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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hydrophilen Fasern oder Fäden aus einem Acrylnitrilhomo- oder -copolymerisat mit einem Gehalt von mindestens 50% Masse Acrylnitril- einheiten, welche Fasern oder Fäden ein Wasserrückhaltevermögen von mindestens 30% aufweisen, durch Trocknen- oder Nassspinnen einer Lösung des Polymerisates in einem nichtwässerigen Spinn- lösungsmittel unter Faserbildung durch Verdampfen des Lösungsmittels in einem Spinnschacht bzw.
durch Fällen in einem wässerigen Spinnbad und nachfolgendes Verstrecken, Waschen, Trocknen, gegebenenfalls Stauchkräuseln, Schneiden und Avivieren der Fasern oder Fäden, wobei der Spinn- lösung eine organische Verbindung, die in der Spinnlösung löslich ist, in Wasser und wässerigen
Lösungen des Spinnlösungsmittels unlöslich ist und kein Lösungsmittel für das Polymerisat dar- stellt, in einer Menge von 10 bis 100%, vorzugsweise 30 bis 70%, bezogen auf das Polymerisat, zugesetzt wird.
Verfahren zur Herstellung von hydrophilen Fasern oder Fäden aus Polymerisaten auf PAN-
Basis mittels Trocken- oder Nassspinnens sind bereits bekannt.
Sämtliche Verfahren lassen sich grundsätzlich nach zwei Gesichtspunkten einordnen ; entweder erfolgt ein Einbau von hydrophilen funktionellen Gruppen, wie Carboxyl-, Amino-, Aminomethylol-, Hydroxy- oder Äthergruppen in das Polymerengerüst oder es werden Fasern mit poröser Struktur hergestellt, wobei die hydrophilen Eigenschaften durch die Möglichkeit der Aufnahme von Feuchtigkeit in den Mikrohohlräumen bewirkt werden.
Bei Verfahren letzterer Art wird die poröse Struktur dadurch erzeugt, dass der Spinnlösung eine Substanz zugesetzt wird, welche sich in der Spinnlösung löst, dagegen kein Lösungsmittel für das Polymerisat darstellt. Beim Trockenspinnen gilt als weitere Bedingung, dass die zugesetzte Verbindung einen sehr hohen Siedepunkt hat, damit sie nicht im Spinnschacht verdampft ; schliesslich soll die Substanz mit Wasser oder mit einem andern Lösungsmittel aus dem ungetrockneten Spinnkabel nach dem Verstrecken extrahierbar sein. Hiebei entstehen nun die Poren. Das poröse Kabel wird anschliessend durch Avivieren, Trocknen, Stauchkräuseln und Schneiden in fertige Fasern übergeführt.
Gemäss der DE-OS 2554124 soll die zugesetzte Substanz mit Wasser gut mischbar sein. Sie wird daher zwangsläufig beim zwecks Entfernung des Spinnlösungsmittels aus dem Faserkabel durchgeführten Waschen gemeinsam mit diesem Lösungsmittel aus den Fäden extrahiert. Anschliessend werden die feuchten, mikroporösen Fäden getrocknet, wobei die Gefahr besteht, dass die Hohlräume kollabieren und der durch den Zusatz bewirkte Effekt wieder rückgängig gemacht wird. Ein Zusammen-
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In der DE-OS 2554124 sind daher möglichst milde Trockenbedingungen und kurze Verweilzeiten von maximal 2 bis 3 min im Trockner vorgeschrieben.
In der DE-OS 2609829 wird zur weiteren Steigerung der Wasseraufnahmefähigkeit von Fasern vorgeschlagen, ausser der vor dem Trocknen zu extrahierenden organischen Flüssigkeit noch eine Substanz zuzusetzen, die in der Hitze in gasförmige Stoffe, wie Ammoniak, Kohlendioxyd oder Stickstoff zerfällt. Dadurch sollen zusätzliche Hohlräume geschaffen werden, welche Feuchtigkeit speichern können.
Man kann auch die Hydrophilität von Fasern dadurch steigern, dass man der Spinnlösung neben der porenbildenden extrahierbaren Substanz Stoffe zusetzt, welche die Grenzflächenspannung zwischen Wasser und Substrat herabsetzen. Durch solche kapillaraktive Stoffe wird ein erhöhtes Rückhaltevermögen für aufgenommene Feuchtigkeit bewirkt.
Gemäss der DE-OS 2607996 wird der Spinnlösung eine Substanz zugefügt, die sowohl mit dem Spinnlösungsmittel als auch mit Wasser gut mischbar ist, das Polymerisat jedoch nicht zu lösen vermag. Bei diesem Nassspinnverfahren erhält man durch Herauslösen der zugesetzten Flüssigkeit nach dem Verstrecken Fäden oder Fasern mit sehr kleinen Hohlräumen.
Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Herstellung von hydrophilen Fäden oder Fasern durch Nassspinnen besteht gemäss der AT-PS Nr. 351661 darin, dass der Spinnlösung eine flüssige, organische, unpolare Verbindung zugesetzt wird, welche im wässerigen Fällbad unlöslich ist und kein Lösungsmittel für das Polymerisat darstellt. Die Trocknung der Fäden oder Fasern muss bei verhältnismässig niedrigen Temperaturen erfolgen, wobei die Poren durch Verdampfen der flüssigen Verbindung aus den Mikrohohlräumen der Fäden bzw. Fasern entstehen.
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nitril, etwa in Dimethylformamid, zugesetzt werden, richtet sich nach dem gewünschten Hydrophili- sierungseffekt und der Spinnbarkeit der Spinnlösung.
An einer bestimmten Konzentration an Weichmacher nimmt die Erstarrungsgeschwindigkeit der
Fäden beim Trockenspinnen im Spinnschacht so weit ab, dass die Fäden im Schacht verkleben.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden zum Extrahieren der Fasern bzw. Fäden solche organischen Lösungs- bzw. Extraktionsmittel verwendet, deren Siedepunkte unter der Temperatur des Glasumwandlungspunktes der Polymerisate liegen, vorzugsweise Chloroform.
Neben Chloroform kommen leichtflüchtige, möglichst ungiftige und gewünschtenfalls auch nicht brenn- bare Lösungsmittel, z. B. Tetrachlorkohlenstoff, Methanol, Äthanol, Diäthyläther, Aceton oder
Methylenchlorid, in Frage.
Die Extraktion wird folgendermassen durchgeführt : Die gekräuselte Stapelfaser wird im Flotten- verhältnis 1 : 20 mit Chloroform vermischt, welches günstigerweise ein Avivierungsmittel gelöst ent- hält. Die Mischung wird bei Zimmertemperatur 5 min in Bewegung gehalten. Darauf wird das
Extraktionsmittel in einer Siebzentrifuge abgeschleudert und der Vorgang wiederholt. Schliesslich wird die Flocke auf einem Bandtrockner getrocknet.
Bei Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens als Trockenspinnverfahren wird z. B.
Phthalsäuredibutylester in einem Homogenisator mit einer Lösung von Polyacrylnitril in Dimethyl- formamid vermischt. Es entsteht eine homogene Lösung, welche mittels einer Zahnradpumpe durch eine Spinndüse in einen senkrechten Trockenschacht versponnen wird. Mittels eines heissen Spinn- gases wird hier das Dimethylformamid aus den Fäden ausgedampft, wobei sich diese verfestigen.
Die Spinnfäden, bestehend aus 60 bis 80% Polyacrylnitril und 20 bis 40% Dibutylphthalat, werden anschliessend in einer siedenden Lösung von 6% Dimethylformamid in Wasser verstreckt, in mehreren
Waschwannen bei 100 C mit Wasser lösungsmittelfrei gewaschen, aviviert und bei 150 bis 200 C getrocknet. Das getrocknete Kabel wird nun gedämpft, in einer Stauchkammer gekräuselt und geschnitten.
Während des gesamten Prozesses verbleibt Dibutylphthalat auf Grund seines hohen Siedepunktes von 340 C und seiner Unlöslichkeit in Wasser in den Fasern.
Die fertig nachbehandelte Faserflocke wird nun mit einem der erwähnten organischen Lösungsmittel bei einer Temperatur im Bereich der Umgebungstemperatur extrahiert, abgeschleudert und bei etwa 300C getrocknet. Das Extraktionsmittel enthält vorteilhaft gelöstes Avivierungsmittel, um die Avivageverluste beim Extrahieren zu kompensieren.
Bei dieser Behandlung gibt die Faser innerhalb weniger Minuten den Ester quantitativ ab, dieser kann anschliessend leicht aus dem Lösungsmittel zurückgewonnen werden. In den Fasern verbleiben Hohlräume, durch welche diese ihre hydrophilen Eigenschaften erhalten. Je nach dem Prozentsatz an zugesetztem Weichmacher findet man Werte für das Wasserrückhaltevermögen zwischen 30 und 60%.
Die Fasern weisen einen für trockengesponnenes Polyacrylnitril normalen hantelförmigen Querschnitt auf. Bei der mikroskopischen Betrachtung des Faserquerschnittes wird ein poröser Faserkern sichtbar, der von einem dünnen, mehr oder weniger kompakten Fasermantel umgeben ist.
Die-erfindungsgemäss hergestellten Fasern weisen neben einem hohen Wasserrückhaltevermögen gute Werte für Reissfestigkeit und Reissdehnung und ein gutes Anfärbeverhalten auf.
In den folgenden Beispielen wird das erfindungsgemässe Verfahren - durchgeführt sowohl als Nass- als auch als Trockenspinnprozess - näher erläutert. Ein aussagefähiges Kriterium für den Tragekomfort von Textilien ist deren Wasserrückhaltevermögen (WRV), welches gemäss DIN 52814 wie folgt bestimmt wird :
Die Probe wird in ein trockenes Schleudergefäss eingewogen. Nach dem Wägen wird das Gefäss mit Wasser, welches 1 g Netzmittel/l enthält, gefüllt. Nach einer Nutzdauer von 2 h wird 20 min lang mit 3000 Umdr/min zentrifugiert, wobei das in den Poren der Fasern nicht festgehaltene Wasser ablaufen kann.
Darauf wird das Schleudergefäss zur Bestimmung der Masse des feuchten Fasergutes abermals gewogen,
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wobei m f die Masse des feuchten Fasergutes und m tr die Masse des trockenen Fasergutes ist.
Entsprechende Zahlenwerte sind in den folgenden Beispielen angegeben.
Beispiel 1 : In eine 31,1%ige Polyacrylnitrillösung in DMF werden mit Hilfe einer Injektions- vorrichtung und eines nachgeschalteten Homogenisators vor der Spinnpumpe 10 Massenteile Dibutyl- phthalat (= DBP) auf 90 Teile Lösung eingebracht, so dass eine Spinnlösung, bestehend aus 28%
Polymerisat, 10% DBP und 72% DMF resultiert. Diese wird unter den für normale Fasern üblichen
Schachtbedingungen trocken versponnen, abgezogen und auf Spulen gesammelt. Davon werden
40 Spulen zu einem Gatter zusammengefasst, in siedendem Wasser 1 : 4, 6 verstreckt, in siedendem
Wasser gewaschen, mit einem Kontakttrommeltrockner bis zu einer Restfeuchte von weniger als 5% getrocknet, gestaucht und geschnitten.
Die so erhaltenen Stapelfasern werden in Chloroform bei einem Flottenverhältnis 1 : 20 5 min bei Raumtemperatur extrahiert und anschliessend das Chloroform auf der Siebzentrifuge abgeschleu- dert. Hierauf wird in einem Avivierungsmittel-hältigem CHCl3 -Bad nochmals 5 min extrahiert und gleichzeitig aviviert. Es wird wieder siebzentrifugiert und schliesslich die Flocke auf dem Bandtrockner bei 30 C getrocknet.
Die so erhaltenen Fasern zeigen im Lichtmikroskop einen hantelförmigen, porösen Querschnitt.
Bei einem Titer von 3, 3 dtex beträgt das
WRV 37%, die Reissfestigkeit 28 cN/tex und die Bruchdehnung 25%.
Beispiel 2 : In eine 30,1%ige Polyacrylnitrillösung in DMF werden durch Injektion vor der
Spinnpumpe 11, 7 Massenteile Dibutylphthalat auf 88, 3 Teile Lösung eingebracht, so dass eine Lösung, bestehend aus 26, 6% Polymer, 11, 7% DBP und 61, 7% DMF resultiert.
Das Verspinnen, die Nachbehandlung und die Extraktion wird wie in Beispiel 1 beschrieben durchgeführt.
An den erhaltenen Fasern (3, 3 dtex) wurden folgende textile Daten bestimmt :
WRV 54%
Reissfestigkeit 22 cN/tex
Bruchdehnung 25%
Beispiel 3 : 67, 6 Massenteile DMF und 14, 4 Massenteile DBP werden bei 5 C mit 18 Massenteilen
PAN-Polymerisat zu einer Suspension verrührt und durch 2stündiges Erhitzen auf 80DC zu einer klaren Spinnmasse gelöst.
Diese wird durch eine 150-Loch-Düse in ein Spinnbad einer Temperatur von 5 C, bestehend aus 50% DMF in Wasser, gepresst. Die Fäden werden mit einer Geschwindigkeit von 4 m/min abgezo- gen und anschliessend in siedendem Wasser im Verhältnis 1 : 9 verstreckt. Daraufhin wird das Faser- kabel in siedendem Wasser gewaschen, auf dem Kontakttrommeltrockner bis zu einer Restfeuchte von weniger als 5% getrocknet, gestaucht und geschnitten.
Die so erhaltenen Stapelfasern werden in Chloroform bei Raumtemperatur und einem Flotten- verhältnis von 1 : 20 5 min lang extrahiert und anschliessend auf einer Siebzentrifuge vom Extrak- tionsmittel befreit. Hierauf wird in einem avivagehältigen CHCla-Bad nochmals 5 min lang bei einem
Flottenverhältnis von 1 : 20 extrahiert und dabei gleichzeitig aviviert. Es wird wieder siebzen- trifugiert und schliesslich die Flocke auf dem Bandtrockner bei 30 C getrocknet.
Die erhaltenen Fasern zeigen im Lichtmikroskop einen nierenförmigen Querschnitt mit einer gleichmässigen Porenstruktur.
Bei einem Titer von 3, 3 dtex beträgt das
WRV 44%, die Reissfestigkeit 32 cN/tex und die Bruchdehnung 29%.
Beispiel 4 : 70 Massenteile DMF und 10 Massenteile Sebacinsäuredibutylester werden mit
20 Teilen PAN-Polymerisat zu einer Suspension verrührt und durch 2stündiges Erhitzen auf 80 C zu einer klaren Spinnmasse gelöst.
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