Zur Herstellung von synthetischen Fasern geeignetes Produkt. Die vorliegende Erfindung hat ein zur Herstellung von synthetischen Fasern geeig netes Produkt zum Gegenstand, das dadurch gekennzeiehnet ist, dass es aus einem homoge nen Gemisch eines zu mindestens 75 % aus Acrylnitril aufgebauten Polymers und von N.N'-Dimethyl-acetamid besteht.
Es ist bekannt, dass Polyacrylnitril und gewisse Mischpolymere des Acrylnitrils ein ausgezeichnetes Faserbildungsvermögen besit zen. Die übliche Methode der Herstellung von Fasern aus Acrylnitilpolymeren besteht darin, das Polymer in einem Lösungsmittel zu lösen und die Lösung anschliessend in ein Nedium auszustossen, welches das Lösungsmit tel aus der Lösung entfernt und das Polymer in kontinuierlicher Form ausfällt. Es sind zahlreiche Lösungsmittel bekannt, die die Acrylnitrilpolymere zu lösen vermögen, bei spielsweise N,N-Dimethyl-formamid, das oft verwendet und gewöhnlich als das geeignetste dieser Lösungsmittel betrachtet wurde. Es wurde bisher allgemein angenommen, dass höher molekulare N,N-Dimethylamide unge eignet seien.
Es wurde nun überraschenderweise gefun den, dass N,N-Dimethyl-acetamid ein unge wöhnlich wirksames Lösungsmittel zum Lösen der Acrylnitrilpolymere ist. Der niedrigere Damppdruck des Acetamids ermöglicht eine Einsparung infolge Verminderung der Ver dampfungsverluste. Die Spinnlösung lässt sieh leichter verspinnen, da höhere Temperaturen angewendet werden können, als dies gewöhn lieh der Fall ist, wenn N,N-Dimethyl-form- amid das Lösungsmittel ist.
Ausserdem ist das N,N-Dimethyl-acetamid insofern geeigneter als das N,N-Dimethyl-formamid, als der Spinnprozess infolge der Möglichkeit, höhere Konzentrationen des Polymers in der Spinn lösung zu erzielen, und infolge des geringeren Preises des Lösungsmittels wirtschaftlicher wird. Ferner hat auch die Möglichkeit, mit höheren Ausstossgeschwindigkeiten zu arbei ten, eine Verminderung der Gesamtherstel lungskosten für die synthetischen Fasern zur Folge.
Als Acrylnitrilpolymere eignen sieh z. B. Polyacrylnitril und Mischpolymere des Acryl- nitrils mit kleineren Mengen anderer mono- olefiniseher Verbindungen, welche dem Poly merisat eine erhöhte Plastizität verleihen, bei spielsweise die llisehpohznere aus 95% Acryl- nitril und 5 % einer oder mehrerer der fol genden Verbindungen:
Vinylacetat, Vinyliden- chlorid, Dimethylfumarat und Methylmetha- erylat. Sehr brauchbare Mischpolymere sind die in der amerikanischen Patentanmeldung Nr. 786153 (14. Nov. 1947, Reid G. Fordyce und George E.Ham) beschriebenen Misch polymere aus 75-97 % Acivlnitril, 2-18 % lietliaxei-ylnitril und 1.-l0 %, Vinylacetat.
Wie bekannt, ist das Molekulargewicht de,, Polymerisates von grosser Wichtigkeit. Die Polymerisate besitzen vorzugsweise ein 10 000, am besten 25 000 übersteigendes Molekular- gewicht. Das Molekulargewicht kann durch Messung .der Viskosität in Lösungsmitteln nach bekannten Methoden ermittelt werden. Es ist ferner ratsam, Mischpolymere zu ver wenden, die hinsichtlich der Zusammenset zung und des Molekulargewichtes praktisch homogen sind.
Spinnlösungen, welche homo gene Polymerisate enthalten, lassen sich in besonders wirtschaftlicher Weise verspinnen, indem das Spinnen infolge Verminderung der Faserbrüche und, der Verstopfung der Spinndüsen in kontinuierlicher, ununter brochener Arbeitsweise durchgeführt werden kann.
Zur Herstellung der Lösungen geht man am besten von fein zerteilten Polymerisaten aus, wie sie z. B. bei der Emulsionspolymeri- sation direkt anfallen. Es können aber auch massive Polymere auf die gewünschte Teil chengrösse zermahlen werden. Das fein zer teilte Polymer kann in einer beliebigen Misch vorrichtung, beispielsweise in einem Kneter oder in einem Banbury-Mischer, mit dem N,N- Dimethyl-acetamid vermischt werden. Im all gemeinen ist es zweckmässig, auf eine Tem peratur von 50-150 C zu erhitzen, um den Lösungsvorgang zu beschleunigen. Um die Bildung homogener Lösungen zu fördern, ist es oft zweckmässig, die Gemische während längerer Zeit zu erhitzen und in Bewegung zu halten, beispielsweise durch Umwälzen.
Die Lösung weist zweckmässig eine mög- lichst hohe Konzentration an Polymer auf. Die praktisch in Betracht fallende obere Grenze der Konzentration ist abhängig vom Molekulargewicht des Polymers und der Vis kosität des Gemisches von Polymer und Lö sungsmittel. Fasern mit optimalen physikali schen Eigenschaften werden aus Polymere mit bei über 25000 liegenden Molekularge wichten enthaltenden Spinnlösungen erhal ten. Bei Verwendung solcher Polymere kann allerdings nur eine verhältnismässig kleine Menge des Polymers im N,N-Dimethyl-acet- amid gelöst werden, wenn die zulässigen Vis kositätswerte nicht überschritten werden sol len. Die Spinnlösung kann z. B. nur 5% Polymer enthalten.
Solche Konzentrationen sind allerdings unzweckmässig, da nachher eine zu grosse Menge Lösungsmittel entfernt werden muss und dadurch die Kosten für die Rückgewinnung des Lösungsmittels erhöht, die Spinngeschwindigkeit vermindert und die für die Koagulation erforderliche Zeit ver längert wird. Die Konzentration des Poly- mers in der Spinnlösung wird zweckmässig auf 8-20 % eingestellt. Von der Konzentra tion des Polymers und der Viskosität der Lö sung hangen bis zu einem gewissen Grad die physikalischen Eigenschaften der Faser und die Spinngeschwindigkeit ab.
Die Fasern können durch Ausstossen der Polymerlösung durch eine einzige Öffnung oder eine Spinndüse mit einer Mehrzahl von Öffnungen in ein Medium, welches das N,N- Dimethyl-acetamid entfernt, gesponnen wer den. Das durch die Spinndüse hindurchge hende Volumen der Losung' sollte konstant sein, damit. eine Faser von gleichmässiger Dicke erhalten wird. Es wird dies am besten durch Verwendung einer Zahnradpumpe er durch Verwendung einer Zahnradpumpe er reicht, die derart ausgebildet ist, dass sie die Lösung unbeeinflusst durch kleine Viskosi tätsschwankungen und den veränderlichen Widerstand, den die Spinndüse entgegensetzt, in konstantem Strom abgibt.
Es ist zweek- mässig, die einer Vorfiltration unterworfene L ösung durch ein oder mehrere zusätzliche Filter hindurehzulassen, bevor sie durch die Spinndüse getrieben wird, um die letzten Spuren von Fremdmaterial und Teilchen von unvollständig gelöstem Polymer zu beseitigen. Die Lösung kann der Zahnradpumpe unter Druck, der durch ein inertes Gas im Vorrats behälter der Lösung erzeugt wird, zugeführt werden. Der Vorratsbehälter kann, wenn nötig erhitzt werden, um die Lösung für ihren Durchgang durch die Leitunken genü gend flüssig zu machen.
Das Spinnen wird am besten bei erhöhter Temperatur, jedoeli erlieblieli unterhalb cles Siedepunktes des<B>Lö-</B> sungsmittels durchgeführt, uni den Betrieb der Apparatur zu erleichtern.
Das Meditnii, in welelies die Lösttn-, aus gestossen wird und -elches das l,östingsinittel entfernt, kann entweder flüssig odergasför mig sein. Beim Nassspinnen können Wasser, Alkohol, Salzlösungen oder andere Flüssig- keiten, die das N,N-Dimethyl-aeetamid lösen, in welchen jedoch das Polymerisat unlöslieh ist, verwendet werden. Wird eine Spinndüse mit mehreren Öffnungen verwendet, so laufen die verschiedenen Polymerstrahlen unter Bil dung eines einzigen Fadens zusammen.
Das Spinnbad sollte genügend gross sein, um die vollständige oder praktisch vollständige Ent fernung des N,N-Dimethyl-aeetamides zu er- Es tritt häufig der Fall ein, dass für die angewendeten Produktionsgeschwindigkeiten Bäder erforderlich sind, die für industrielle Verhältnisse zu lang sind. Unter diesen Um ständen wird das Spinnen vorzugsweise in einem gasförmigen Medium durchgeführt. Bei dieser Arbeitsweise eignen sieh als Medium Luft, Wasserdampf, Stickstoff oder andere Gase oder Gasgemische, die bei den Spinn temperaturen gegenüber der Spi nlösung inert sind.
Bei dieser Methode wird höhe ren Temperaturen gearbeitet, wobei das N,N- Dimethyl-aeetamid von der Oberfläehe der Faser verdampft. Die Temperatur, der die Fasern ausgesetzt werden, sollte den Siede punkt des N,N - Dimethyl-acetamids nicht überschreiten, da sonst die Verdampfung im Tunern der Faser die Bildung von Blasen be wirkt, was unerwünscht isst. Die Faser kann durch Konvektion durch das heisse, gasförmige Medium oder durch Strahlung von den Wän den des Behälters erhitzt werden. Im allge meinen wirken Konvektion und Strahlung kombiniert.
Das Erhitzen durch Strahlun- ist wirksamer und ermöglicht Wandtempera- fraren, die erheblich höher liegen als der Siedepunkt des N,N-Dimethyl-aeetamids. Durch die Verdampfung des N,N-Dimethyl- acetamids von der Oberfläche der Faser und die Laufgesehwindigkeit der Faser wird ver hindert, dass der Faden eine Temperatur er- hangt, die den Siedepunkt des N,N-Dimethyl- acetamids übersteigt.
Das Trockenspinnen eignet sich besonders für hohe Ausstossge schwindigkeiten und besitzt den Vorteil, dass die Kosten für die Rückgewinnung des Lö sungsmittels geringer sind. In der Spinnkam mer kann ein Vakuum erzeugt werden, um die Verdampfung des verhältnismässig hoch siedenden N,N-Dimethyl-acetamids zu be schleunigen. Durch genaue Regulierung kann die Blasenbildung im Innern der Faser je nach Bedarf vermieden oder hervorgerufen werden.
Wie im Fall der meisten synthetischen Fasern, müssen die Polymere des Acrylnitrils, die aus einer N,N-Dimethyl-acetamidlösung gesponnen werden, durch Verstrecken gerich tet werden, wenn man optimale physikalische Eigenschaften erzielen will. Wein gewünscht, kann dieses Verstrecken teilweise im Spinn bad ausgeführt werden, indem die Faser mit. einer Geschwindigkeit aus dem Bad gezogen wird, die grösser ist als die Ausstossgeschwin digkeit.
Die Verwendung von N,N-Dimethyl-acet- amid ergibt ferner gegenüber der Verwen dung von N,N-Dimethyl-formamid folgen den Vorteil: Bei der Herstellung von Spinn lösungen unter Verwendung von N,N-Dime- thyl-formamid entstehen bekanntlich häufig schwer lösliche Gele. Um diese Erscheinung zu unterdrücken, werden das Dimethyl-form- amid und das Polymer zuerst auf etwa 0 C abgekühlt. und hierauf gemischt. Das N,N-Di- methyl-acetamid kann hingegen ohne weiteres bei Raumtemperatur dispergiert werden, wo bei keine oder höchstens eine geringfügige Gelbildung eintritt.
Die Neigung der N,N-Di- methyl-formamidlösungen, in Gele überzuge hen, ist besonders stark, wenn sie in Berüh rung mit Eisen und Kupferlegierungen ste hengelassen werden. Diese Erscheinung tritt bei Verwendung von Dimethyl-acetamnd prak tisch nicht. auf. Bei Versuchen mit Kupfer legierungen erfolgte Gelierung von N,N-Di- inethyl-forma.midlösungen bei 20 C in 24 Stunden, wogegen N,N-Dimethyl-acetamid- lösungen während 48 Stunden flüssig blieben.
Beispiel: Ein durch Emulsionspalymerisat.ion von 83% Aery lnitil, 11% Methacrylnitril und 7 % Vinylacetat hergestelltes Mischpolymeri- sat wurde in N,N-Dimethyl-acetamid gelöst,
indem gemischt und anschliessend unter An- wendung von Wärme gerührt wurde, bis eine völlig homogene und durchsichtige Lösung entstanden war. Diese Lösung, die Gew.- Prozente des Misehpolymers enthielt, wurde durch eine Spinndüse mit 10 Öffnungen von 0,127 mm Durchmesser in eine auf 70 C ge haltene Lösung von 0,3 Gew.-Prozent eines Natriumsalzes eines sulfonierten Alkylbenzols in destilliertem Wasser ausgestossen. Die auf diese Weise erhaltenen Fasern wurden ge trocknet und anschliessend in einem Gly eerin- bad bei 160 C um 600 % verstreckt.
Die auf diese Weise gerichtete Faser wies eine Zug festigkeit von 4,6 g pro Denier auf.