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Herstellung von Fäden aus ]#o1@urethanen, Die Erfindung betrifft eine
Verbesserung der Polyurethanfäden und ein Verfahren zur Herstellung dieser. Die
USA.-Patentschrift 2953839 beschreibt die Herstellung von Polyurethanfäden
aus einem Polyurethan-»Vorpolymerisat«, das ein Reaktionsprodukt eines Polyesters,
Polyäthers od. ä. mit endständigen Hydroxylgruppen mit einem organischen Diisocyanat
ist. Dieses Vorpolymerisat wird in eine wäßrige Lösung eines aliphatischen primären
Diamini ausgesponnen, um den Faden zu »koagulieren«, d. h., um ein sehr schnelles
Härten oder Gelieren der Oberfläche des Fadens zu verursachen. Anschließend wird
die Härtung des Fadens durch die Wirkung von Wasser vervollständigt.
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Unglücklicherweise haben die auf diese Art hergestellten Fäden einen
abgeflachten Querschnitt anstatt eines runden. Der Querschnitt ist außerdem nicht
gleichmäßig, d. h., er kann dünne Stellen haben, an denen der Faden bricht, was
bei der nachfolgenden Verarbeitung stört.
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Erfindungsgegenstand ist ein Verfahren zum Herstellen von Fäden durch
Verspinnen eines flüssigen Polyurethanvorpolymerisates mit endständigen Isocyanatgruppen
in ein wäßriges Fällbad, das ein aliphatisches diprimäres Diamin enthält. Das erfindungsgemäße
Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man in ein Fällbad verspinnt, das zusätzlich
einen einwertigen Alkohol mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen oder ein Glykol mit 2 bis
10 Kohlenstoffatomen bzw. deren Mischungen in einer Menge von 5 bis 90 1/o enthält.
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Beim Spinnen von Polyamidfäden, die durch Auspressen der geschmolzenen
Masse in eine Kühlflüssigkeit hergestellt werden, wurden auch schon Alkohole verwendet.
Dieses Verfahren unterscheidet sich jedoch von dem der vorliegenden Erfindung dadurch,
daß dort der Alkohol nur als Kühlflüssigkeit verwendet wird, während er erfindungsgemäß
die Härtung oder Verfestigung des Polyurethanvorpolymerisates in dem aliphatischen
diprimären Diamin unterstützt.
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Bevorzugt anzuwendende Alkohole sind die mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen
und besonders die Alkohole mit 3 bis 4 Kohlenstoffatomen. Zusätzlich zu den primären
Alkoholen (z. B. n-Propanol, n-Butanol) können sekundäre Alkohole verwendet werden
wie Isopropanol oder Isobutanol, ebenso wie tertiäre Alkohole, wie tertiärer Butylalkohol
oder tertiärer Amylalkohol. Die tertiären Butylalkohole werden am meisten bevorzugt.
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Andere Monoalkohole, die verwendet werden können, sind solche, die
Ätherbindungen enthalten oder cyclische Strukturen haben. Auch Glykole werden verwendet.
Tertiäre Glykole sind, wenn sie in Mischung mit primären oder sekundären Alkoholen
verwendet werden, besonders brauchbar, da sie anscheinend dazu beitragen, die Neigung
dieser primären oder sekundären Alkohole, die Härtung mit Wasser zu stören oder
zu blockieren, zu verringern.
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Diejenigen Monoalkohole oder Glykole, die selbst nicht leicht in Wasser
löslich sind, werden in Mischung mit leichter löslichen Monoalkoholen oder Glykolen
verwendet.
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Die zum Verspinnen verwendeten Polyurethanvorpolymerisate sind üblich
und z. B. in der USA.-Patentschrift 2 953 839 beschrieben.
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Beispiel I a) Herstellung der Ausgangsprodukte, die hier nicht geschützt
werden soll Ein Polyester mit einem Molekulargewicht von 2100 und einer Säurezahl
von 0,7 wurde hergestellt, indem eine Mischung aus 70 Teilen Äthylenglykol und 30
Teilen 1,2-Propylenglykol mit Adipinsäure kondensiert wurde, wobei das Glykol in
geringem molarem überschuß verwendet wurde, um endständige Hydroxylgruppen sicherzustellen.
In dem Polyester wurden in einer Farbenmühle 1011/o Titandioxyd dispergiert, um
ihn zu pigmentieren.
2310 Teile (1 Mol) des Polyesters, der Titandioxyd
enthält, werden in einem mit Glas ausgekleideten Gefäß, das mit mechanischem Rührer,
Einlaßrohr für trockenen Stickstoff, einem Kühler und einem Thermometer ausgestattet
ist, auf 55° C erhitzt. 500 Gewichtsteile (2 Mol) p,p'-Diphenylmethandüsocyanat
werden zu dem Polyester hinzugegeben, und die Mischung wird auf 120° C erhitzt.
Das Erhitzen bei dieser Temperatur wird 120-Minuten fortgesetzt, und eine Schicht
von trockenem Stickstoff hält von der Reaktionsmischung die atmosphärische Feuchtigkeit
fern. Das Vorpolymerisat hat eine weiße Farbe und eine Brookfield-Viskosität von
9500 Poise bei 30° C (85o F).
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b) Das Herstellen des Fadens und das: erfindungsgemäße Koagulieie5
im Fellbad Das Vorpolymerisat wird, wie in der USA.-Patentschrift 2-953 839 beschrieben,
mit einer Geschwindigkeit von 2 cm/Min. im Koagulierbad ausgepreßt, das 2 Teile
Äthylendiamin, 0,5-Teile--nichtionisches Netzmittel, 62,5 Teile Wasser -und 35 Teile
n Propanol enthält, und wird auf einer Temperatur von 32° C gehalten. Der Durchmesser
der Düsenöffnung ist 0,5 mm. Die. Oberfläche. des- ausgepreßten runden Stromes,
der.- Flüssigkeit -verfestigt -sich sofort, wenn dieser -in das -Fellbad eintritt.'
Eine Spinnwalze, die mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 90 -m/Min: rotiert, liegt
25 cm von der Düse- entfernt und dient dazu, den erhaltenen runden-- Faden aus dem
Gelierungsbad abzuziehen. Der Faden-wird-sofort gut mit Wasser gewaschen, um das
-n-Propanol zu entfernen, und dann mit 10%iger wäßriger Essigsäure, um alles noch
im Faden verbliebene Diamin zu neutralisieren, indem er um die Waschrollen mit einer
Geschwiüdigkdit'von 87 m/Min. geführt wird. Der Faden wird mit einer Geschwindigkeit
von 84 m/Min. auf eine Trommel aufgewickelt und bei einem Druck von 3,5 kg/cm2 2
Stunden in Wasser von 66° C eingetaucht, um den Faden durch die Wirkung von Wasser
auf das Polymerisat auszuhärten. Der Durchmesser- des .Fadens.-ist 0,165 mm -(0,.0065."):.-Seine.
physikalischen Eigenschaften -sind:: Zugfestigkeit : . . : .-: . : . : '562 kg-/cin2
(8000 psi) Dehnung Bleibende`Dehnüng : 20% ' Axialverhältnis ........ 1,05 Der Faden-ist
rund-und im wesentlichen in Dicke. und Querschnitt in .seiner -ganzen Länge--gleichmäßig..
Er kann auf Textilien verarbeitet: =werden- oder auf eine - andere Weise ohne .Schwierigkeit
weiterverarbeitet oder verwendet werden:" c) Der technische Fortschritt Das obige
Beispiel wurde-wiederholt, mit der Ausnahme, -daß -n-Propanol weggelassen wurde.
Der Faden kaogulierte nicht annähernd so gut; und der fertige Faden war abgeflacht
und ungleichmäßig im Querschnitt. Er konnte wegen der Ungleichmäßigkeiten nicht
ohne Schwierigkeiten überzogen oder weiterverarbeitet werden.
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Das Beispiel wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß das n-Propanol
nicht sofort von dem Faden abgewaschen wurde. Der Faden konnte nicht richtig mit'
Wasser ausgehärtet werden, wahrscheinlich weil das n-Propanol mit den verfügbaren
Isocyanatgruppen reagierte und so die Härtung »blockierte«.
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Das Beispiel wurde mit Methanol, Äthanol und Isopropanol an Stelle
von n-Propanol wiederholt, und es wurden im wesentlichen -die gleichen Ergeb-. nisse
erhalten.
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Beispiel II .a) -In diesem Beispiel wurde das Vorpolymerisat aus einem
Polyäther hergestellt anstatt aus einem Polyester. 1 Mol Polypropylenglykol (Molekulargewicht
etwa 2000) wurde mit un-Pfähr 2 Mol p,p'-Diphenylmethandiisocyanat 1 Stunde auf
100°-C erwärmt.
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b) Der Faden wurde aus diesem Vörpolymerisat wie im Beispiel l hergestellt.
Die Fadeneigen-- schalten waren: Stärke : . . . . . . . . . . . . . . 150 Fäden
auf 2,5 cm (1 Zoll) Zugfestigkeit . . . . . . . . . 562 kg/cm2 (8000 psi) Dehnung
. . . . . . . . . . . . 585% Bleibende Dehnung ... 310/ö 300% massierterModül
17,6 kg/cm2 (250 psi) Axialverhältnis ....... 1,05 Der sich ergebende technische
Fortschritt ist deshalb besonders unerwartet, weil die Monoalkohole, Glykole und
deren Mischungen selbst keine Verfestigung des flüssigen Polyurethanvorpolymerisats
bewirken, wenn . sie, in. einem wäßrigen Bad angewendet werden, das das Diaminfällmittel
nicht enthält.
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Der erfindungsgemäß hergestellte Faden kann sehr gleichmäßig durch
die Strick- und Zwirnausrüstung geführt werden, ohne daß. übermäßiges Schmieren
erforderlich ist.