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Verfahren zur Herstellung von aus isotaktischem Polystyrol bestehenden
Fäden, Filmen u. dgl.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Fäden, Filmen u. dgl., nach welchem isotaktisches Polystyrol zu Fäden, Filmen u. dgl. verarbeitet wird, wobei diese Produkte bei einer im Bereiche von 80 bis 1150C liegenden Temperatur um zumindest 1000/0 gestreckt und sodann, zumindest solange sie unter Spannung gehalten werden, auf 1300C erhitzt werden.
Ein Verfahren dieser Art wurde bereits beschrieben. Nach diesem wird ein in bekannter Weise unter Verwendung von stereospezifischen Katalysatorsystemen hergestelltes isotaktisches Polystyrol mit einem Molekulargewicht von drei bis vier Millionen verarbeitet, indem es zu Produkten verformt wird, die vollkommen amorph sind, wobei zu bemerken ist, dass die Kristallinität dieser Produkte unter derjenigen liegen soll, die einem spezifischen Gewicht von 1, 06 entspricht. Wenn die Kristallinität höher ist, wird das isotaktische Polystyrol, vor Verarbeitung zu geformten Produkten, bis zum Schmelzpunkt oder über diesen hinaus so lange erhitzt, bis die Kristallinität auf den zuvor erwähnten kritischen Wert herabgesetzt und der amorphe Zustand weitestmöglich erreicht ist.
Bei den bekannten Verfahren wird es auch als wünschenswert angesehen, dass das isotaktische Polystyrol so weit wie möglich von ataktischem Polystyrol befreit werden soll, was durch Extraktion mit Azeton, Methyläthylketon, Benzol oder Toluol erreicht werden kann.
Es wurde nunmehr gefunden, dass das Verfahren zur Herstellung der oben erwähnten Produkte vereinfacht und auch verkürzt werden kann.
Dies wird durch Erhöhung der Kristallisationsgeschwindigkeit erreicht.
Die Erfindung besteht darin, dass bei Anwendung eines Verfahrens der oben angegebenen bekannten Art isotaktisches Polystyrol mit einer Grenzviskosität
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von nicht mehr als 1, 5 und einer Kristallinität, die einem spezifischen Gewicht von zumindest 1, 06 entspricht, vermischt mit 3-20 Gew.- o, vorzugsweise 5 - 10 Gew.- o, ataktischem Polystyrol eingesetzt wird.
Die Grenzviskosität von 1, 5, die einem beträchtlich unter einer Million gelegenen Molekulargewicht entspricht, das ist ein Molekulargewicht, das. beträchtlich unter dem des in dem bekannten Verfahren verwendeten Polymeren liegt, erleichtert die Formgebung in einem beträchtlichen Ausmass. Diese Verfahrensstufe hat jedoch als solche anscheinend den Nachteil, dass die Festigkeit der aus diesem Polymeren hergestellten Produkte wesentlich geringer ist als diejenige der bei Ausführung der bekannten Verfahren erhaltenen Produkte, selbst dann, wenn die gestreckten Produkte einer weiteren Wärmebehandlung unterworfen werden.
Bei Verarbeitung von isotaktischem Polystyrol, das 3 Gew.-lo, vorzugsweise 5-10 Gew.-10, ataktisches Polystyrol enthält, kann dieser Nachteil bis zu einem gewissen Grad überbrückt werden. Eine
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Aus diesem Grund ist eine Ausgangskristallinität, die einem spezifischen Gewicht von 1, 065 oder einem höher gelegenen spezifischen Gewicht entspricht, nicht gleichermassen erwünscht.
Der Anteil an 3-20, vorzugsweise 5-10 Gew. -0/0 an ataktischem Polystyrol ist mit Bezug auf voll- kommen isotaktisches Polystyrol angegeben.
Bei der Herstellung von isotaktischem Polystyrol unter Verwendung stereospezifischer Katalysatorsy- steme der Ziegler-Natta-Art wird im allgemeinen ein Produkt mit einem niedrigeren oder einem höhe- ren Gehalt an ataktischem Polystyrol erhalten ; dieses kann z. B. durch Extraktion mit heissem Methyl- äthylketon entfernt werden.
Das ataktische Polystyrol, das erfindungsgemäss in dem zu verarbeitenden Material vorhanden sein I muss, kann diesem gereinigten isotaktischen Polystyrol zugesetzt werden.
Es ist jedoch einfacher, sofern dies möglich ist, sogleich das nicht extrahierte isotaktische Polystyrol, gewünschtenfalls nach Korrektur des Gehaltes an ataktischem Polystyrol, zu verarbeiten, wobei es selbst- verständlich erforderlich ist, dass der Gehalt an ataktischem Polymerem zwischen 3 und 20, vorzugsweise zwischen 5 und 10 Gew.-% liegt.
Die Geschwindigkeit der Kristallisation während der Wärmebehandlung wird nicht nur durch die Aus- gangskristallinität und die molekulare Orientierung, sondern auch durch das Vorhandensein von atakti- schem Polystyrol erhöht. Die Geschwindigkeit der Kristallisation ist auch von der Temperatur, bei der die Wärmebehandlung ausgeführt wird, abhängig.
Diese Temperatur soll so gewählt werden, dass die Produkte jene Temperatur annehmen, bei der die
Kristallisationsgeschwindigkeit die höchste ist. In der Praxis wurde die maximale Geschwindigkeit zwi- schen 130 und 190 C ermittelt.
Es mag erwünscht sein, die Wärmebehandlung bei einer Temperatur vorzunehmen, die höher ist als die Temperatur, bei der die maximale Kristallisationsgeschwindigkeit erreicht wird. Dies soll ermögli- chen, das Material so rasch wie möglich bei dem Temperaturbereich durchzuführen, bei welchem eine
Disorientierung leicht vor sich gehen kann, bevor diese durch die Kristallisation verhindert wird.
Dies führt dazu, dass während der Wärmebehandlung getrachtet werden muss, die Kristallisation zu beschleunigen und dieDisorientierung zu verhindern, in andern Worten, muss das Verhältnis der Kristalli- sationsgeschwindigkeit zu der Geschwindigkeit der Disorientierung so hoch wie möglich liegen.
Eine optimale Orientierung der Produkte schränkt (als Folge der höheren Kristallisationsgeschwindig- keit) das Risiko der Disorientierung in den Produkten während der Wärmenachbehandlung ein.
Erforderlich ist, dass die Produkte, während sie unter Spannung gehalten werden, erhitzt werden.
Diese Spannung wird so gewählt, dass die Produkte in der Streckrichtung nicht wesentlich schrumpfen, oder auch so, dass sich die Dimensionen überhaupt nicht ändern bzw. dass die Produkte stärker verstreckt werden.
Die Erfindung soll an Hand der folgenden Beispiele, ohne Einschränkung auf dieselben, näher erläu- tert werden.
Beispiel 1: Isotaktisches Polystyrol mit einer Grenzviskosität von 1, 3 (gemessen in 1-Methyl- naphthalin bei 1200C), das 6 Gew. -0 ; 0 ataktisches Polystyrol enthielt, wurde mittels einer auf 2800C er-
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bei er unterSpannung gehalten wurde. Der Film, der-wie mittels Röntgenstrahlen-Untersuchung festgestellt-eine deutlich orientierte kristalline Struktur hatte und durchsichtig war, wies eine Faltzahl von über 50 quer zu seiner Längsrichtung und in seiner Längsrichtung eine Bruchfestigkeit von 14, 2 kg/mm% auf.
Beispiel 2: Ein Film, der in einem geringen Ausmass (spezifisches Gewicht 1, 065) kristallisiert war und der durch Verdampfen einer Lösung von 95 Gew.-Teilen isotaktischem Polystyrol (Grenzviskosität 1, 4) und 5 Gew.-Teilen ataktischem Polystyrol in 2000 Gew.-Teilen a-Methylnaphthalin bei 950C erhalten worden war, zeigte eine Faltzahl von unter 1.
Dieser Film wurde in seiner Längsrichtung bei 920C um 181% verstreckt und sodann lmin in heisser Luft rasch auf 1500C erhitzt, wobei er unter Spannung gehalten wurde. Der erhaltene Film war durchsichtig, zeigte eine orientierte, kristalline Struktur und quer zu seiner Längsrichtung eine Faltzahl von über 50.
Wurde jedoch der gleiche Film bei 920C in seiner Längsrichtung um 181% verstreckt und sodann allmählich 12 min auf 1500C erhitzt, so wurde, infolge des fast vollständigen Verlustes der Orientierung, ein kristalliner, opaker Film mit einer Faltzahl von weniger als 1 erhalten.
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Beispiel 3: Ein transparenter Film, der in einem geringen Ausmass (spezifisches Gewicht 1, 07 ; dieser hohe Wert ist teilweise auf das Vorhandensein einer kleinen, in dem Film verbliebenen Lösungs- mittelmenge zurückzuführen) kristallisiert war und der durch Verdampfen einer Lösung von 95 Gew.-Tei- len isotaktischem Polystyrol (Grenzviskosität 1, 4) und 5 Gew.-Teilen ataktischem Polystyrol in i 2000 Gew.-Teilen Tetrachloräthan bei 700C erhalten worden war, wies eine Faltzahl von 1 auf. Dieser
Film wurde in seiner Längsrichtung bei 900C um 183ci verstreckt und sodann, während er unter Spannung gehalten wurde, schnell auf 1820C erhitzt und 1 min lang bei dieser Temperatur gehalten.
Der Film war durchsichtig, zeigte eine Faltzahl von 82 bei Faltung längs einer zu der Streckrichtung senkrechten Aus- richtung und wies eine gut orientierte kristalline Struktur auf.
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hitzt wurde, war die Dehnung nicht beträchtlich, bis eine Temperatur von 2100C erreicht worden war.
Wenn der gleiche Versuch unter Verwendung desselben Materials, jedoch bevor das Verstrecken vor sich ging, vorgenommen wurde, war die Dehnung bei 1000C bereits beträchtlich.
Beispiel 4 : Nach Verdampfung des Lösungsmittels wurde der in Beispiel 3 beschriebene Film gleichzeitig in zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen um ungefähr 110% bei 880C verstreckt.
Hierauf wurde der Film, während er unter Spannung belassen wurde, rasch auf 1670C erhitzt und 4 min bei dieser Temperatur gehalten. Die erhaltene Folie war durchsichtig und wies, laut Röntgenstrahlenana- lyse bei Ausrichtung der Strahlen in paralleler Richtung zu der Filmebene, eine orientierte kristalline
Struktur auf.
Zum Unterschied zu dem Film mit einer orientierten kristallinen Struktur gemäss den Bei- spielen 1,2 und 3, der eine hohe Faltzahl lediglich nach Faltung längs einer senkrecht zu der Verstrek- kungsrichtung gelegene Linie aufwies, war der in zwei Richtungen verstreckte Film nach allen Richtungen hin geschmeidig und konnte unabhängig von der Faltrichtung hintereinander mehr als 10mal und ohne hiebei zu brechen gefaltet werden.
Beispiel 5: Isotaktisches Polystyrol mit einer Grenzviskosität von 1, 2, das mit 5 Gew. -0/0 atakti- schem Polystyrol vermischt worden war, wurde zu einem Monofaden mit einem Durchmesser von 0, 1 mm mittels einer auf 280 C erhitzten Strangpresse aus der Schmelze versponnen, langsam abgekühlt und sodann auf eine Spule mit einem grösseren Durchmesser aufgespult. In einer zweiten Verfahrensstufe wurde der Faden, dessen Kristallinität einem spezifischen Gewicht von 1, 061 entsprach, von der Spule abge- wickelt und sodann nacheinander über zwei Rollen mit 3600 Umschlingungsbögen geführt, wobei die Rollen mit Umfangsgeschwindigkeiten von 3 m/min bzw. 12 m/min betrieben wurden. Zwischen den beiden Rollen war eine leicht konvexe, auf 1000C erhitzte Platte von 50 cm Länge angebracht, über welche der Faden geführt wurde.
Nach Verlassen der zweiten Rolle wurde der Faden zuerst um eine dritte Rolle, die mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 12, 2 m/min betrieben wurde, und dann um eine vierte Rolle, die mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 12, 4 m/min angetrieben war, gebracht. Zwischen diesen beiden Rollen wurde der Faden über eine leicht konvexe, auf 1850C erhitzte Platte mit einer Länge von 50 cm geleitet.
Der erhaltene Faden, der orientiert und kristallisiert war, wies eine Zugfestigkeit von 2, 3 g/Denier und eine Dehnung von 801o auf.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Fäden, Filmen u. dgl., nach welchem isotaktisches Polystyrol zu Fäden, Filmen u. dgl. verarbeitet wird, wobei diese Produkte bei 80-1150C um zumindest 100% verstreckt und sodann, zumindest so lange sie unter Spannung gehalten werden, auf eine Temperatur von 1300C erhitzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass isotaktisches Polystyrol mit einer Grenzviskosität von nicht mehr als 1, 5 und einer Kristallinität, die einem spezifischen Gewicht von zumindest 1, 06 entspricht, zusammen mit 3-20 Gew.-% ataktischem Polystyrol eingesetzt wird.