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Herstellung von gekräuselten Polyacrylnitrilfäden Mit dem Ausdruck
#>Polyacrylnitril« sind hier sowohl Homopolymere von Acrylnitril als auch Mischpolymere
gemeint, die wenigstens 80 Gewichtsprozent Acrylnitrileinheiten enthalten. Solche
Mischpolymere können die Produkte einer Mischpolymerisation von Acrylnitril mit
anderen Monomeren, wie Styrol, Methylacrylat, Itaconsäure, Methallyl-Sulfonsäure
und seinen Salzen sowie mit Vinylacetat und/oder Vinylpyridin, sein, Die im folgenden
beschriebene Erfindung ist besonders anwendbar auf Mischpolymere, die 90 bis 95
Gewichtsprozent Acrylnitrileinheiten enthalten.
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Es ist bekannt, gekräuselte Polyacrylnitrilfasern nach einem Naßspinnverfahren
herzustellen, wobei keine mechanische Kräuselung notwendig ist. Nach diesem Verfahren
werden zuerst Fasern gesponnen, die zwei chemisch verschiedene Zonen entlang ihrer
Breite besitzen, worauf man die Zonen einer etwas unterschiedlichen Schrumpfung
unterwirft. Die chemisch unterschiedlichen Zonen können aus zwei Mischpolymeren
der gleichen Monomere in verschiedenen Anteilen oder aus zwei verschiedenen Polymeren
bestehen, von denen, falls erwünscht, nur das eine ein Acrylnitrilpolymer zu sein
braucht.
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In diesen beiden Fällen muß man jedoch zuerst zwei gesonderte Polymere
herstellen, bevor das Spinnen durchgeführt werden kann.
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Erfindungsgegenstand ist ein Verfahren zum Herstellen von gekräuselten
Polyacrylnitrilfäden durch gleichzeitiges und nebeneinander erfolgendes Verspinnen
von zwei Lösungen in ein übliches Spinnbad, wobei Zwei-Komponenten-Fäden entstehen,
die anschließend gestreckt und getrocknet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren
ist dadurch gekennzeichnet, daß man zwei Lösungen verspinnt, die das gleiche Polymere,
aber jeweils in verschiedenen, sich um wenigstens 40/, unterscheidenden Konzentrationen
enthalten, und daß man die Fäden dann um wenigstens das Vierfache ihrer ungestreckten
Länge streckt.
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Eine besonders bevorzugte Durchführung des Verfahrens besteht darin,
daß man die zwei Lösungen im gleichen Lösungsmittel bildet und die verdünntere Lösung
dadurch herstellt, daß kontinuierlich ein Teil der ersten Lösung abgezogen und dieser
Teil verdünnt wird.
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Die beiden Lösungen können in das Fällbad durch dicht beieinanderliegende
Spinndüsenlöcher ver= sponnen werden, doch ist es bequemer, die Lösungen gleichzeitig
durch das gleiche Spinndüsenloch zu verspinnen. Dieses letztere Verfahren wird am
besten ausgeführt unter Verwendung eines geteilten 'Spinndüsenloches oder indem
man die Lösungen miteinander nur unmittelbar hinter dem Spinndüsenloch in Berührung
bringt. Eine Vorrichtung zur Durchführung dieser Verfahren, d. h. zum Spinnen zusammengesetzter
Fasern, ist bereits in der Spinnereiindustrie bekannt und braucht hier nicht näher
beschrieben zu werden.
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Der Konzentrationsunterschied der beiden Lösungen muß wenigstens 40/0
der geringeren Konzentration betragen. Für deutlich ausgeprägte Kräusellungswirkungen
werden jedoch Lösungen bevorzugt, die einen wenigstens 10 °/oigen Konzentrationsunterschied
besitzen, d. h. in denen eine Konzentration wenigstens 110'/" der anderen beträgt.
Da es bei hohen Konzentrationsunterschieden notwendigwerden känn, Lösungen mit ungewöhnlich
hohen oder niederen Konzentrationen zu verwenden und bei geringen Konzentrationsunterschieden
der Kräuselungseffekt vermindert wird, liegt eine optimale Differenz bei etwa 25
% der geringeren Konzentration.
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Die beiden Lösungen von unterschiedlichen Konzentrationen können Lösungen
im gleichen oder in verschiedenen Lösungsmitteln sein. Wenn verschiedene Lösungsmittel
angewendet werden, besteht jedoch die Schwierigkeit, daß man ein geeignetes Gerinnungsmittel
auswählen muß. Hinzu kommt die weitere Schwierigkeit, wenn das Verfahren im Kreislauf
durchgeführt wird, bei dem das verbrauchte Lösungsmittel zum .erneuten -Verbrauch
regeneriert wird, daß man zwei Lösungsmittel vom Gerinnungsmittel und dann die beiden
Lösungsmittel voneinander trennen muß. Obwohl es also möglich ist, z. B. Lösungen
von verschiedener
Polyacrylnitrilkonzentration in Dimethylformamid
und Dimethylsulfoxyd in Wässer als dem üblichen Gerinnungsmittel zu verspinnen,
wird doch die Verwendung von zwei Lösungen unterschiedlicher Konzentration in einem
gemeinsamen Lösungsmittel bevorzugt. Das bevorzugte Lösungsmittel- .ist eine wäßrige
Lösung eines- anorganischen Thiocyanats.
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Bei der anschließend auf die Zwei-Komponenten-Fasern angewendeten
Streckung handelt es sich um wenigstens eine vierfache Streckung. Vorzugsweise ist
die Streckung nicht größer als das Achtzehnfache der ungestreckten Länge; der optimale
Wert liegt bei etwa der acht- oder zehnfachen Streckung.
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Nach dem Strecken werden die Fasern unter Bedingungen getrocknet,
bei denen sie sich kräuseln. Diese Bedingungen können z. B. erreicht werden, wenn
man die Fasern absatzweise in einem Ofen in Strängen oder locker aufgewickelt, als
Faserkuchen trocknet oder in einem kontinuierlichen System, bei dem sie in Festons
oder getragen auf einer Fördervorrichtung getrocknet werden. Wenn man sie kontinuierlich
trocknet, sollte die Fördergeschwindigkeit der Fasern in die Trockenzone nicht die
Entfernungsgeschwindigkeit aus der Zone übersteigen, um eine Schrumpfung und Kräuselung
der Fasern zu ermöglichen. Vorzugsweise sollte eine Spannung, der die Fasern während
der Trocknung ausgesetzt sind, nicht 5 mg/Denier überschreiten.
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Die Trocknung kann innerhalb eines weiten Temperaturbereichs ausgeführt
werden, der von Raumtemperatur bis zu etwa 100°C reichen kann. Die unteren Temperaturen
sind die wirkungsvollsten, um hohe-Kräuselungsverhältnisse zu erhalten; mit Kräuselungsverhältnis
wird das Verhältnis der Länge eines bestimmten Abschnitts der gekräuselten Faser
zu der gerade gezogenen Kräuselung zur entspannten Länge der Faser gemeint. Um jedoch
die Trocknung in einer so kurzen Zeit bewerkstelligen zu können, daß sich das Verfahren
kontinuierlich durchführen läßt, können höhere Temperaturen erwünscht sein. Ein
vernünftiger Kompromiß zwischen einer wirksamen Trocknung und einer guten Kräuselung
kann im Bereich von 60 bis 80°C liegen.
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Wenn die vorliegende Erfindung unter Verwendung von zwei Polymerlösungen
im gleichen Lösungsmittel durchgeführt wird, kann ein wesentlicher Vorteil der Erfindung
dadurch verwirklicht werden, daß man zuerst eine einzige Lösung des Polymers herstellt
und während der Zuführung dieser Lösung zur Spinndüse einen Teil der Lösung absondert,
sie mit zusätzlichem Lösungsmittel verdünnt und dann die verdünnte Lösung gesondert
der Spinndüse als zweite Polymerlösung zuführt. Auf diese Weise vermeidet man nicht
nur die Herstellung von zwei Polymeren, die zwar nach allen Formen der vorliegenden
Erfindung notwendig sind, die jedoch nur eine Polymerlösung erfordern. Zusätzlich
kann die Kräuselung, falls erwünscht, .durch Wahl des Verdünnungsgrads der Lösung
gesteuert werden. Da ferner die beiden Komponenten der gekräuselten Fasern die gleiche
chemische Zusammensetzung haben, ist es viel leichter, eine gleichmäßigere Färbung
zu erzielen, als dies bisher der Fall war bei den bekannten Formen der Zwei-Komponenten-Fasern.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Beispiele näher erläutert,
wobei in jedem Fall das verwendete Polymer ein Mischpolymer darstellt, das Acrylnitril
und Methylacrylateinheiten in Anteilen von 94: 6 enthält ünd die Lösung. eine :51gewiöhts=
prozentige Lösung von Natriumthiocyanat in Wasser darstellt. Die Lösungen mit unterschiedlicher
Konzentration wurden durch eine Spinndüse mit 9.88 Löchern von je 0,1 min Durchmesser
verspönnen; die.-beiden Flüssigkeitsströme, die zu jedem- Spinndüsenloch ge-. führt
wurden, ließ man in einer Entfernung hinter der Spinndüse sich miteinander vermischen,
die bei den einzelnen Beispielen von 0,1 bis 2,57 mm variierte. Das Fallbad bestand
aus einer llgewichtsprozentigen Lösung von Natriumthiocyanat in Wasser. Die Dehnung
wurde bei den einzelnen Beispielen variiert, indem man die Umfangsgeschwindigkeit
der Aufnahmewalze änderte, d. h. der ersten Walze nach der Spinndüse; die endgültige
lineare Fasergeschwindigkeit wurde konstant bei 20 m/Min. gehalten. Der Denier der
entstandenen Fasern betrug etwa 3,5. Beispiel 1 Die beiden Lösungen enthielten 12,3
bzw. 10,3 Gewichtsprozent des Polymers; die zusammengesetzten Fasern wurden vor
dem Trocknen auf das Achtfache gestreckt. Wenn man das Trocknen bei 80°C durchführte,
betrug das oben definierte Kräuselungsverhältnis der Fasern 1,2, und die Fasern
hatten vier Schlaufen (Kräuselung je Zentimeter).. Beim Trocknen bei Raumtemperatur
betrug das Kräuselungsverhältnis 1,49, und es wurden sechs Schlaufen je Zentimeter
erhalten. Beispiel 2 Es wurden zwei Lösungen verwendet, die 12,4 bzw. 9,1 -Gewichtsprozent
des Polymers enthielten; bei wechselnder Dehnung, denen die Fasern vor dem Trocknen
bei 80°C ausgesetzt wurden, wurden die folgenden Ergebnisse erzielt:
| Streckung Kräuselungs- Kräuselung |
| (...fach) I verhältnis |
| je Zentimeter |
| 6 1,24 9,8 |
| 10 1,16 7,1 |
| 18 1,14 6,7 |
Beispiel 3 Die Konzentrationen der Polymere betrugen 6,4 bzw. 12,4 Gewichtsprozent.
Nach dem Dehnen um das Achtfache und dem Trocknen bei 80°C hatten die Fasern ein
Kräuselungsverhältnis von etwa 1,3 und 13,8 Schlaufen je Zentimeter. Beispiel 4
Die beiden Lösungen des Polymers lagen in Konzentrationen von 11,9 bzw. 12,4 Gewichtsprozent
vor; sie wurden zu einer zusammengesetzten Faser versponnen, um das Achtfache gedehnt
und getrocknet. Nachdem das Trocknen bei etwa 80°C beendigt wa, betrug das Kräuselungsverhältnis
der Fasern etwa 1,1. Sie hatten zwei Schlaufen je Zentimeter. Nach dem Trocknen
bei Raumtemperatur betrug das Kräuselungsverhältnis 1,2, und es waren etwa 4,3 Schlaufen
je Zentimeter vorhanden.