabrication du polyester. Un mode opératoire général pour la fabrication d'un copoly- ester à employer conformément à l'invention est par exemple le suivant : (Voir tableau ci-contre.) Composant glycolique Rapport molaire Transtérification Précondensation Polycondensation téréphtalate de Temp. Durée Pression Temp. Durée Pression Temp. Durée Pression diméthyle : gly- C. h. C. h. C. h. col Ethylène glycol 1:1 à 1:3 150- 2-3 Pression env. 0,5- Pression 275- 0,5- mm Hg 220 normale 250 1 normale 295 3,5 1,4-butanediol 1:1 à 1:2 1150- 2-4 Pression - - - 220- 0,5- mm Hg 220 normale 270 3,5 1,4-cyclohexane- 1:1 à 1:1,5 180- 1-2 de 8 atm. - - - 295- 0,5- mm Hg 280 rel. pour 300 3,0 tomber à la pression normale Un examen aux rayons I des fibres conformes à l'invention montre par comparaison avec les fibres en polyester pur que dans les premières citées il y a une fraction moindre de régions cristallines. La cause en est que l'incorporation par condensation de l'acide 5-sulfo-isophtalique et de la molécule barrière de bisphénol bis-éthoxylé perturbe si fortement la constitution morphologique des régions cristallines qu'il ne se forme que de petites lamelles ou micelles et qu'ainsi la proportion des régions amorphes augmente aux dépens des réions cristallines. En raison de cette proportion accrue des régions amorphes il est possible aux colorants de pénétrer Si vite et si profondément dans les fibres que l?on peut renoncer à l'effet de gonflement du carrier. De ce fait, le processus de teinture est moins dangereux pour la santé et l'on évite le traitement très coûteux de liteau résiduaire. Une proportion inférieure à 1 % du sel sodique de l'acide 5-sulfo-isophtalique et à 1 cO en poids du bisphénol A bis-éthoxylé dans le copolyester n'apporte qu'un accroissement insuffisant de l'affinité tinctoriale, d'où lton doit de nouveau recourir à l'emploi d'un carrier pour la teinture. En cas d'addition supérieure à 10 6- en poids du sel sodique de l'acide 5-sulfo-isophtalique et à 10 % en poids du bisphénol A bis-éthoxylé au polyester d'acide téréphtalique et d'éthylène glycol ou d'acide téréphtali que et de 1,4-bis-(hydroxyméthyl)-cyclohexane, le caractère propre aux fibres polyester est trop fortement faussé. On reconnaît ceci au point de fusion plus bas et aussi au fait que la résistance mécanique et la résistance à l'usure baissent. Les fils conformes à l'invention ont les propriétés normales de celles du polyester d'acide téréphtalique non modifié, comme par exemple une résistance mécanique d'environ 2,5 à 3,5 p/dtex pour un allongement de 20 à 25 . De même, la couleur et le degré de blancheur des fibres préparées par le procédé décrit plus haut ne changent pas. Seule la capacité d'absorption des colorants est si fortement augmentée que l'on peut teindre sans carrier les textiles constitués en ces fibres. La viscosité relative indiquée dans la description et dans les exemples des copolyesters d'acide téréphtalique est le rapport de la viscosité d'une solution à 1 % du polyester dans de l'o- chlorophénol à la yiscosité de l'o-chlorophénol pur, mesuré chaque fois dans les mêmes unités à 250C. dans un viscosimetre Ubbelohde. Les essais de teinture montrent que les fibres qui consistent endes polyesters avec des proportions prépondérantes d'acide têréphtalique et de 1,4-bis-(hydroxyméthyl)-cyclohexane ou d'éthylène glycol et qui contiennent 1 à 10 % en poids du sel de sodium de l'acide 5-sulfo-isophtalique et 1 à 10 % en poids de bisphénol A bis-éthoxylé, peuvent être teints aussi profondément et rapidement sans carrier que les fibres du polyester non modifié correspondant avec carrier. Pour les mesures comparées on teint d'après les méthodes suivantes (cf. H. Ludewig "Polyesterfasern", Akademie Verlag Berlin, 1965, page 346). Méthode 1. Avant la teinture, on lave à fond les fibres. Le rapport de bain est de 1 : 20. Lors de la teinture avec carrier. on ajoute au bain Ç g./litre d'un carrier du commerce (Levegal PT de Bayer, A.G., Leverkusen). Ensuite, on règle avec du phosphate monosqdique et de l'acide acétique une valeur de pH de 4,5 à 5,5. Puis on ajoute au > in 2 % du colorant de dispersion de formule ou du colorant basique de formule : et on règle éventuellement ensuite la valeur du pH. On chauffe alors le bain de teinture en 20 minutes à 80-850C. et on reste 15 à 20 minutes à cette température. Pendant ce temps de séjour l'ef- fet de gonflement du carrier se produit.Dans le cours ultérieur de 30 minutes, on porte le bain à l'ébullition et on reste une heure à cette temnpérature. Au terme du processus de teinture, on rince à chaud la matière teinte puis on la sèche. Méthode 2. Dans la teinture sans carrier on exécute le même processus de teinture, mais on n'ajoute pas de carrier au bain. Les essais reproduits dans les exemples montrent que les brins conformes à l'invention se laissent teindre sans carrier aussi profondément avec un colorant basique ou avec un colorant de dispersion que les fibres du polyester non modifié correspondant avec carrier. Pour une vérification plus précise de ces essais on détermine la valence des couleurs, qui se compose de trois valeurs de couleur et qui définit sans ambiguSté une couleur. Le système de référence est le système CIE reconnu internationalement, qui a la même signification que le système de valence normalisé DIN 5033. Les valeurs de couleur dans le système CIE sont désignées par X, Y et Z. Pour la mesure on presse les fibres dans une cuvette ronde. Puis, on exécute avec le photomètre à filtre ELREPHO de la firme Carl Zeiss, Oberkochen, le procédé de mesure des couleurs dans trois régions. Ce procédé consiste à mesurer le degré de réémission de l'échantillon avec trois filtres spéciaux de mesure de la couleur et à calculer à partir des valeurs de ré-émission Rx, Ry > Rz de manière simple les valeurs de couleur X, Y, Z après les formules suivantes Pour le type de lumière normalisé C X = 0,782 . Rx + 0,198 , Rz Y=Ry Y = 1,181. Exemple-l. Un mélange de réaction consiste en : 2.700 g. de téréphtalate de diméthyle 2.450 g. de 1,4-bis-(hydroxyméthyl)-cyclohexane (0,15 mole d'execès) 150 g. de sel sodique de 5-sulfo-isophtalate de diméthyle (5 % en poids) ; 150 g. de bisphénol abis-éthoxylé (5 % en poids) 1,5 g. de titanate d?isopropyle. Le mélange de réaction se trouve dans un autoclave. La transestérification dure une heure, durée pendant laquelle la température est portée de 200 à 2600G. L'autoclave se trouve sous une pression de 8 atm. rel. La précondensation a lieu pendant 30 minutes, la température montant de 260 à 2950C.; la pression est la pression normale. Pendant la polycondensation de 36 minutes, la température monte à 3Q0 C. et la pression est réduite à 1 mm. Hg. Puis on file dans de liteau froide et on granule. Le polyester a une viscosité relative de 1,82 et un point de fusion de 2830C. Le granulat est filé d'après la technique de la filature à l'état fondu à travers une filière à plusieurs trous en filaments ayant un titre individuel de 10 dtex et ils sont bobinés à une vitesse de 1.100 m/minute. Les filaments filés sont étirés dans un canal à vapeur de 1700C. dans le rapport 1 : 3,20 , bouclés dans une chambre de refoulement, fixés sans tension dans de l'air chaud puis découpés en brins de 60 mm. de long. Les fibres présentent une résistance mécanique de 2,4 p/dtex, un allongement de 35 % et un retrait à la cuisson de 2 r. Les fibres sont alors teintes d'après le procédé de teinture décrit plus haut (méthode 2, sans carrier) avec le colorant basique de formule III. Une fois le processus de teinture terminé, les fibres ont une nuance bleu fon cé. Les brins sont pressés dans la cuvette et l'on exécute le procédé décrit plus haut de mesure de la couleur dans trois régions. Les valeurs colorées trouvées sont : X = 18,1 Y = 13,2 z - 32,6 Si l'on exécute tout le procédé de fabrication avec un granulat du polyester d'acide téréphtalique et de 1,4-bis-(hydroxyméthyl)-cyclohexane, avec simplement une addition de 5 , en poids du sel sodique d'acide 5-sulfo-isophtalique (viscosité relative 1,b0) et si lton teint ces fibres de meme comme décrit plus haut, mais avec le carrier Levegal PT (méthode 1), on obtient également des fibres bleu foncé qui au coup d'oeil ont une même teinte foncée. Les valeurs colorées mesurées sont X = 17,9 Y = 13,1 Z - 31,5 D'après ceci les fibres se composent d'une proportion prépondérante du polyester d'acide téréphtalique et de 1,4-bis-(hydroxyméthyl)-cyclohexane et de l'addition de bisphénol A bis-éthoxylé et du sel sodique d'acide 5-sulfo-isophtalique, se laissent teindre sans carrier aussi bien et aussi rapidement que les fibres du polyester qui ne contient que l'addition du sel sodique d'acide 5sulfo-isophtalique avec carrier. Exemple 2. Un mélange de réaction consiste en 2.760 g. de téréphtalate de diméthyle 2.750 g. d'éthylène glycol (environ 1 mole d'excès) 120 g. de sel sodique de 5-sulfo-isophtalate de diméthyle (4 % en poids) 120 g. de bisphénol A bis-éthoxylé (4 en poids) 0,54 g. d'acétate de zinc 0,54 g. d'oxyde de germanium. Le mélange de réaction se trouve dans un autoclave. La transestérification dure 3 heures à une température de 2000C. Puis vient la précondensation à une température de 2500C. en l'espace de 0,75 heure. La température est portée pour la polycondensation à 2750C. et la pression est réglée à environ 1 mm. Hg. après 3,5 heures, la polycondensation est terminée. Puis on file à partir de l'autoclave dans de l'eau et on granule. Le polyester a une viscosité relative de 1,70 et un point de fusion de 2460C, On file le granulat d'après la technique de la filature à l'état fondu à travers une filière à plusieurs trous en filaments, lesquels sont bobinés à une vitesse de 1.100 m/minute. Les fila ments filés sont étirés dans un bain d'eau à 95 C. et dans un canal à vapeur annexé à 170 C. dans le rapport 1 : 3,20, bouclés dans une chambre de refoulement, séchés sans tension dans de l'air chaud puis découpés en brins de 60 mm. de long. Les fibres montrent une résistance mécanique de 2,5 p/dtex, un allongement de 35 % et un retrait à la cuisson de 1 %. Les fibres sont alors teintes d'après le procédé de teinture décrit plus haut (méthode 2, sans carrier) avec le colorant de dispersion de formule Il. Le processus de teinture une fois terminé, les fibres ont une nuance bleu foncé. On presse les brins dans une cuvette et on exécute le procédé décrit plus haut de mesure de la couleur dans trois régions. Les valeurs colorées trouvées sont I = 14,1 Y 12,2 = 29,0 Si l'on exécute tout le procédé de fabrication avec un granulat en poly(téréphtalate d'éthylène} qui ne contient qu'une addition de 4 % en poids du sel sodique d'acide 5-sulfo-isophtalique et si l'on teint ces fibres également comme décrit plus haut, mais avec le carrier LevegalPT (méth. 1), on obtient de même des fibres bleu fonce, qui au coup d'oeil paraissent aussi foncées. Les valeurs colorées mésurées sont : I - 13,9 Y- 12,0 = 28,6 Les valeurs de couleur mentrent qu'avec l'addiction du bisphénol A bis-éthoxylé sans carrier on obtient la même nuance colovée; autrement dit, on a affaire à une fibre pouvant titre teinte sans carrier. Bien entendu,*diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs et/ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples illustratifs sans sortir du cadre de l'invention. / REVENDICATIONS. 1. Fils et fibres en copolyesters d'acide téréphtalique, qui contiennent sous une forme condensée chimiquement des acides dicarboxyliques et/ou des glycols portant des groupes acides, caractérisés en ce que les copolyesters d'acide téréphtalique contiennent 1 à 10 % en poids du glycol de formule sous forme chimiquement condensée. 2. Fils et fibres selon la revendication 1, caractérisés en ce que les copolyesters d'acide téréphtalique contiennent comme composant glycolique à côté du glycol de formule I de l'éthylène glycol, du 1,4-bis-(hydroxyméthyl)-cyclohexane et/ou du 1,4-butane diol sous une forme chimiquement condensée. 3. Fils et fibres selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisés en ce que les copolyesters d'acide téréphtalique contiennent sous une forme chimiquement condensée à coté de 1 à 10 0 en poids de sel sodique d'acide 5-sulfo-isophtalique 1 à 10% en poids du glycol de formule I. 4. Procédé de fabrication de fils et de fibres par filature à l'état fondu de copolyesters d'acide téréphtalique et post-traitement des fils obtenus de manière connue, caractérisé en ce qu'on file un copolyester d'acide téréphtalique qui contient sous une forme chimique condensée 1 à 10 %0 en poids du glycol de formule à côté des glycols usuels et de glycols ou d'acides dicarboxyliques portant des groupes acides.