DE1197190B - Verfahren zur Herstellung von Faeden niedriger Denierzahlen aus Celluloseacetat - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

DOIf

Deutsche Kl.: 29 b-3/30

1197190
E19977IVc/29b
28. September 1960
22. Juli 1965

Zur Herstellung von Fäden aus Celluloseacetat wird dieses üblicherweise in Aceton oder einem anderen geeigneten Lösungsmittel gelöst. Die Spinnlösung wird unter Druck gesetzt und durch kleine Öffnungen einer Spinndüse gepreßt. Die feinen Fäden werden kontinuierlich von der Spinndüse weg durch eine Spinnkammer gezogen, wo das Lösungsmittel mittels heißer Luft verdampft wird. Das Denier der dabei entstehenden Fasern läßt sich durch die Variablen: Festkörpergehalt der Spinnlösung, Verzugsverhältnis, Dichte der Spinnlösung und Öffnungsdurchmesser, folgendermaßen definieren:

Denier pro Faser =

· d² · q_l

worin k eine Konstante, pp den prozentualen Festkörpergehalt der Spinnlösung, d den Durchmesser der Spinndüsenöffnungen (Öffnungsdurchmesser), Ql die Dichte der Spinnlösung und V das Verzugsverhältnis beim Verspinnen bedeuten.

Das Verzugsverhältnis ist als der Quotient lineare Garnaufwickelgeschwindigkeit, dividiert durch die lineare Auspreßgeschwindigkeit der Spinnlösung bei der Öffnung, definiert. In vielen Fällen ist das Verzugsverhältnis auf etwa 1,8 beschränkt. Ein zu großes Verzugsverhältnis kann dazu führen, daß viele Fasern brechen und schlechte physikalische Eigenschaften aufweisen.

Die obige Beziehung legt es nahe, den Öffnungsdurchmesser abzuwandeln, um das Denier der Celluloseacetatfäden zu steuern. Wenn man aber Spinndüsen mit Öffnungsdurchmessern von weniger als etwa 0,035 mm verwendet, ergeben sich mechanische Schwierigkeiten beim Spinnvorgang. Die Celluloseacetat-Spinnlösung fließt durch so kleine Löcher nicht mit gleichmäßiger Geschwindigkeit hindurch, und die Löcher neigen zum Verstopfen.

Das Denier von Celluloseacetatfasern kann auch abgewandelt werden, indem man den Festkörpergehalt der Spinnlösung verändert. Es liegt auf der Hand, daß man durch ein Erniedrigen der Festkörperkonzentration einer Spinnlösung das Denier der sich bildenden Fasern verringert, unter der Voraussetzung, daß die Auspreßgeschwindigkeit und die Aufwickelgeschwindigkeit konstant gehalten werden. Wenn der Festkörpergehalt des Celluloseacetats verringert wird, nimmt aber auch die Viskosität der Spinnlösung ab. Dies führt zu Schwierigkeiten beim Regeln der richtigen Ausfiießgeschwindigkeit der Spinnlösung durch die Spinndüse. Auch neigen Spinnlösungen mit niedriger Viskosität dazu, an der metallenen Spinnverfahren zur Herstellung von Fäden niedriger
Denierzahlen aus Celluloseacetat

Anmelder:

Eastman Kodak Company, Rochester, N.Y.

(V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. W. Wolff und H. Bartels, Patentanwälte, Stuttgart 1, Lange Str. 51

Als Erfinder benannt:

John Edward Kiefer,

George Patrick Touey, Kingsport, Term.

(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 23. Oktober 1959
(848187)

düse zu haften, und sie lassen sich daher schwierig zu Fasern ausziehen. Eine Möglichkeit, diese Schwierigkeit auszuschalten, besteht darin, Celluloseacetat mit höherer Grundviskosität, als man sie üblicherweise zur Herstellung von Celluloseacetatgarn anwendet, zu verwenden.

In neuerer Zeit hat sich ein neues Anwendungsgebiet für Fasern mit niedrigen Denierzahlen ergeben. Eine wichtige Anwendung für solche Fasern ist die Herstellung von Tabakrauchfiltern aus Celluloseacetatfasern mit geringem Denier. Es besteht deswegen ein großer Bedarf danach, ein einfaches, wenig kostspieliges Verfahren zur Herstellung solcher Celluloseacetatfasern zu entwickeln.

Aufgabe der Erfindung ist die Auffindung eines Weges, um solche Fasern mit niedrigen Denierzahlen herzustellen, ohne die üblichen Spinnvorrichtungen ändern oder sonstige wesentliche Änderungen der üblichen Verfahren zur Herstellung von Celluloseacetatfasern bzw. des verwendeten Celluloseacetats durchführen zu müssen.

Dies gelingt erfindungsgemäß, indem man eine Spinnlösung mit einem Gehalt von 15 bis 23% Celluloseacetat und von 0,02 bis 1,50%, bezogen auf

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Celluloseacetat, einer Titanverbindung der allgemeinen Formel

(RO)*Ti(R')4-s

worin R einen aliphatischen oder aromatischen Kohlenwasserstoffrest, wie eine Äthyl-, Propyl-, Isopropyl-, Butyl-, 2-Äthylhexyl- oder Phenylgruppe, R' eine zur Chelatbildung mit Titan fähige Oxo- oder Oxyverbindung, wie eine Dihydroxy-, Diketo-, Hydroxyketoverbindung oder eine Hydroxy- oder Keto- ίο carbonsäure oder einen Ester solcher Säuren und χ 0, 1, 2 oder 3 bedeutet, durch eine Spinndüse mit Öffnungsdurchmessern von nicht wesentlich mehr als 0,035 mm auspreßt und die dabei gebildeten Fäden mit einem Verzugsverhältnis von nicht mehr als etwa 1,8 in eine das Verdampfen des Lösungsmittels bewirkende Atmosphäre abzieht.

Die genannten Titanverbindungen verändern offensichtlich das Celluloseacetat mit dem Ergebnis einer starken Zunahme der Viskosität der Celluloseacetat-Spinnlösung. Die große Viskositätszunahme bei Zusatz verhältnismäßig kleiner Mengen von Titanchelaten war in keiner Weise zu erwarten. Es hat sich beispielsweise geziegt, daß bei einer Konzentration des Zusatzes in einer Celluloseacetat-Spinnlösung von nur 0,20 %, bezogen auf das Celluloseacetat, die Viskosität der Spinnlösung sehr rasch auf ungefähr das Dreifache zunimmt.

Erfindungsgemäß erhält man beim Verspinnen der Spinnlösung in üblichen Spinnvorrichtungen für Celluloseacetat Fasern mit niedrigen Denierzahlen.

Die zur Durchführung der Erfindung verwendeten Titanchelate sind in Aceton löslich, einigermaßen widerstandsfähig gegen Hydrolyse (die meisten Celluloseacetat-Spinnlösungen enthalten etwas, z. B. 1 bis 3 %, Wasser) und setzen sich mit den freien Hydroxylgruppen des Celluloseacetats um. Titan-Komplexverbindungen mit Octylenglycol, Äthylacetatessigester, Diacetonalkohol oder Acetylaceton sind typische Beispiele geeigneter Zusätze.

Als Celluloseacetat kann zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung übliches, zur Herstellung von Fäden geeignetes, in Aceton lösliches Celluloseacetat mit einem Acetylgehalt von 37 bis 42°/o und einer Grundviskosität von 1,4 bis 2,0 verwendet werden.

Der folgende Versuch zeigt, wie die Viskosität in Spinnlösungen zunimmt und dann konstant bleibt.

Man stellt eine Celluloseacetat-Spinnlösung her, die aus 20% Celluloseacetat und 80°/₀ Aceton besteht. Die erhaltene Lösung teilt man in Proben zu 1 kg. Eine Probe verwendet man als Vergleichsprobe. Zu den anderen Proben fügt man erfindungsgemäße Zusätze von Titanverbindungen zu. Dann werden sämtliche Lösungen 30 Minuten lang durchgemischt. Die Viskosität der Lösungen wird in einem Viskosimeter nach Brookfield gemessen. Die Lösungen werden bei Zimmertemperatur gelagert und die Viskosität in gewissen Zeitabständen neuerlich gemessen. Die in der Tabelle gezeigten Ergebnisse lassen erkennen, wie die Titan-Komplexverbindungen die Viskositäten der Spinnlösungen verändern. Die Daten zeigen, daß der Zusatz die Viskosität des Celluloseacetats sehr rasch anwachsen läßt. Nach | dieser anfänglichen Viskositätssteigerung läßt sich keine weitere Veränderung der Spinnlösung mehr erkennen.

Art und Menge, bezogen auf das Celluloseacetat, des Zusatzstoffes Viskosität der Spinnlösung in Centipoisen nach
30 Minuten I 1 Tag 17 Tagen 30 Tagen

Vergleichsprobe

0,5% Octylenglycoltitanat

0,6% Octylenglycoltitanat

0,20% Äthylacetessigestertitanat

0,40% Äthylacetessigestertitanat

0,60% Äthylacetessigestertitanat

0,50% Diacetonalkoholtitanat

Das verwendete Äthylacetessigestertitanat wurde hergestellt, indem man 1 Mol Tetraisopropyltitanat mit 2 Mol Äthylacetessigester vermischte und das freigesetzte Isopropanol aus der Mischung durch Vakuumdestillation entfernte.

Beispiel 1

Eine Celluloseacetat-Spinnlösung, bestehend aus 20% Celluloseacetat, 78% Aceton und 2% Wasser, wird in zwei Teile geteilt. Ein Teil wird mit Hilfe einer üblichen Celluloseacetat-Spinnkammer versponnen. Dabei verwendet man eine Spinndüse mit Öffnungsdurchmessern von 0,035 mm. Das Verzugsverhältnis beim Spinnen wird auf 1,6 eingestellt. Die Spinnlösung haftet an der Stirnfläche der Spinndüse und verstopft deren öffnungen. Es lassen sich keine Fasern mit befriedigenden Eigenschaften erhalten.

Zu dem zweiten Teil der Spinnlösung fügt man gemäß der Erfindung 0,75%, bezogen auf das Celluloseacetat, Octylenglycoltitanat. Beim Vermischen steigt die Viskosität der Spinnlösung von 8000 auf 8 000

15 700

28 400

23 600

140 000

Gel
119 700

8 100

16 100

28 600

24000

139 500

Gel
119 200

7 800

15 900

28 500

23 200

142 100

Gel
120 500

8 300

16 200

28 700

23 500

151 500

Gel
120 300

28400 cP. Diese Spinnlösung wird dann mit Hilfe einer üblichen Celluloseacetat-Spinnkammer zu Fasern versponnen. Dabei verwendet man eine Spinndüse mit Öffnungsdurchmessern von 0,035 mm. Das Verzugsverhältnis beim Spinnen beträgt 1,6. Man erhält Fäden mit einem Denier von 1,0, einer Reißfestigkeit von 1,3 g pro Denier und einer Dehnung von 32%.

Beispiel 2

EineCelluloseacetat-Spinnlösung aus 15 % Celluloseacetat, 83 % Aceton und 2 % Wasser hat eine Viskosität von 3000 cP. Sie läßt sich nach üblichen Verfahren nicht zu Fasern verspinnen. Man fügt nun 0,40% Äthylacetessigestertitanat zu. Die Viskosität steigt auf 4800OcP. Die Lösung wird dann mittels einer üblichen Spinnkammer zu Fäden versponnen. Dabei verwendet man eine Spinndüse mit öffnungsdurchmessern von 0,035 mm bei einsm Verzugsverhältnis von 1,7. Die Fäden haben ein Denier von 0,5, eine Reißfestigkeit von 1,2 pro Denier und eine Dehnung von 35%.

Beispiel 3

Eine Celluloseacetat-Spinnlösung aus 20 % Celluloseacetat, 77 % Aceton und 3 % Wasser zeigt eine Viskosität von 8000 cP. Sie läßt sich nicht nach üblichen Verfahren zu Fasern verspinnen. Man fügt 0,20% Äthylacetessigestertitanat, bezogen auf das Celluloseacetat, zu. Dabei steigt die Viskosität auf 21100 cP. Die Lösung wird nun mittels einer üblichen Spinnkammer zu Fasern versponnen. Dabei verwendet man eine Spinndüse mit Öffnungsdurchmessern von 0,035 mm und ein Verzugsverhältnis von 1,7. Man erhält Fasern mit einem Denier von 0,9, einer Reißfestigkeit von 1,4 g pro Denier und einer Dehnung von

22V₀. ..

Das verwendete Äthylacetessigestertitanat wurde hergestellt, indem man 1 Mol Tetraisopropyltitanat mit 4 Mol Äthylacetessigester vermischte und 4 Mol freigesetztes Isopropanol wegdestillierte.

Die nächsten beiden Beispiele zeigen, daß es nicht erforderlich ist, den in der Reaktionsmischung des Titanchelats freigesetzten aliphatischen Alkohol zu entfernen, obwohl man dies in gewissen Fällen zu tun pflegt.

Beispiel4

Eine Celluloseacetat-Spinnlösung aus 20% Celluloseacetat, 78% Aceton und 2% Wasser hat eine Viskosität von 800OcP. Hierzu fügt man 0,20% Äthylacetessigestertitanat, bezogen auf das Celluloseacetat. Die Viskosität steigt auf 21900 cP. Nun wird die Lösung mit Hilfe einer üblichen Spinnkammer zu Fasern versponnen. Man verwendet eine Spinndüse mit Öffnungsdurchmessern von 0,035 mm und ein Verzugsverhältnis von 1,7. Dabei erhält man Fasern mit einem Denier von 0,85, einer Zugfestigkeit von 1,3 g pro Denier und einer Dehnung von 27%.

Das verwendete Äthylacetessigestertitanat wurde hergestellt, indem man 1 Mol Tetraisopropyltitanat mit 2 Mol Äthylacetessigester vermischt, ohne den dabei freigesetzten Alkohol aus der Reaktionsmischung zu entfernen.

Acetylaceton vermischte, ohne Alkohol aus der Reaktionsmischung abzutrennen.

Die erfindungsgemäß in den verhältnismäßig kleinen Mengen von 0,02 bis 1,5% verwendeten titanhaltigen Zusatzstoffe sind teils im Handel erhältlich, doch kann man sie auch selbst nach verhältnismäßig einfachen Veresterungsverfahren herstellen. Sie besitzen z. B. die Formel

0-C₈H₁₆

CJH_nO

HO

C₈
H₁₆

Ti

OH

OC₄H₉

Obwohl man es vorzieht, mit Lösungen von Celluloseacetat in Aceton zu arbeiten, das bekanntlich ein übliches, leicht im Handel erhältliches, häufig verwendetes Lösungsmittel für Celluloseacetat ist, funktioniert die Erfindung auch bei Verwendung anderer Lösungsmittel für das Celluloseacetat. Sie ist daher nicht auf die oben beschriebenen speziellen Lösungen von Celluloseacetat in Aceton beschränkt.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Fäden niedriger Denierzahlen, insbesondere zur Verwendung in Zigarettenfiltern, aus Celluloseacetat, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Spinnlösung mit einem Gehalt von 15 bis 23 % Celluloseacetat und von 0,02 bis 1,50%, bezogen auf Celluloseacetat, einer Titanverbindung der allgemeinen Formel

Beispiel 5

45

Eine Celluloseacetat-Spinnlösung aus 17% Celluloseacetat, 81% Aceton und 2% Wasser hat eine Viskosität von 8000 cP. Hierzu fügt man 0,5 % Acetylacetontitanat, bezogen auf das Celluloseacetat. Die Viskosität steigt auf 27400 cP. Die Lösung wird nun mit HiUe einer üblichen Spinnkammer unter Verwendung einer Spinndüse mit Öffnungsdurchmessern von 0,035 mm und einem Verzugsverhältnis von 1,7 zu Fasern eines Denier von 0,70, einer Zugfestigkeit von 1,4 g und einer Dehnung von 24% versponnen.

Das verwendete Acetylacetontitanat wurde hergestellt, indem man 1 Mol Tetrabutyltitanat mit 2 Mol worin R einen aliphatischen oder aromatischen Kohlenwasserstoffrest, R' eine zur Chelatbildung mit Titan fähige Oxo- oder Oxyverbindung und χ 0, 1, 2 oder 3 bedeutet, durch eine Spinndüse mit Öffnungsdurchmessern von nicht wesentlich mehr als 0,035 mm auspreßt und die dabei gebildeten Fäden mit einem Verzugsverhältnis von nicht mehr als etwa 1,8 in eine das Verdampfen des Lösungsmittels bewirkende Atmosphäre abzieht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spinnlösung verwendet wird, die Aceton als Lösungsmittel enthält.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Österreichische Patentschrift Nr. 185 496;
USA.-Patentschrift Nr. 1 906 149.

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