DE1236125C2

DE1236125C2 - Verfahren zur nachbehandlung von faeden, fadenbuendeln, fasern, filmen oder baendern aus acrylnitrilpolymerisaten bzw. -mischpolymerisaten

Info

Publication number: DE1236125C2
Application number: DE1956C0014134
Authority: DE
Inventors: Rodger Lewis; Sudhoff Roy William; Sundbeck Edward Hjalmar; Decatur Ala.(V.St.A.) Schaefer
Original assignee: Monsanto Co
Current assignee: Monsanto Co
Priority date: 1955-12-19
Filing date: 1956-12-18
Publication date: 1975-12-04
Also published as: DE1236125B; BE553539A; FR1170239A; US2920934A; CH371550A; GB848696A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Nachbehandlung von Fäden, Fadenbündeln, Fasern, Filmen od. dgl., aus Acrylnitrilpolymerisaten bzw. as -mischpolymerisaten oder diese enthaltenden Polymerisatmischungen.

Die Erfindung wird insbesondere in der Anwendung auf die Herstellung von Fäden einschließlich von Fadenbündeln und Fasern erläutert.

Polymerisate von Acrylnitril mit einem Gehalt von wenigstens 70 Gewichtsprozent an polymerisiertem Acrylnitril und Mischungen davon sind in der Technik der synthetischen Faden- und Faserherstellung bekannt.

Fäden, die aus Acrylnitrilpolymerisaten nach dem Naßspinnverfahren erzeugt sind, haben gute physikalische Eigenschaften. Sie weisen jedoch den Nachteil auf, daß Fäden oder Fasern, wenn sie zu Garnen und diese wiederum zu Geweben verarbeitet werden, FIusen oder Fäserchen abspalten, wenn sie z. B. durch Reibung beansprucht werden.

Der Neigung zur Fäserchenabspaltung oder Flusenbildung unterliegt gewöhnlich jedes der vorstehend bezeichneten Gebilde aus Polyacrylnitril, Acrylnitrilmischpolymerisaten bzw. Mischungen aus Acrylnitrilpolymerisaten bzw. -mischpolymerisaten mit anderen Polymerisaten aus polymerisierbaren, monoolefinischen Monomeren.

Die Bildung der Flusen, welche durch Abrieb eingeleitet wird, erfolgt in der Weise, daß beispielsweise vom Faden- bzw. Faserschaft Längsabschnitte des Materials abgespalten werden. Die abstehenden Fäserchen oder Flusen sind im Vergleich zu den Abmessungen des Fadens bzw. der Faser klein. Das Abspalten der Fäserchen oder Flusen kann leicht unter dem Mikroskop beobachtet werden.

Gefärbte Gewebe, die aus Fäden oder Garnen aus Acrylnitrilpolymerisaten hergestellt sind, insbesondere solche Gewebe, die aus oberflächengefärbten Fäden oder Fasern zusammengesetzt sind, zeigen leicht die Wirkung der Flusenbildung. Bei zur Flusenbildung führendem Abrieb, wie z. B. an den Abnutzungsstellen von Kleidung, werden Tönungsänderungen in der Abriebfläche infolge des Freilegens von ungefärbten, inneren Teilen der Fäden und Fasern erzeugt. Eine solche Farbänderung soll vermieden werden; Fäden und Fasern, die eine Neigung zum Flusenbilden besitzen, sind bei den meisten technischen Anwendungen praktisch unbrauchbar.

Die Acrylnitrilpolymerisaifäden werden gestreckt, um dis Moleküle zu orientieren. Der Zweck dieser Arbeitsweise ist die Erhöhung der Festigkeit der Fäden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß eine Flusenbildung in hoch orientierten, kristallinen Fäden auftritt, die eine morphologische Struktur mit hoher longitudinal Festigkeit und niedriger Querfestigkeit besitzen. Es wurde zunächst angenommen, daß eine solche Flusenbildung durch Herabsetzung der Orientierung, d. h. durch geringere Streckung überwunden werden könnte. Durch eine solche Herabsetzung der Streckung ließen sich jedoch keine Fäden herstellen, welche die notwendige, geringe Flusenbildung zeigen. Außerdem führte die Herabsetzung der Streckung zu einer nachteiligen Wirkung auf andere erwünschte und wesentliche Eigenschaften der Fäden und Fasern, wie z. B. einer Herabsetzung der Festigkeit und Dehnung od. dgl.

Die Erfindung bezweckt insbesondere die Schaffung von Acrylpolymerisatfäden u. dgl., bei welcher die Neigung zur Flusenbildung praktisch beseitigt ist und die erwünschten Eigenschaften des Materials aufrechterhalten bleiben.

Erfindungsgemäß wird in der Weise verfahren, daß die Fäden od. dgl. in eine geschlossene Kammer gebracht werden, die Kammer evakuiert, gesättigter oder nasser Wasserdampf mit einem Druck von 2,1 bis 4,2 atü und einer Temperatur von 135 bis 155° C in die Kammer eingeführt, unmittelbar danach der Wasserdampfdruck plötzlich aufgehoben wird und gegebenenfalls die Wasserdampfbehandlung und Druckaufhebung bis zur erwünschten Verminderung der Fibrillenbildung wiederholt wird.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird die Kammer nach Aufhebung des Wasserdampfdruckes erneut evakuiert.

Es war bereits bekannt, Fasern auf der Basis von Vinylchlorid-Acrylnitril-Mischpolymerisaten, insbesondere zur Verbesserung der Zugfertigkeit und Verminderung der Schrumpfung, mit nasser bzw. trockener Hitze zwischen 100 und 150 bzw. 160⁰C 1 bis 1'/2 Stunden zu behandeln (US-PS 24 20 565). Daraus läßt sich aber das beanspruchte Verfahren mit den ganz speziellen Verfahrensbedingungen zur Verringerung der Fibrillenbildung nicht ableiten.

Durch Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung werden Acrylnitrilpolymerisatfäden od. dgl. erhalten, welche keine Flusenbildung zeigen oder nur in einem außerordentlich geringen Ausmaß Flusen bilden. Nachdem man die entsprechende Behandlung beispielsweise in einer geschlossenen Kammer, in einem Autoklav oder in einem ähnlichen Druckapparat durchgeführt hat, kann ein behandeltes Fadenbündel gewünschtenfalls zu Stapelfasern geschnitten werden.

In vielen Fällen, wenn eine große Menge von Fäden gleichzeitig behandelt wird, ist es zweckmäßig, den Arbeitskreislauf mehrere Male zu wiederholen, um ein genügendes und vollständiges Durchdringen des Dampfes durch die ganze Masse zu gewährleisten. Wenn man mehr als ein Arbeitskreislauf anwendet oder die Dampfbehandlung wiederholt, wird zweckmäßig der Dampfdruck auf etwa 0,14 atü herabgesetzt, bevor weiterer Dampf eingeführt wird. Die Zeit, welche erforderlich ist, um einen Einzelfaden mit Dampf zu behandeln, beträgt nur einen

Bruchteil einer Sekunde. Die Anzahl von Arbeitskreisläufen, welche bei verschiedenen Fadenmengen notwendig ist, hängt von der Größe der Kammer oder des Autoklavs und dem angewendeten Druck ab. Beispielsweise ist bei einem Autoklav, in welehern 68 kg Fäden behandelt werden können, keine Anwendung von mehreren Arbeitskreisläufen notwendig gewesen, wenn 4,5 kg Faden darin mit Dampf bei 2,8 atü behandelt worden sind, während fünf Arbeitskreisläufe zur Behandlung von 68 kg Faden notwendig waren.

Fäden und Fasern aus Acrylnitrilpolymerisaten sind nicht richtig weiß; es sind schon viele Vorschlage gemacht worden, um die Farbe der Fäden und Fasern zu verbessern bzw. die Färbung herabzusetzen. Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird die Färbung herabgesetzt, wenn die Kammer oder der Autoklav oder eine ähnliche Anlage vor der Einführung von nassem Dampf evakuiert wird. Es ist gefunden worden, daß ein anfängliches Vakuum von annähernd 630 mm die Färbung herabsetzt und auch die richtige Dampfdurchdringung gewährleistet oder unterstützt.

Der Dampfdruck ist ein wesentlicher Faktor bei dem Verfahren gemäß der Erfindung zur Erzielung der erwünschten Ergebnisse, d. h. um die optimalen Garneigenschaften hinsichtlich der Festigkeit, der Dehnung, der Flusenbildung und der Farbe zu erhalten. Es ist gefunden worden, daß bei Anwendung von Dampfdrücken unter 1,75 atü die sich ergebenden Fäden und Fasern eine Flusenbildung zeigen, die zu hoch liegt, wie nachstehend näher erläutert wird. Wenn Dampfdrücke über 4,2 atü angewendet werden, ist im allgemeinen die sich ergebende Fadenfestigkeit zu gering, und es wird zu viel Farbe in den Fäden, Fasern od. dgl. entwickelt. Optimale Ergebnisse hinsichtlich der Fadeneigenschaften werden erhalten, wenn Dampfdrücke in dem Bereich von etwa 2,4 bis 3,2 atü zur Anwendung gelangen.

Bei der praktischen Ausführung der Erfindung ist es zweckmäßig, daß die Temperatur des Dampfes, wenn er in die geschlossene Kammer eingeführt wird, in dem Bereich von 135 bis 155⁰C liegt, d.h., wenn der Dampf unter einem Druck von 2,1 bis 4,2 atü steht. Ferner soll der Dampf naß sein, damit die Acrylnitrilpolymerisatgebilde während der Behändlung mit dem Dampf benetzt oder befeuchtet werden. Gewöhnlich würden sehr hohe Temperaturen notwendig sein, um die inneren Spannungen innerhalb des Gebildes zu beseitigen, welche vermutlich die Flusenbildung verursachen. Die Gegenwart eines Weichmachers, wie Wasser in Form von nassem oder gesättigtem Dampf, gestattet jedoch die Anwendung niedrigerer Temperaturen, als dies sonst möglich wäre. Dies ist ein ausgesprochener Vorteil, insbesondere vom Standpunkt unerwünschter Farbbildung, in dem Gebilde während der Behandlung.

Bei Evakuierung am Ende der Behandlung werden die Fäden oder Fasern in der Kammer oder dem Autoklav gekühlt, wodurch die Farbentwicklung in den Fäden herabgesetzt wird, und es wird überschüssiges Wasser aus dem Kabel oder Bündel von Fäden entfernt.

Die Erfindung ist auf die Behandlung auch von Fäden od. dgl., die nach dem Trockenspinnverfahren hergestellt sind, anwendbar. Das Problem der Flusenbildung tritt bei Fäden, die nach dem Naßspinnverfahren hergestellt sind, stärker in Erscheinung.

Die Flusenbildung eines Fadens oder einer Faser kann durch Vergleich z. B. an einem Gewebe oder Wirkstoff, welcher aus den betreffenden Fäden oder Fasern hergestellt ist, gemessen werden. Der Grad der Flusenbildung eines Fadens oder einer Faser wird an einem gewirkten Trikotband bestimmt, und der erhaltene Wert wird als Trikot-Meßwert TR bezeichnet.

In allen nachfolgend wiedergegebenen Beispielen wurde zur Erzeugung der Trikotbänder zunächst etwa 170 g Fasern zu einem Garn von 36,9 tex verspönnen. Das gesponnene Garn hatte einen Draht von 550 Drehungen/m. Das Garn wurde zu einem 61 cm langen und etwa 2,5 cm breiten Band auf einer Wirkmaschine verarbeitet. Diese arbeitete mit insgesamt 24 Kettenfäden/Zoll Breite des Bandes. Sämtliehe Bänder wurden mit 2%>igem Acetatfarbstoff (Eastman Blue GLT) 1 Stunde unter Sieden gefärbt. Nach, dem Auswaschen und Zentrifugieren oder Abtupfen wurde das Band gebügelt und weiter bei 60 bis 70° C getrocknet. Danach wurde das Band einem Biegunp.sabriebtest mit 150 Wechseln unterworfen, wobei die Biegestange mit 0,91 kg Spannung und 0,23 kg Gewicht am Kopf benutzt wurde. Zwei »5 solche Abriebteste wurden an jedem Band vorgenommen.

Die Messung des Verlustes in der Tiefe der Farbtönung wurde mit einem photoelektrischen Reflexionsmesser ausgeführt. Die Werte für das abgeriebene Band werden dadurch bestimmt, daß man zwei Reflexionsmessungen an dem nicht abgegebenen Teil und eine Messung an jedem der abgeriebenen Teile vornimmt. Das Mittel aus den erstgenannten Messungen wird von dem Mittel aus den letztgenannten Messungen abgezogen und ergibt die Flusenbildungswerte bzw. Trikot-Meßwert TR. Daher isv dieser Trikot-Meßwert TR die Differenz der prozentualen Reflexion der abgeriebenen und der nicht abgeriebenen Teile des Bandes. Der Grenzwert von TR ist Null. In technischer Hinsicht und für alle praktischen Zwecke bezeichnet jedoch ein 77?-Wert von 1,0 bis 2,0 ein Faden- oder Fasermaterial, das im wesentlichen keine Flusen bildet. Bisher besaßen Acrylnitrilpolymerisatgebilde einen TR-Wert in dem Bereich von etwa 3,0 bis 10,0. Fäden und Fasern für gewisse spezielle Anwendungen, bei denen eine Flusenbildung nicht von wesentlicher Bedeutung ist, sind annehmbar mit einem ΓΑ-Wert von 5 bis 6. Die technische Anwendung solcher Fäden und Fasern ist jedoch sehr begrenzt, und es wurden in der Technik Fäden und Fasern benötigt, die im wesentlichen keine Flusen bilden oder einen 77?-Wert haben, der mindestens so niedrig wie 2.0 und vorzugsweise noch kleiner ist. Dies wird gemaß der Erfindung gewährleistet.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand zweier Beispiele näher erläutert. In den Beispielen bezeichnen alle Teile und Prozentsätze, soweit nichts anderes angegeben ist, Gewichtsprozentsätze.

Beispiel 1

Es wurde eine Polymerisatmischung verwendet. Dazu wurde ein erstes Mischpolymerisat A hergestellt, das 94 Gewichtsprozent Acrylnitril in dem

Poiymerisalmolekül und 6 Gewichtsprozent Vinylacetat enthielt. Ferner wurde ein zweites Mischpolymerisat B hergestellt, das 50 Gewichtsprozent Acrylnitril in dem Poiymerisatmolekül und 50 Ge-

wichtsprozent 2-Methyl-5-vinylpyridin enthielt. Danach wurde eine genügende Menge des Mischpolymerisats B mit dem Mischpolymerisat A gemischt, um in der Mischung 6 Gewichtsprozent (bezogen auf das Gewicht der Mischung) 2-Methyl-5-vinylpyndin zu erhalten. Die Polymerisatmischung wurde dann in Ν,Ν-Dimethylacetamid gelöst, um eine Spinnlösung mit einem Gehalt von 18 °/o Feststoff en zu bilden. Die Spinnlösung wurde durch eine Spinndüse in ein Koagulierbad ausgespritzt, das 50 ⁰Zo Ν,Ν-Dimethylacetamid und 50%> Wasser enthielt. Die Öffnungen der Spinndüse hatten eine solche Größe, daß sich ein Faden mit einer endgültigen Stärke von 3 den ergab. Die Fäden wurden aus dem Koagulierbad abgezogen und kontinuierlich mit Wasser bei einer Temperatur von etwa 100⁰C gewaschen. Danach wurden die Fäden getrocknet, indem sie über beheizte Walzen geführt wurden. Die getrockneten Fäden wurden mittels einer Schneidvorrichtung zu Stapelfasern geschnitten. Ein Anteil von 45,4 kg der Stapelfasern ao wurde in einen gelochten Metallbehälter gebracht, der wiederum in einen Autoklav gesetzt wurde. Der Autoklav wurde evakuiert, und es wurde gesättigter Wasserdampf mit annähernd 2,8 kg/cm² in den Autoklav eingeführt, bis der Druck darin 2,8 kg/cm² er- as reichte. Unmittelbar nach Erreichen dieses Druckes in dem Autoklav wurde die Einführung von gesättigtem Dampf unterbrochen und der Autoklav gegenüber der Atmosphäre freigegeben, so daß darin der Druck so rasch wie möglich auf Atmosphärendruck herabgesetzt wurde. Danach wurde der vorstehend beschriebene Arbeitskreislauf viermal wiederholt, jedoch mit der Ausnahme, daß die Evakuierung des Autoklavs zwischen den Arbeitskreisläufen fortgelassen wurde. Die Stapelfasern wurden dann auf dem Autoklav herausgenommen, getrocknet, auf einer Standard-Baumwollkrempelmaschine gekrempelt und in üblicher Weise zu Garn versponnen. Das Garn wurde dann zur Herstellung eines gewirkten Trikotbandes, wie vorstehend beschrieben, verwendet; das Band wird als Muster B bezeichnet.

Aus den Fäden dieses Beispiels wurde auch ein Kontrollmuster A hergestellt, indem die Fäden zu Stapelfasern geschnitten, gekrempelt, zu Garn versponnen wurden und aus diesem Garn ein gewirktes Trikotband auf die gleiche Weise wie beim Muster B hergestellt wurde. Das Muster A wurde nicht so wie Muster B behandelt. Es wurden die in der nachstehenden Tabelle I angegebenen Vergleichswerte erhalten.

Tabelle I

und die Dehnung unter Benutzung eines Garnes von etwa 50 Nm bestimmt, während TR mit einem Garn von etwa 27 Nm erhalten wurde, wie vorstehend erläutert Es ist aus den vorstehenden Werten ersichtlich daß die gemäß der Erfindung hergestellten Fasern nicht nur im wesentlichen keine Flusen bilden, sondern auch erhöhte Festigkeit und Elastizität aufweisen und ein stark veibessertes Verhalten auf der Krempel zeigen. Das Verhalten während des Krempeins ist sehr wesentlich, da eine Faser, die nicht zufriedenstellend krempelbar ist, nicht zu einem technisch brauchbaren Garn verarbeitet oder versponnen werden kann. Der prozentuale Faserbruch ist ein Kennzeichen dafür, ob eine besondere Faser sich zu einem zufriedenstellenden Garn verspinnen läßt.

Beispiel 2

Es wurde die Verfahrensweise gemäß Beispiel 1 unter Anwendung eines Mischpolymerisats mit einem Gehalt von 94 Gewichtsprozent Acrylnitril in dem Polymerisatmolekül und 6 Gewichtsprozent Vinylacetat benutzt. Nach dem Schneiden der getrockneten Fäden zu Stapelfasern wurden 45,4 kg der Fasern in einem gelochten Metallbehälter gebracht, der seinerseits in einen Autoklav gesetzt wurde. Der Autoklav wurde evakuiert, und es wurde gesättigter Wasserdampf mit annähernd 2,8 kg/cm² darin eingeleitet, bis der Druck in dem Autoklav 2,8 kg/cm² erreicht hatte. Danach wurde die Dampfeinleitung unterbrochen und der Autoklav gegenüber der Atmosphäre geöffnet. Es wurde die vorstehend genannte Arbeitsweise dreimal wiederholt, jedoch mit der Ausnahme, daß die Evakuierung des Autoklavs zwischen den Arbeitskreisläufen fortgelassen wurde. Danach wurde die Stapelfaser gemäß Beispiel 1 behandelt; das erhaltene Band wird als Muster D bezeichnet. Es wurde außerdem ein Kontrollmuster C hergestellt, jedoch mit der Ausnahme, daß es nicht wie Muster D wärmebehandelt wurde.

Die erhaltenen Vergleichswcrte sind in der nachstehenden Tabelle!! angegeben.

Muster A
(Konirolle)

Muster B
(behandelt)

55

60

Tabelle II	Muster C	Muster D
	(Kontrolle)	(behandelt)
	3	3
Denier	65	25
Faserbruch, ⁿ/o	unbrauchbar	1,55
Bruchfestigkeit, g/den	zum Spinnen
	unbrauchbar	18,4
Dehnung, %>	zum Spinnen
	2,6	1,4
TR

Denier 3 3

Faserbruch, %> 36 4

Bruchfestigkeit, g/den 1,27 1,546

Dehnung, Vn 12,7 24,5

TR 3,5 1,3

Prozent Faserbruch bezeichnet den Prozentsatz der gesamten gekrempelten Fasern, die nach dem Krempeln eine kürzere Faserlänge haben als vor dem Krempeln.

In der Tabelle 1 wurden der Bruehfcstiekcitswcrt In der Tabelle II wurden der Bruchfestigkeitswert und die Dehnung dadurch bestimmt, daß ein Garn von etwa 50 Nm benutzt wurde, während der TR-Wert mit einem Garn von etwa 27 Nm erhalten wurde. Es ist die Feststellung wesentlich, daß es bei dem unbehandelten Muster C nicht möglich war, ein Garn von etwa 50 Nm zu spinnen; es waren demgemäß keine Bruchfestigkeits- und Dehnungswerte crzielbar. Wegen der gebrochenen oder kürzeren Fasern war es nicht möglich, das schwächere Garn von etwa 50 Nm zu spinnen; dies ergab sich wiederum ;ius dem hohen Bruch während des Krcmpclns. Eine

solche Schwierigkeit trat bei der Verarbeitung des behandelten Musters D nicht in Erscheinung.

Es ist ersichtlich, daß gemäß der Erfindung das Problem der nachteiligen Flusenbildung gelöst und überwunden wird. Außerdem ergeben sich auch noch andere erwünschte Ergebnisse und Vorteile aus der praktischen Anwendung der Erfindung. Gefärbte Gewebe aus Fäden oder Garnen, hergestellt unter Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung, zeigen keine Farbänderung beim Bügeln. Ferner ist gefunden worden, daß Gebilde, die gemäß der Er-

findung behandelt sind, erhöhte Anfärbbarkeit im Vergleich mit solchen Gebilden zeigen, die aus Acrylnitrilpolymerisaten nach anderen bekannten Arbeitsweisen hergestellt sind. Wenn man Fasern auf Textilmaschinen zu Garn verspinnt, stellt der Faserflug ein schwieriges Problem dar. Es ist gefunden worden, daß Fasern, die gemäß der Erfindung behandelt sind, weniger Faserflug in den Textilmaschinen erzeugen, wenn sie zu Garn verarbeitet werden, als Garne aus Fasern, die nach bekannten Verfahren erzeugt sind.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Nachbehandlung von Fäden, Fadenbündeln, Fasern, Filmen oder Bändern aus Acrylnitrilpolymerisaten bzw. -mischpolymerisaten oder diese enthaltende Polymerisatmischungen mit nasser Hitze unter Druck, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden od. dgl. in eine geschlossene Kammer gebracht werden, die Kammer evakuiert, gesättigter oder nasser Was- >o serdampf mit einem Druck von 2,1 bis 4,2 atü und einer Temperatur von 135 bis 155° C in die Kammer eingeführt, unmittelbar danach der Wasserdampfdruck plötzlich aufgehoben wird und gegebenenfalls die Wasserdampfbehandlung und Druckaufhebung bis zur erwünschten Verminderung der Fibrillenbildung wiederholt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer nach Aufhebung des Wasserdampfdruckes erneut evakuiert wird, ao