DE1122215B

DE1122215B - Verfahren zur Herstellung von nicht zusammengeklebten Fasern oder Faeden aus Polyacrylnitril oder Mischpolymerisaten des Acrylnitrils

Info

Publication number: DE1122215B
Application number: DED30197A
Authority: DE
Inventors: Thomas Cecil Spence; Stanley Allen Murdock
Original assignee: Dow Chemical Co
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1958-04-16
Filing date: 1959-03-12
Publication date: 1962-01-18
Also published as: BE589115A; FR1230522A; GB852402A; US2935426A

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

D 30197 IV c/29 b

ANMELDETAG: 12. MÄRZ 1959

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT:

18. JANUAR 1962

Die Erfindung betrifft Verbesserungen bei der Herstellung von Faserarten, die vorwiegend aus Acrylnitrilpolymerisaten bestehen und in wäßrigen Salzlösungen naßversponnen werden, um als Zwischenprodukt fadenartige Hydrogelgebilde herzustellen, die in den letzten Herstellungsstufen zwecks Erzeugung der gewünschten typisch hydrophoben Fäden oder Fasern irreversibel getrocknet werden. Erfindungsgemäß wird dieses Ziel erreicht durch Behandlung solcher Hydrogele mit bestimmten Mitteln, durch die das Aneinanderkleben der Fäden während des Trocknens vom stark wasserhaltigen Hydrogelzustand verhindert wird.

Beim Naßverspinnen von Acrylnitrilpolymerisatfäden kommen die Einzelfäden in den Fadensträhnen oder -bündeln miteinander in Berührung. Sehr häufig werden die Fäden während und nach dem Verspinnen in der genannten Form behandelt. Dabei können solche Fadenbündel oft eine beträchtliche Größe aufweisen. Bei der Herstellung von Produkten mit einem Denier von z. B. 1 b^;s 10 ist es nicht ungewöhnlich, daß die Fadenbündel aus 10000 bis 200000 oder mehr Einzelfäden bestehen.

Eines der schwerwiegenden Probleme, das bei einer solchen Verarbeitung der Hydrogelfasern aufgeworfen wird, besteht darin, daß die Einzelfäden aneinanderzuhaften bzw. -zukleben neigen. Aneinandergeklebte Einzelfäden bedingen gewöhnlich harten Griff, klumpiges Anfühlen, Steifigkeit und das Fehlen von Glanz.

Es sind schon viele Mittel zur Vermeidung des Aneinanderhaftens von einzelnen Fäden während der Verarbeitung verwendet worden, so z. B. Ölemulsionen oder oberflächenaktive Stoffe oder beide.

Bei der Herstellung von naßversponnenen Acrylnitrilpolymerisatfasern oder -fäden, bei welcher wäßrige 3 Salzlösungsmittel als Lösungs- oder Fällmittel verwendet werden, sind die Probleme des Aneinanderhaftens von Fäden in den Spinn- und Streckstufen nicht so wichtig; die Einzelfäden können vor dem endgültigen Waschen, ehe der Hydrogelfaden getrocknet wird, ziemlich zufriedenstellend behandelt werden. Das Aneinanderhaften wirkt sich erst nachteilig aus, wenn die erhaltenen Hydrogelfaden mit Heißluft getrocknet werden. Hier wären Behandlungsmittel vorteilhaft, die ein Aneinanderkleben der Einzelfäden während des Trocknens von Acrylnitrilpolymerisathydrogelf äden wirksam verhindern würden.

Die Erfindung betrifft ein wesentlich verbessertes Verfahren zur Herstellung von nicht verklebten Fasern oder Fäden aus Polyacrylnitril oder Mischpolymerisaten des Acrylnitril, die im getrockneten Zustand mindestens 80 Gewichtsprozent an polymeri-Verfahren zur Herstellung von nicht zusammengeklebten Fasern

oder Fäden aus Polyacrylnitril oder Mischpolymerisaten des Acrylnitril

Anmelder:

The Dow Chemical Company, Midland, Mich. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. H. Ruschke, Berlin-Friedenau,

und Dipl.-Ing. K. Grentzenberg, München 27, Pienzenauer Str. 2, Patentanwälte

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 16. April 1958 (Nr. 728 787)

Thomas Cecil Spence, Yorktown, Va.,

und Stanley Allen Murdock,

Newport News, Va. (V. St. A.),

sind als Erfinder genannt worden

siertem Acrylnitril enthalten, wobei die Hydrogelgebilde zwischen 1 und 3 Gewichtsteile hydratisierten Wassers je Gewichtsteil des trockenen Polymerisats aufweisen, und das dadurch gekennzeichnet ist, daß auf die Hydrogelgebilde vor dem Trocknen durch Behandlung in einem wäßrigen Bad 0,75 bis 2,5 Gewichtsprozent, auf das Gewicht der Hydrogelfasern oder -fäden bezogen, eines acetylenischen Glykols aufgebracht werden, das eine Verbindung mit einer der folgenden Strukturformeln ist:

CH₃

G-C-C=C-C-G

(I)

HO

OH

C — C = C — C

(II)

HO

OH

109 760/400

CH₃ γ

G-C-C=C-C

HO

OH

in denen jedes G — unabhängig voneinander — ein Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen ist und jedes Y eine ringbildende lineare Polymethyleneinheit von 4 bis 5 Kohlenstoffatomen (d. h. eine Tetramethylenoder Pentamethylengruppe) ist, die zusammen mit dem

Kohlenstoffatom, mit dem sie durch zwei Wertigkeiten fest verbunden ist, ein alicyclisches Ringsystem mit insgesamt 5 bis 6 Kohlenstoffatomen bildet, und daß (III) di^e Hydrogelgebilde dann in heißer Luft bei einer

Temperatur von 100 bis 150⁰C im Verlauf von 5 bis 30 Minuten getrocknet werden. Das verwendete acetylenische Glykol ist vorzugsweise 4,7-Dimethyl-5-decin-4,7-diol, wobei in Formel (I) jedes G einer n-Propylgruppe entspricht. Weitere vorteilhafte acetylenische Glykole, die bei der Ausführung des erfindungsgemäßenVerfahrens Verwendetwerden können, sind in der folgenden Tabelle I genannt.

Tabelle I

Nr.	Bezeichnung	Schmelz punkt	Siedepunkt bei 760 mm	Spezifisches Gewicht	Löslichkeit in Wasser bei 20" C
		⁰C	⁰C	20720° C	in Gewichtsprozent
1	Dimethylhexindiol		205 bis 206	0,949	27,0
2	Dimethyloctindiol	49	222	0,923	10,5
3	Dimethyldecindiol	61	253	—	0,65 klar
					1,3 trübe
4	Tetramethyldecindiol	37	260	—	0,12
5	Äthinylendicyclohexanol	—	183	1,055	weniger als
			(13 mm)		0,1

Chemische Formeln I + III

G =

Methyl-Äthyln-Propyl-Isobutyl-

vgl. unten an-

Chemische Bezeichnung

gegebene
Formel
(a) der Strukturformel:

CH, — CH₁

2,5-Dimethyl-3-hexin-2,5-diol
3,6-Dimethyl-4-octin-3,6-diol
4,7-Dimethyl-5-decin-4,7-diol
2,4,7,9-Tetramethyl-5-decin-

4,7-diol
1,1 '-Äthinylendicyclohexanol (a)

CH₁-CH,

Il Il

CH₁ CH₁ CH₁ CH₂

Ii Il

CH₁ — C — C ξξ C CH₂

I I

OH OH

Im allgemeinen sind die acetylenischen Glykole sehr gut löslich in Aceton, Tetrachlorkohlenstoff, Äthylenglykol, Äthylacetat oder Methyläthylketon; mäßig löslich in Benzol, Cyclohexanon, Äthanol, Diäthylenglykol oder Petroläther; wenig löslich in Kerosin; und unlöslich in Mineralöl oder Sojabohnenöl. Die bei der Ausführung des beanspruchten Verfahrens verwendeten Behandlungsbäder sind gewöhnlich wäßrige Lösungen oder Suspensionen, die Oberflächenspannungen von weniger als 50 Dyn/cm² aufweisen. Die Behandlungsmittel sind ausreichend wasserunlöslich, so daß ihre Gegenwart nach den anfänglichen Trockenstufen (bei denen ein größerer Teil des vorhandenen Wassers aus den Gebilden entfernt wird) und während der entscheidenden Schlußtrockenstufe zulässig ist, bei der das Aneinanderkleben der Fäden vorwiegend auftritt; sie erzeugen auf der Oberfläche der behandelten Acrylnitrilpolymerisatfaser einen nicht klebenden Film, und sie können nach Beendigung des oben erörterten Trocknens vollständig entfernt werden, so daß die Möglichkeit einer chemischen Umsetzung mit dem geformten Acrylnitrilpolymeren und andere unzweckmäßige Folgen vermieden werden. Das Behandlungsmittel wird nach dem Herauswaschen des restlichen Salzes, das von Salzlösungen des Polymerisats oder von dem salzhaltigen Fällbad stammt, entweder gleichzeitig mit oder nach dem Heißstrecken des Hydrogelproduktes auf die Gebilde aufgetragen. Im allgemeinen ist es am besten, das Mittel nach dem Streckorientieren und nach dem Spülbad aufzutragen, in dem die restliche Feuchtigkeit in dem Hydrogelfaden durch die Lösung oder Dispersion des verwendeten acetylenischen Glykole ersetzt wird.

Die Behandlungsmittel der vorliegenden Erfindung werden also auf strähnenförmige oder fadenartige Hydrogelgebilde von aus Acrylnitril bestehenden Polymerisaten aufgetragen. Diese wasserhaltigen Formen des Polymerisats können in bekannter Weise erhalten werden, indem eine Spinnlösung des PoIymerisats in ein wäßriges Fällbad ausgepreßt wird. Solche durch Wasser gequollene oder wasserhaltige Fäden können vorteilhaft hergestellt werden, indem Lösungen oder andere verspinnbare Dispersionen der Acrymitrilpolymerisate in Polyacrylnitril lösenden wäßrigen Salzlösungsmitteln in wäßrige, das Polymerisat nichtlösende Fällbadlösungen des gleichen Salzes oder der gleichen Salze, die in der Spinnlösung verwendet worden sind, ausgepreßt werden. Für solche Zwecke werden vorzugsweise Zinkchlorid oder gleichwertige Salze verwendet, zu denen Calcium- oder andere Thiocyanate (vgl. die USA.-Patentschriften 2 140 921 und 2 425 192), Lithiumbromid und Salze der sogenannten »lyotropen« Reihe und gleichwertige Salze gehören (vgl. die USA.-Patentschriften 2 648 592; 2 648 593; 2 648 646; 2 648 648 und 2 648 649). Obwohl es zweckmäßig ist, wenn die in dem Hydrogel vorliegende Wassermenge mindestens dem darin enthaltenen hydratisierten Polymerisat gewichtsmäßig

entspricht, kann es oftmals vorteilhaft sein, wenn das Gewichtsverhältnis von Wasser zu Polymerisat in dem Hydrogel bei 1,5: 1 bis 2,0: 1 liegt. Hydrogelgebilde, in denen das Gewichtsverhältnis von Wasser zu Polymerisat sogar 2,5 oder 3 : 1 und höher ist, können ebenfalls zufriedenstellend verwendet werden.

Das Anwendungsbad des als Behandlungsmittel verwendeten acetylenischen Glykols kann entweder eine wäßrige Lösung oder eine kolloidale Suspension

und eine durchschnittliche Stärke von 0,5 mm. Die orientierten Hydrogelgebilde enthielten 2,0 Teile Wasser je Teil des Polyacrylnitrile.

Das gewaschene und gestreckte Bündel wurde dann in entspanntem Zustand auf einen endlosen Bandtrockner geleitet und in heißer Luft 15 Minuten getrocknet, wodurch die Einzelfäden getrocknet und das Hydrogel in trockene Fäden mit 3 Denier je Faden

bad herausgezogen und in Form eines verhältnismäßig flachen Fadenbündels angesammelt. Das Fadenbündel wurde dann in ein Wasserbad geleitet, in dem es so lange gewaschen wurde, bis der Zinkchloridgehalt 5 nicht mehr als 0,05 °/o betrug. Das gewaschene Bündel wurde dann auf insgesamt das 12fache der ursprünglichen Länge gestreckt. Auf diese Weise wurde ein Fadenbündel aus 15000 einzelnen Hydrogelfäden erhalten. Der gesamte Denier des gewaschenen und

sein, die 0,1 bis 1,3 und vorzugsweise mindestens 0,4% io gestreckten Fadenbündels betrug 100000. Das Fadendes dispergierten aktiven Mittels enthält. Das acetyle- bündel hatte eine durchschnittliche Breite von 2,5 cm nischeGlykol wird vorzugsweise als »gesättigte Lösung«,
d. h. in wäßriger Dispersion, verwendet, in der seine
Konzentration nicht oberhalb derjenigen liegt, bei der
echte Lösungen oder kolloidale Suspensionen ent- 15
stehen. Bei derartiger Anwendung wird die Abscheidung von großen öligen Teilchen auf der zu
behandelnden Hydrogelfaser vorteilhaft vermieden,
die zu nicht einheitlichen Wirkungen der Behandlung
führen könnte. Das Behandlungsbad überträgt 0,75 20 umgewandelt wurde. Das Fadenbündel wurde dann bis 2,5 Gewichtsprozent des Behandlungsmittels je nach einem Standardverfahren zwecks Bestimmung Trockenfasergewicht auf die Hydrogelgebilde. Ob- der Anzahl von Kelbstellen je Gramm in dem fertigen wohl das Auftragen des Behandlungsmittels mit einem Produkt untersucht. Bei dem verwendeten, bekannten Imprägnierbad vorteilhaft ist, können günstige Er- Untersuchungsverfahren werden gekrempelte Fäden gebnisse auch durch Aufsprühen, Aufwalzen oder 25 untersucht, um die »Noppen« oder Fehler festzustellen. Aufstreichen der Lösung des Behandlungsmittels auf Ein Abschnitt der gekrempelten Fäden wird nach die zu behandelnden Hydrogelfasern erreicht werden. einer bestimmten Anzahl von Durchgängen durch Es ist gewöhnlich vorteilhaft, die Behandlungsmittel eine Probekrempelvorrichtung visuell untersucht. Der auf die Hydrogelfasern oder -fäden vor der Naß- verwendete Ausdruck »Klebstellen je Gramm« gibt kräuselstufe aufzutragen, der gegebenenfalls die Fasern 30 die Anzahl von verklebten Fäden in einer Standardwährend der Behandlungsfolge unterworfen werden. probe an. Zwei Durchgänge durch die Probekrempel-Die erfindungsgemäß verwendeten acetylenischen vorrichtung entsprachen dem Standardverfahren beim Glykole können nach der Anwendung zwecks Wieder- Krempeln von Baumwolle. Die nach dieser Behandlung verwendung zurückgewonnen werden. Von mindestens beobachteten Klebstellen liefern ein genaues Maß für gleich großer Bedeutung ist die Tatsache, daß die als 35 die Anzahl der vorhandenen verklebten Fäden. Die Behandlungsmittel verwendeten acetylenischen Glykole Veränderung der Klebstellen bzw. die Anzahl der auf Grund ihrer »Flüchtigkeit« und der Tatsache, daß
sie keinen Rückstand hinterlassen, in der fertigen
getrockneten Faser nicht mehr enthalten sind, so daß
eine mögliche Beeinträchtigung in anschließenden 40 Zwischen Werten von z. B. 0 und 4 Klebstellen je Behandlungsstufen und bei der normalen Verwendung Gramm bei den verwendeten Untersuchungsverfahren vermieden wird. Die nach dem erfindungsgemäß
beanspruchten Verfahren hergestellten Fasern zeigen
demzufolge keine Verringerung der Wärme- oder
Lichtbeständigkeit oder des Glanzes. Sie haben einen 45 nicht erfindungsgemäß nachbehandelte Fadenbündel vollständig trockenen und nicht öligen Griff und sind enthielt nach dem zweiten Durchgang durch die infolge Abwesenheit von restlichem Behandlungsmittel auf ihren Oberflächen nicht klebrig.

Die vorliegende Erfindung wird durch die folgenden Beispiele erläutert, in denen — falls nicht anders an- 50 gegeben — alle Teile und Prozentzahlen Gewichts-

miteinander verklebten Fäden nach vier Durchgängen der Fadenprobe durch eine Probekrempelvorrichtung liefert ein Maß für die Festigkeit der Verklebung.

besteht kein wesentlicher Unterschied; innerhalb der Genauigkeit des verwendeten Untersuchungsverfahrens sind solche Werte praktisch als gleich anzusehen. Das

einheiten sind.

Beispiel

Eine Polyacrylnitrilspinnlösung wurde hergestellt, indem 1 Teil eines Polymerisats mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht zwischen 30000 und 35000 in 10 Teilen einer 60°/₀igen wäßrigen Lösung

Krempelvorrichtung 280 Klebstellen je Gramm und nach dem vierten Durchgang durch die Krempelvorrichtung 38 Klebstellen je Gramm.

Entgegen dem obenerläuterten Verfahren wurde das beschriebene Spinn- und Trockenverfahren mit drei weiteren Fadenbündelproben wiederholt, nur wurden diese Proben unmittelbar vor dem Trocknen der gewaschenen und gestreckten Fadenbündel durch 55 eine wäßrige Anwendungslösung des als Behandlungsmittel verwendeten acetylenischen Glykols bei Raumtemperatur und mit einer Verweil-(Eintauch-) Zeit von 2 Sekunden je Fadenbündelprobe in dem Bad nach dem erfindungsgemäßen Verfahren geleitet. Jedes der

von Zinkchlorid gelöst wurde. Die Spinnlösung hatte 60 verwendeten Behandlungsbäder wies eine andere bei einer Temperatur von 25 ⁰C eine Viskosität von Konzentration des Behandlungsmittels auf. Das be-Poises. Diese Lösung wurde bei einer Temperatur handelte Fadenbündel wurde vor dem Trocknen nicht von 3O⁰C durch eine Spinndüse in 15000 getrennte, gespült. Das verwendete acetylenische Glykol war einzelne Hydrogelfäden ausgepreßt. Der Durchmesser 4,7-Dimethyl-5-decin-4,7-diol. Die Ergebnisse sind in eines jeden Düsenloches betrug 0,15 mm. Es wurde in 65 der folgenden Tabelle zusammengestellt, in der die einem Fällbad gefällt, das aus einer 43°/oigea wäßrigen nicht behandelte Vergleichsprobe (Probe A), deren Zinkchloridlösung bestand und eine Temperatur von Herstellung und Behandlung oben beschrieben worden 15°C hatte. Die Hydrogelfäden wurden aus dem Fäll- ist, und die Menge des in den getrennten Behandlungs-

bädem verwendeten acetylenischen Glykols für jede behandelte Probe B, C und D angegeben sind.

Tabelle II

Probe	Gewichtsprozent Behandlungs mittel in dem Bad	Klebstellen je Gramm, zweiter Durch gang durch die Krempel- vorrichtung	Klebstellen je Gramm, vierter Durch gang durch die Krempel vorrichtung
A B C D	0 (Vergleich) 0,1 0,2 0,4	280 0 4 2	38 0 0 0

CH₃

CH₃

G-C-C=C-C-G

HO OH

C-C=C-C
HO OH

CH₃ γ

G-C-C=C-C

(Π)

(III)

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Herstellung von nicht zusammengeklebten Fasern oder Fäden aus Polyacrylnitril oder Mischpolymerisaten des Acrylnitrils, die mindestens 80 Gewichtsprozent an polymerisiertem Acrylnitril enthalten, wobei die Hydrogelgebilde zwischen 1 und 3 Gewichtsteile hydratisierten Wassers je Gewichtsteil des trockenen Polymerisates aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Hydrogelgebilde vor dem Trocknen durch Behandlung in einem wäßrigen Bad 0,75 bis 2,5 Gewichtsprozent, berechnet auf das Gewicht der Hydrogelfasern oder-fäden, eines acetylenischen Glykols aufgebracht werden, das eine Verbindung mit einer der folgenden Strukturformeln ist:

HO

OH

in denen jedes G — unabhängig voneinander — ein Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen und jedes Y eine ringbildende lineare Polymethyleneinheit ist, die zusammen mit einem Kohlenstoffatom, mit dem sie verbunden ist, einen alicyclischen Rest aus 5 bis 6 Kohlenstoffatomen bildet, und daß die Hydrogelgebilde dann in heißer Luft bei einer Temperatur von 100 bis 150⁰C im Verlauf von 5 bis 30 Minuten getrocknet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Behandlungsmittel 4,7-Dimethyl-5-decin-4,7-diol, 3,6-Dimethyl-4-octin-3,6-diol, 2,4,7,9-Tetramethyl-5-decin-4,7-diol, 2,5-Dimethyl-3-hexin-2,5-diol oder Ι,Γ-Äthinylendicyclohexanol ist.