DD251688A3 - Verfahren zur herstellung hydrophiler und antistatischer hochpolymere - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Herstellung hydrophiler und antistatischer und schmutzabweisender Hochpolymere, insbesondere von faserförmigen Hochpolymeren und daraus hergestellter Produkte, wobei auf die Polymeren Substanzen aufgebracht werden, dadurch gekennzeichnet, dass polymerisationsfähige Substanzen, vorzugsweise Vinylverbindungen, beispielsweise Akrylsäure, und Polyalkylenglykole, vorzugsweise Polyäthylenglykol oder dessen gesättigten Derivate, beispielsweise Polyäthylenglykolsulfonate oder Polyäthylenglykoläther, einzeln oder im Gemisch auf ein Hochpolymeres aufgebracht und mit energiereichen Strahlen, vorzugsweise mit Elektronen- oder Gammastrahlen, bei einer Strahlendosis von 1 bis 3 Mrd. bestrahlt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Eigenschaften von synthetischen Hochpolymeren, vorzugsweise auf Basis von Polyamid, Polyester, Polyakrylnitril, Polyäthylen und Polypropylen, insbesondere von faserförmigen Hochpolymeren und daraus hergestellten Produkten, wie Fasern, Garne, Seiden und Flächengebilde. Als Flächengebilde können dabei vorzugsweise Folien, Gewebe, Gewirke, Gestricke und Vliese verwendet werden. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Verbesserung der hydrophilen und antistatischen sowie der schmutzabweisenden Eigenschaften von Hochpolymeren.

Es ist bekannt, die Eigenschaften hochpolymerer Werkstoffe durch Pfropfpolymerisation zu verbessern. Hierbei wird, meist radikalisch initiiert, eine Pfropfung monomerer Bausteine, insbesondere von Vinylverbindungen, an ein vorgegebenes Makromolekül vorgenommen. Die Pfropfung monomerer Bausteine an ein Makromolekül kann dabei auch strahlenchemisch, d.h. durch Bestrahlung mit energiereichen, ionisierenden Strahlen, vorzugsweise Elektronen- und Gammastrahlen, erfolgen. Man unterscheidet prinzipiell zwei Verfahrenstechniken, nämlich die Simultan- und die Vorbestrahlungsmethode. Bei ersterer wird der hochpolymere Werkstoff zunächst mit einer monomeren Substanz kontaktiert (z. B. durch Tränken, Besprühen) und anschließend das mit monomerer Substanz „beladene" Polymere dem Einfluß einer energiereichen Strahlung unterworfen, wodurch eine Pfropfung der monomeren Substanz auf den hochpolymeren Werkstoff ausgelöst wird. Bei der Vorbestrahlungsmethode wird der polymere Werkstoff zunächst mit energiereichen Strahlen bestrahlt, wodurch Makroradikale gebildet werden. Die auf diese Weise gebildeten Makroradikale können die Pfropfung monomerer Substanzen, z.B. von Vinylverbindungen CH₂ = CH.R (z.B. R = COOH:Akrylsäure, R = CONH₂:Akrylamid, R = // % :Styrol) initiieren.

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Durch Auswahl geeigneter monomerer Substanzen können dem hochpolymeren Werkstoff zusätzliche neue Eigenschaften verliehen werden. Beispielsweise kann ein hochpolymerer Werkstoff durch Aufpfropfen von Styrol hydrophob, d.h. wasserabstoßend, ausgerüstet werden. Beim Einsatz von z. B. Akrylsäure kann die Hydrophilie, d. h. die Wasseraufnahmefähigkeit, verbessert werden. Eine Steigerung der Wasseraufnahmefähigkeit von mit Akrylsäure gepfropften Produkten kann durch Überführung der aufgepfropften Polyakrylsäure in das Natriumsalz erfolgen. Hierbei erhält man gleichzeitig antistatische Eigenschaften. Nachteilig hierbei ist, daß dieser Antistatikeffekt nicht permanent ist. Bei der Behandlung von z. B. derart modifizierten Textilien in hartem Wasser durch Wasch- und Spülprozesse wird das Natrium gegen die Härtebildner des Wassers ausgetauscht, wodurch der Antistatikeffekt verlorengeht. Auch die hydrophilen Eigenschaften werden durch den Austausch des Natriums gegen die Härtebildner des Wassers stark reduziert.

Bekannt ist weiter, daß man einen antistatischen Effekt bei Hochpolymeren auch dadurch erreicht, daß man auf geeignete Weise, z. B. durch Tränken oder Zumischen vor dem Erspinnungsprozeß, antistatisch wirkende Substanzen appliziert. Als solche Substanzen kommen insbesondere Polyäthylenglykole, Polyäthylenglykolsulfonate und Alkoxypolyäthylenglykole zum Einsatz. Da bei der Applikation dieser Substanzen keine echten chemischen Bindungen zum hochpolymeren Werkstoff geschaffen werden, werden diese Substanzen bei anschließenden Materialbeanspruchungen, z. B. bei Wasch- und Spüiprczessen, wieder entfernt, weshalb der erreichte Antistatikeffekt wieder rückgängig gemacht wird. Hydrophile Eigenschaften werden durch diese Substanzen nicht erreicht. Eine strahlenchemische „Fixierung" dieser Substanzen, z. B. durch Pfropfreaktionen ist nicht möglich, da sie keine Doppelbindungen aufweisen, was Voraussetzung für eine Pfropfung wäre.

Zweck der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verbesserung der hydrophilen, antistatischen und schmutzabweisenden Eigenschaften hochpolymerer Produkte, insbesondere von faserförmigen Hochpolymeren und daraus hergestellten Flächengebilden zu schaffen, bei dem die erreichten Effekte permanent sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, bei dem Polyalkylenglykole an das Hochpolymere gebunden werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß durch Anwendung von polymerisationsfähigen Substanzen, insbesondere von Vinylverbindungen, vorzugsweise von Akrylsäure, und von Polyalkylenglykolen, vorzugsweise Polyäthylenglykol bzw. dessen gesättigten Derivaten, beispielsweise Polyäthylenglykolsulfonaten oder Polyäthylenglykoläther einzeln oder im Gemisch ein permanenter hydrophiler, antistatischer und schmutzabweisender Effekt erreicht wird, wenn man diese auf einen hochpolymeren Werkstoff aufbringt und der mit der Mischung „beladene" hochpolymere Werkstoff dem Einfluß einer energiereichen Strahlung, vorzugsweise einer Elektronen- oder Gammastrahlung, unterworfen wird. Durch einen „Käfigeffekt" wird das Polyalkylenglykol von der polymerisierten monomeren Substanz festgehalten, so daß die Effekte permanent sind.

Eine Verbesserung des „Käfigeffektes" kann durch zusätzliche Anwendung von Vernetzern, vorzugsweise von wasserlöslichen Vernetzern, insbesondere von ungesättigten N-substituierten Carbonsäureamiden, beispielsweise N-Allylacrylsäureamid, oder Ν,Ν'-disubstituierten Dicarbonsäurediamiden, beispielsweise Ν,Ν'-Diallylmalonsäurediamid, oder von entsprechenden Äthylenglykoldiakrylaten bzw. Äthylenglykoldimethakrylaten erreicht werden.

Zur weiteren Verbesserung der hydrophilen Eigenschaften kann die auf das Polymere aufgepfropfte ungesättigte Säure (z. B.

Akrylsäure) in die Natriumsalzform überführt werden.

Die Erfindung soll nachstehend an Hand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.

Beispiel 1:

Ein Flachkettengewirke aus Polyamidseide mit einer Flächenmasse von 105g/m² und einer Breite von 1,80 m wird mit einer Geschwindigkeit von 30 m/min durch eine Behandlungsflotte geführt, die sich wie folgt zusammensetzt:

80 Ma-% Wasser

15 Ma.-% Akrylsäure

5Ma.-% Polyäthylenglykol (Molmasse = 4000)

Die Tränkdauer beträgt zwei Minuten bei einer Temperatur der Behandlungsflotte von 3O⁰C. Nach dem Tränken wird das Flachkettengewirke bis zu einem Restfeuchtegehalt von 100% abgequetscht und der Bestrahlungszone eines Elektronenbeschleunigers kontinuierlich zugeführt. Die Elektronenenergie beträgt 300keV, die Strahlleistung des Elektronenbeschleunigers 3OkW. Durch die Bestrahlung mit beschleunigten Elektronen werden die Akrylsäure und das Polyäthylenglykol auf dem Flachkettengewirke chemisch fixiert (Pfropfung, Vernetzung). Nach dem Bestrahlungsprozeß wird das Flachkettengewirke gespült und schließlich in einem separaten Reaktionsgefäß die auf dem Faserstoff befindliche Akrylsäure in die Na-Salzform überführt. Man erhält auf diese Weise ein strahlenchemisch veredeltes Polyamidseidenflachkettengewirke, das auch nach vielen Waschen in hartem Wasser eine Feuchtesorption von 8% (entspricht derjenigen der Baumwolle) und einen elektrischen Widerstand von < 1Ό¹⁰Ω beibehält, so daß ein Polyamidseidenflachkettengewirke vorliegt, das sich durch permanenten hydrophilie- und Antistatikeffekt auszeichnet.

Beispiel 2:

Ein Gewebe aus Polyamidfaserstoffen mit einer Flächenmasse von 140g/m² wird wie das Flachkettengewirke gemäß Beispiel 1 behandelt. Zusätzlich befinden sich jedoch in der Behandlungsflotte noch 2,5Ma.-% Akrylsäure-N-allylamid. Durch Einsatz dieses Vernetzers kann die Bestrahlungsdosis reduziert werden, so daß bei einer Elektronenenergie von 300keVdie Strahlleistung des Elektronenbeschleunigers nur noch 18kW betragen muß, wenn eine Durchlaufgeschwindigkeit des zu bestrahlenden Gewebes von 30m/min realisiert werden soll

Man erhält auf diese Weise ein permanent hydrophil und antistatisch ausgerüstetes Gewebe aus Polyamidfaserstoffen.

Beispiel 3:

ein Großrundgestrick aus texturierter Polyesterseide mit einer Flächenmasse von 155 g/m² und einer Breite von 1,60 m wird aus einem Färbebaum 10 Minuten mit einer Behandlungsflotte, die durch das sich auf dem Färbebaum befindende Großrundgestrick hindurchgepumpt wird, behandelt. Die Behandlungsflotte setzt sich wie folgt zusammen:.

78 Ma.-% Wasser

15 Ma.-% Akrylsäure

5Ma.-% Polyäthylenglykol (Molmasse: 2000) 2Ma.-% Malonsäure-N-N'-diallylamid Die Temperatur der Behandlungsflotte beträgt 7O⁰C.

Nach der Behandlung des Großrundgestrickes wird dieses vom Färbebaum abgewickelt, mittels eines Quetschwerkes auf einen Restfeuchtegehalt von 110% abgequetscht und kontinuierlich der Bestrahlungszone eines Elektronenbeschleunigers zugeführt. Die Geschwindigkeit der Warenbahn beträgt 20m/min. Bei einer Elektronenenergie von 400 keV beträgt die Strahlleistung des Elektronbeschleunigers 4OkW.

Nach der Bestrahlung wird das Großrundgestrick gespült und in einem separaten Reaktionsgefäß die auf dem Großrundgestrick befindliche Akrylsäure in die Na-Salzform überführt. Man erhält auf diese Weise ein permanent hydrophiles und antistatisches Großrundgestrick, das sich darüber hinaus durch schmutzabweisende Eigenschaften und eine wesentlich verbesserte Anfärbbarkeit auszeichnet.

Beispiel 4:

Ein naßersponnenes Polyakrylnitril-Faserstoffkabel wird im gelfeuchten Zustand durch eine Behandlungsfiotte mit folgender Zusammensetzung geführt: 80 Ma.-% Wasser,

9 Ma.-% Akrylsäure,

8Ma.-% Polyäthylenglykol (Molmasse: 5000),

3Ma.-% Malonsäure-N-N'-diallylamid.

Die Temperatur der Behandlungsfiotte beträgt 60⁰C, die Kontaktierungsdauer 2 min. Nach der Behandlung des Polyakrylnitril-Faserstoffkabels wird dieses mittels eines Quetschwerkes auf einen Restfeuchtegehalt von 120% abgequetscht und kontinuierlich der Bestrahlungszone eines Elektronenbeschleunigers zugeführt. Die absorbierte Dosis beträgt 2,5 Mrd bei einer Elektronenenergie von 1,2MeV. Nach der Bestrahlung wird das Faserstoffkabel gespült und anschließend in bekannter Weise weiterbehandelt. Man erhält einen permanent hydrophilen und antistatischen Polyakrylnitrilfaserstöff, der sich darüber hinaus durch eine wesentlich bessere Anfärbbarkeit auszeichnet.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung hydrophiler und antistatischer und schmutzabweisender Hochpolymere, insbesondere von faserförmigen Hochpolymeren und daraus hergestellter Produkte, wobei auf die Polymeren Substanzen aufgebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß polymerisationsfähige Substanzen, vorzugsweise Vinylverbindungen, beispielsweise Akrylsäure, und Polyalkylenglykole, vorzugsweise Polyäthylenglykol oder dessen gesättigten Derivate, beispielsweise Polyäthylenglykolsulfonate oder Polyäthylenglykoläther, einzeln oder im Gemisch auf ein Hochpolymeres aufgebracht und mit energiereichen Strahlen, vorzugsweise mit Elektronen- oder Gammastrahlen, bei einer Strahlendosis von 1 bis 3 Mrd. bestrahlt werden.

2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß Vernetzer, vorzugsweise wasserlösliche Vernetzer, insbesondere ungesättigte N-substituierte Carbonsäureamide, beispielsweise N-Allylacrylsäureamid oder Ν,Ν'-disubstituierte Dicarbonsäureamide, beispielsweise N,N'Diallylmalonsäurediamid, oder entsprechende Äthylenglykoldiakrylate oder Äthylenglykoldimethakrylate zugesetzt werden.

3. Verfahren nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf das Hochpolymere aufgepfropfte ungesättigte Säure in die Natriumsalzform überführt wird.