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Verfahren zur Herstellung stark schrumpffähiger Acrylnitrilfasern
Die Erfindung betrif f t ein Verfahren zur Herstellung q tark schrumpffähiger
Acrylnitrilfasern, die ein gewünschtes und bestimmtes Schrumpfvermögen aufweisen
und als Rohmaterialfasern zur Herstellung hochvoluminöser Garne geeignet sind. Bisher
sind verschiedene Verfahren zur Herstellung stark schrumpffähiger Aarylnitrilfasern
bekannt. Es ist z.B. ein Verfahren zu erwähnen, bei dem Fädenkabel unter Streckung
geschnitten werden, nachdem sie mit Hilfe eines Turbostaplers, der mit einer Trocken-Heissverstreckungsvorrichtung
versehen ist, heissverstreckt worden sind" um stark schrumpffähige Acrylnitrilfasern
zu erhalten, oder ein Verfahren, wie es in
der Japanischen Patentveröffentlichung
8111/61 ( Japanische Patentschrift 285 003 ) beschrieben ist;" d.h.,
ein Verfahren, bei dem Acrylnitrilharz in einem Lösungsmittel gelöst wird" die erhaltene
Lösung in ein wässriges Fällbad ausgepresst wirdgi die erhaltenen Fasern zur Entfernung
des Lösungsmittels mit Wasser gewaschen eerden, die erhaltenen Fasern der ersten
Trocknung unterworfen werden, nachdem sie in feuchtem Zustand heissverstreckt worden
sind.. dann die so getro..ekneten Fasern der Entspannungsbehandlung in Gegenwart
von Wasser bei einer Temperatur oberhalb 120 0 C unterworfen werden, um sie
zu schrumpfen, ferner die so geschrumpften Fasern einer zweiten Streckung in heissem
Wasser bei einer Temperatur oberhalb 100 0 C unterworfen werden und schliesslich
die so gestreckten Fasern getrocknet werden, um stark schrumpffähige Acrylnitrilfasern
zu erhalten.
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Wenn jedoch stark schrumpffähige Acrylnitrilfasern mit Hilfe eines
Turbostaplers hergestellt werden, werden die Spinnkosten hoch und die abgeschnittenen
Enden sind im allgemeinen lang. Die Fasern sind schief geschnitten. Als Folge davon,
wird es schwierig, die so hergestellten stark schrumpffähigen Acrylnitrilfasern
mit anderen Fasern von definierter Uinge gemeinsam zu verspinnen, z.B. mit Baumwolle,
Rayon-Fasern oder anderen synthetischen Fasern.
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Ferner war das in der Japanisähen Patentanmeldung 8111/61 offen."
barte Verfahren nicht hinreichend befriedigend, um den Fasern
die
gewünschte Schrumpfung zu verleihen und sie bei einer kon-. stanten Schrumpfung
zu belassen.
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Dementsprechend Ist das erste Ziel der vorliegenden Erfindung, stark
schrumpffähige Acrylnitrilfaserm herzustellen, die die erforderliche Schrumpfung
haben, die einen bestimmten Wert übersteigt, die gleichzeitig die Schrumpfung auf
einen bestimmten Wert belassen und die auch die zum Verspinnen benötigte Kräuselung
aufweisen.
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Das zweite Ziel der vorltugenden Erfindung Ist es, stark schrumpffähige
Aarylnitrilfasern herzustellen" die wiederum zur Herstellung von hochvoluminösen
gesponnenen Garnen bei der Faserherstellung geeignet sind.
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Das dritte Ziel der vor12genden Erfindung-ist es., das Verfahren,
das In der japanischen Patentveröffentlichung 8111/61 offenbart ist, zu verbessern.
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Als Verfahren zur Herstellung stark schrumpffähiger Acry1nitrilfasern,
bei dem Acrylnltrilharz in einem Lösungsmittel aufgelöst wird, die erhaltene Lösung
in ein wässriges Fällbad ausgepresst wird" die erhaltenen Fasern zur Entfernung
des Lösungsmitteln mit Wasser gewaschen werden, diese Fasern der ersten Trocknung
unterworfen werden, nachdem sie im feuchten Zustand heiss verstreckt worden sind,
dann die Fasern In Gegenwart von Wasser bei einer Temperatur oberhalb
110 0 C der Entspannung
und Wärmebehandlung unterworfen
werden, die Fasern einer zweiten Streckung in heissem Wasser bei einer Temperatur
0
unterhalb von 100 C unterworfen werdenund die erhaltenen Fasern einer
zweiten Trocknung bei einer Temperatur unterhalb 0
95 C unterworfen
werdene schlägt die vorliegende Erfindung i ein Verfahren zur Herstellung stark
schrumpffähiger Acrylnitril, fasern vor, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man
die Fasern: unmittelbar nach der zweiten Streckung in Wasser unter Zugspannung auf
eine Temperatur unterhalb 90 0 G abkühlt, dass man weiterhin die erhaltenen
Fasern In ein heisses Wasserbad bei einer Temperatur., die höher als die Kühlte"eratur
ist" zum Erhitzen eintaucht" und dass man die erhaltenen Fasern durch eine Kräuselvorrichtung
leitet, um ihnen die gewünschte.--Kräuse-, lung zu verleihen.
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Die im heissen Wasserbad gestreckten Fasern befinden sich sozusagen
in einer gewissen Art von metastabilem Zustand und sie zeigen ein Schrumpfungsverhalten,
das den nachfolgenden Behandlungebedingungen entspricht. Von diesem Standpunkt aus
gesehen ist es daher notwendig., die Bedingungen wie oben aus geführt, zu begrenzen,
um stark Ochrumpffähige Acrylnitrilfasern zu erhalten., deren geforderte Schrumpfung
einen bestimmten': Wert übersteigt und deren Schrumpfung gleichzeitig den geforderten
konstanten Wert strikt beibehält.
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D.h.., dass das Abkühlen unmittelbar nach der zweiten Streckung einen
der wichtigsten Merkmale der vorliegenden Erfindung darste
Ut. Wenn
das Abkühlen nicht erfolgt, wird die Schrumpfung der Fasern beachtlich vermindert
und., es erfolgen gleichzeitig': Veränderungen entsprechend den Veränderungen der
äusseren Bedingungen. Es wird dann schwierig, so stark schrumpffähige Acrylnitrilfasern
mit einer konstanten Schrumpfung wie in der vorliegenden Erfindung zu erhalten.
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Ferner müssen die Fasern im allgemeinen mit einer solchen Kräuselung
versehen seing die für das Verspinnen benötigt wird. Zu diesem Zweck ist es
üblich, die Fasern, nachdem sie erhitzt wurden, In einen Kräuselapparat,
z.B. einen Walzenkräuseler, zu leiten. Für einen solchen Fall sind verschiedene
Verfahren zum Erhitzen der Fasern bekannt, wie z.B. das Verfahren, das auf das Eintauchen
der Fasern in ein heisses Wasserbad, auf das Einblasen von Wasserdampf, auf heissen
Platten usw. beruht. Nach jedem dieser Erhitzungsverfahren schrumpfen die Fasern
etwas beim Erhitzen. Wenn keine ausreichende Temperatur# kontrolle erfolgt, schwankt
die Schrumpfung der Faser während des Erhitzenn und# es wird folglich schwierig"
die Schrumpfung! der stark schrumpffähigen Aarylnitrilfasern strikt auf einem konstanten
Wert zu halten. In dieser Hinsicht ist das VeAhren des Eintauchens in ein heisses
Wasserbad in Übereinstimmung der vorliegenden Erfindung das am ausgezeichnetste.
Die anderem oben erwähnten Erwärmungsverfahren sind wegen der schwierigen Temperaturkontrolle
nicht geeignet, die Schrumpfung konstant zu halten. Ferner ist der Grund dafür,
dass die Erwärmungetemperatur in der vorliegenden Erfindung unterhalb
90 0 C fest-!
gesetzt wird, derjenige, daso beim Überschreiten
dieser Temperatur die Schrumpfung der Fasern während des Erwärmens merklich abnimmt
und es folglich schwierig wird, stark schrumpffähige Acrylnitiüfasern zu erhalten,
deren geforderte Schrumpfung einen bestimmten Wert übersteigt.
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Ferner ist es möglich, diesem heissen Wasserbad ein öliges Mittel
zum Verspinnen zuzusetzen, so dass ein erforderlicher Anteil dieses öligen Mittels
auf den Fasern verbleibt. Ausserdem ist die Trocknungstemperatur der zweiten Trocknung
nach dem Kräuseln ebenfalls ein wichtiger Faktor, um die Schrumpfung der stark schrumpffähigen
Acrylnitrilfasern unter Kontrolle zu halten. Es ist schwierig., stark schrumpffähige
Aerylnitrilfaserng deren gewünschte Schrumpfung einen bestimmten Wert übersteigt,
zu erhalten, wenn diese Trocknungstempera-' tur unterhalb einer Temperatur von
950 C gehaltenwird.
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Die Ergebnisse der vorliegenden Erfindung sind, daso stark schrumpffähige
Acrylnitrilfasern leicht erhalten werden können, deren geforderte Schrumpfung einen
bestimmten Wert übersteigt, daso gleichzeitig die Schrumpfung strikt auf einem konstanten
Wert gehalten wird" dass sie eine Kräuselung" wie sie beim Verspinnen gefordert
wird aufweisen" dasß hochvoluminöse gesponnene Garne von hervorragender Qualität
erhalten werden können, da jede Schnittlänge erhältlich ist, und demzufolge ein
gemeinsames Verspinnen der Faser mit anderen Fasern erfolgen
kann
und dass die Verspinnkosten der Fasern auf diese Weise herabgesetzt werden können.
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Der Ausdruck 'tAarylharz" oder 'mAcrylnitrilfaser" wie er In der vorliegenden
Erfindung gebraucht wird., beinhaltet ein Polymeres oder Copolymeren oder geformtes
Produkt, das mehr als 85 Gew.-% Aorylnitril enthält. Als Komponenten des
Copolymeren werden die Ublicherweine bekannten verwendet, wiez.B. Methylacrylat.,
Methylmethaorylat" Acrylamid., Methallylsulfonat, p-Styrolaultonat" Vinylpyridin
und ähnliches. Ferner kann die vorliegende Erfindung auf ein Naßspinnverfahren mit
einem wässrigen Fällbad angewendet werden, bei dem ein organisches Lösungsmittel,
wie z.B. Dimethyl:rormamid., Dimethylacetamid, Dimethylliul:roxyd oder dgl." ein
salzartiges Lösungsmittel wie z.B. Rhodanat" Zinkohlorid oder dgl. oder eine anorganische
Säure als Lösungsmittel, wie Salpetersäure, Schwefelsäure oder ähnliches, als Spinnlösungsmittel
verwendet wird.
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Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele weiter erläutert.,
die jedoch nicht als Begrenzung des Erfindungsbereiches aufzufassen sind.
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Beispiel 1
Ein Mischpolymerisat, das aus 92 Gew.-% Acrylnitril
und 8 Gew.-. % Methylmethaarylat bestand und ein Molekulargewicht
von 55 000'
aufwies, wurde in 70 Gew.-%iger Salpetersäure von
00 C gelöst, aus der die salpetrige Säure entfernt worden war, und zwar mit
einer
Polymerisatkonzentration von 22 g je 100 com Salpetersäure. Die erhaltene
Spinnlösung wurde in .31 gew.-%ige..Sal-0 petersäure von 0 C mit einer
Auspreßgeschwindigkeit von 5 m pro Minute ausgepreast. Die ausgepreasten
Fasern.wurden mit Wasser gewaschen und In 70 0 G heissem*Wasser aue das 2,5-fache
und sodann in 100 0 C heissem Wasser auf das 3-fache verstreckt, sodaso insgesamt
eine Streckung auf das 7,5-fache erzielt wurde. Nach dem Trocknen in dem ersten
Trockner., wonach der Wassergehalt weniger als .3 % betrug" wurden die Fasern
bei einer Temperatur von 130 0 C mit Hilfe gesättigten Wasserdampfes ent-,
spannt. Die auf diese Weise behandelten Fasern wurden in 100 0 C heissem
Wasser auf das 1.28-fache verstreckt und unmittelbar danach unter Zugspannung in
50 0 C warmem Wasser abgekUhlt. Die Fasern wurden dann In einem
70 0 C heissen Wasserbad erhitzt und zum Kräuseln in eine Walzen-Kräuselvorrichtung
geleitet" wonach sie schlieaticlj In einem zweiten Trockner bei 80 0 C getro%net
wurden. Die erhaltenen Fasern zeigten bei Behandlung In siedendem Wasser von
1000 C für einen Zeitraum von 10 Minuten und in spannungslosem'Zustand
eine Schrumpfung von 17 %.
Die Schwankung der Schrumpfung betrug F
+ 0"7 %. Die auf diese Weine hergestellte Faser hatte ein Gesamtdenier
von 450 000
und ein Einzelfadendenier von 3. Durch Schneiden dieses
gekräuselten Fadenkabels wurde eine schrumpffähige Stapelfaser erhalten.
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Wenn die oben beschriebene KUhlstufe nach dem Strecken weggelassen
wurde, verringerte sich das Schrumpfvermögen auf 14
%,
und
die Schwankungen bei der Schrumpfung waren beträchtlich. Die Schwankung der Schrumpfung
betrug + 2,0
%. Wenn die Tempe-i, ratur In dem Heiaawaseerbad unmittelbar
vor der Kräuselvorrich"! tung variiert wurde, verringerte sich das Schrumpfvermögen
der: Fasern In dem Masse, wie sich die Temperatur erhöhte, wie aus der folgenden
Tabelle hervorgeht:
| Temperatur den Wasser- |
| bades ( C ) 60 7o 8o 90 100 |
| Schrumpfung M 17 17 14 12 10 |
Wenn die Temperatur des zweiten Trockners variiert wurde., verringerte sich das
Schrumptvermögen der hei7gestellten Fasern ebenfalls mit steigender Temperatur,
wie in der folgenden Tabelle gezeigt wird&
| Temperatur dQs zweiten |
| Trockners ( 'C 70 80 90 100 120 |
| Schrumpfung M 17 17 15 12 7 |
Beispiel 2
Eine Spinnlösung einen Mischpolymerisats aus
91 Gew.-% Acrylnitril
und
9 Gew.-% Methylacrylat in Dimethylacetamid als Lösungsmittel wurde in
eine
6,5 gew.-%ige wässrige Lösung von
0
Dimethylacetamid bei
30 C mit einer Auspressgeschwindigkeit von 6.m pro Minute ausgepresst. Das
Molekulargewicht des Misch-4 polymerisats hatte einen Wert von
60 000. Die
ausgepressten Fasern wurden In 4 aufeinanderfolgenden Streckstufen um das
2-9
198-" 1"5- bzw. 1,5-fache gestreckt,9 woipit eine Gesamtverstreckung auf das 8,1-fache
erzielt wurde. Die 4 Streckstufen wurden in 4 wässrigen Lösungen von Dimethylacetamid
von
50 % (400 C)s 45
% (500 C)s
35 % (700 C)
bzw.
30 % (95oC) durchgeführt. Im Anschluss an das Waschen mit Wasser und
das Trocknen in dem ergten Trockner, wobei bis auf einen Wassergehalt von weniger
als
3 % getrokenet wurde, wurden die Fasern mit Hilfe von gesättigtem Wasserdampf
unter Zugepannung entspannt. Sodann wurde in heissem Wasser von
980 C auf
das 1.,45-fache verstreckt. Unmittelbar danach wurden die Fasern unter Zugspannung
in einem Wasserbad von
60o C abgekühlt. Sodann.wur. den die Fasern nach dem
Erhitzen In einem Heisewasserbad von
65 0 C durch eine Walzen-Kräuselvonichtung
geleitet, um sie zu kräuseln" und wurden schliesolich in dem zweiten Trockner bei
700 C getrocknet. Die auf diese Weise hergestellte Faser hatte ein Gesamtdenier
von
250 000 und ein Einzelfadendenier von 2s5, Die nach dem gleichen Verfahren
wie In Beispiel
1 gemessene Schrumpfung der Faser betrug
26 %. Die
Schwankung der Schrumpfung betrug
+ Oj,9
%. -
Wenn das Kühlen in dem Bad von
600 G weggelassen wurde" verringerte
sich das Schrumpfvermögen auf 21
% mit beträchtlichen Schwankungen. Die Schwankung
der Schrumpfung betrug + 2.,5
%.
Der Einfluss der Temperatur des Heisswasserbades
unmittelbar vor der Kräuselvorrichtung war bemerkenswert, wie aus den folgenden
Daten ersichtlich ist: #
| Temperatur den Heinawasser- |
| baden ( 0 C 60 70 80 90 97 |
| S chrumpfung 26 26 20 17 14 |
Der Einfluas der Trockentemperatur auf das Schrumpfvermögen war ebenfalls beträchtlich:
| TemperStur den zweiten Trock- |
| nens ('c) 70 80 90 100 120 |
| Schrumpfung 26 25 2.3 15 10 |