DE1494548C - Verfahren zum Herstellen von Faden aus fadenbildenden Polymerisaten durch Schmelz spinnen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Fäden aus faserbildenden Polymeren, die durch Wärme schmelzbar sind; nach einem ihrer Aspekte betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Fäden von erhöhter Transparenz aus Polyamiden.

Fäden aus Polymeren, die durch Wärme schmelzbar sind, werden im allgemeinen hergestellt, indem die geschmolzenen Polymeren durch Spinndüsen zu Fäden ausgepreßt und die Fäden durch ein Kühlmedium gekühlt und verfestigt werden. Als Kühlmedien wurden bisher verschiedene Substanzen, nämlich verschiedene Flüssigkeiten einschließlich Quecksilber und verschiedene gasförmige Substanzen verwendet. Von den flüssigen Medien findet Wasser als inertes Medium die weiteste Anwendung. Wenn jedoch Substanzen, wie Polyamide u. dgl., im erhitzten oder geschmolzenen Zustand mit Wasser in Berührung kommen, werden sie durch das Wasser verändert, und zwar wird ihre Kristallinität höher, während ihre Transparenz und ihr Glanz schlechter werden. Hierdurch wird nicht nur das Verstrecken bei Raumtemperatur erschwert, sondern gleichzeitig die Oberflächenstruktur der Fäden während des Streckens aufgerauht. Bei Verwendung unpolarer Lösungsmittel haften diese an den Fäden oder werden von ihnen adsorbiert und sind bei der anschließenden Verarbeitung schwierig zu entfernen. Die Verwendung von Quecksilber als Kühlmedium ist gesundheitsschädlich. Bei Verwendung von gasförmigen Substanzen als Kühlmedium ist die Kühlgeschwindigkeit ungünstig niedrig. Substanzen, wie Polyamid u. dgl., sind hierbei nach Beendigung des Kühlens kristallisiert und verlieren ihre Transparenz und Verstreckbarkeit bei Raumtemperatur.

Zur Kühlung von Fäden von höherem Titer wurde vorgeschlagen, sie auf Trommeln oder Bänder abzulegen, um sie durch den Kontakt mit kalten Oberflächen oder durch Verwendung eines kalten Gases zu kühlen, aber dieser Vorschlag läßt sich wegen der niedrigen Kühlgeschwindigkeit nicht verwirklichen. In diesen Fällen kristallisieren Polyamide oder ähnliche Substanzen nicht nur, sondern ihre Transparenz wird verschlechtert, ihre Verstreckbarkeit bei Raumtemperatur geht verloren, und gleichzeitig ergeben sich weitere Nachteile, z. B. die Schwierigkeit der Erhöhung der Spinngeschwindigkeit und die Bildung von Produkten Von ungleichmäßigem Querschnitt, die sich daraus ergibt, daß die Fäden unmittelbar auf die Trommel oder das Band abgelegt werden.

Die vorstehend genannten Nachteile werden gemäß der Erfindung behoben. Gegenstand der Erfindung ist dementsprechend ein Verfahren zum Herstellen von Fäden aus fadenbildenden Polymerisaten, insbesondere aus Polyamiden, Polyvinylchlorid, Polypropylen, Polyäthylen und/oder Polyäthylenterephthalat, durch Schmelzspinnen, Abkühlen der heißen Fäden, Verstrecken und übliches Nachbehandeln, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man als Kühlmedium für die aus den Düsen in Fadenform austretende heiße Schmelze Na₂SO₄ · 10 H₂O, Na₂CO₃ · 10 H₂O, Na₂CO₃ · 7 H₂O und/oder Na₂S₂O₃ · 5 H₂O in Form feiner Kristallteilchen oder eines wäßrigen Breies dieser Teilchen verwendet und die erstarrten Fäden anschließend mit Wasser wäscht.

Gemäß der Erfindung läßt man erhitzte oder geschmolzene Fäden aus faserbildenden, durch Wärme schmelzbaren Polymeren, die aus Spinndüsen gesponnen wurden, nach unten auf feine Teilchen der vorstehend genannten Verbindungen hängen, die sich auf einem laufendem Band befinden, auf dem sie in gleichmäßiger Schichtdicke gehalten werden, wobei man die Fäden mit dem Band mitlaufen läßt, während sie mit den feinen Teilchen in Berührung bleiben und dabei gekühlt werden und erstarren. Nach einer Alternative werden die erhitzten oder geschmolzenen Fäden durch eine Schicht feiner Teilchen der vorstehend genannten Verbindungen geführt, wobei sie

ίο durch den Kontakt gekühlt werden und erstarren. Nach einer weiteren Ausführungsform werden die erhitzten oder geschmolzenen Fäden durch einen wäßrigen Brei der vorstehend genannten Verbindungen geführt, wobei sie durch den Kontakt mit dem Brei gekühlt werden und erstarren.

Bei allen diesen Ausführungsformen werden die gekühlten Fäden mit Wasser gewaschen und auf Spulen gewickelt, oder sie können verschiedenen anderen Behandlungen unterworfen werden.

Der Grund, weshalb erhitzte oder geschmolzene fadenförmige Substanzen durch die Berührung mit den vorstehend genannten Verbindungen oder ihren Aufschlämmungen wirksam gekühlt werden, liegt in der Tatsache, daß diese Verbindungen bei Temperaas türen oberhalb einer bestimmten Grenze ihr Kristallwasser teilweise oder ganz verlieren und eine große Wärmemenge aufnehmen. Beispielsweise gibt Na₂SO₄ · 10 H₂O sein Kristallwasser bei einer Temperatur von 32,4° C ab, wobei es 19,02 kcal absorbiert, und Na₂CO₃ · 10 H₂O gibt 3 Mol seines Kristallwassers bei einer Temperatur von 32,1° C ab, wobei es zu Na₂CO₃ · 7 H₂O wird, das 6 Mol seines Kristall-, wassers bei einer Temperatur von 35,3° C abgibt und hierbei 18,42 kcal Wärme absorbiert. Die Ausnutzung der vorstehend beschriebenen endothermischen Effekte beim Verfahren gemäß der Erfindung ergibt einen schnellen Kühleffekt bei höherem Kühlvermögen als bei üblichen Kühlmedien.

Es gibt viele weitere Verbindungen, die das Kristallwasser abgeben, z. B. CaCl₂ · 6 H₂O, MgCl₂ · 6 H₂O, Ca(SH)₂-OH₂O, Zn(ClOa)₂ · 4 H₂O, CdBr₃ · 4 H₂O u. dgl., jedoch haben sie aus den folgenden Gründen wenig Wert als Kühlmedien zur Kühlung und Koagulierung von erhitzten oder geschmolzenen fadenförmigen Strängen beim Schmelzspinnverfahren:

1. Die Temperaturen, bei denen sie ihr Kristallwasser freigeben, sind zu hoch, um erhitzte oder geschmolzene Fäden zu verfestigen, oder die Wärme, die bei der Freigabe des Kristallwassers absorbiert wird, ist gering.

2. Die Temperatur, bei der das Kristallwasser freigegeben wird, ist äußerst niedrig, oder es besteht eine starke Neigung zu Ausscheidungen.

3. Es besteht starke Neigung zum Zerfließen.

4. Durch den Kontakt mit den erhitzten oder geschmolzenen Substanzen wird nicht nur die Freigabe des Kristallwassers, sondern auch eine chemische Zersetzung bewirkt.

5. Die Zähigkeit ist hoch und die Dünnflüssigkeit gering, so daß die Bewegung der wäßrigen Lösung schwierig ist.

6. Sie verfärben die Fäden.

7. Ihre Kosten sind hoch, so daß eine Rückgewinnung mit hohem Wirkungsgrad erforderlich ist, oder

8. sie bewirken eine äußerst starke Quellung oder Zersetzung der Fäden.

Die vorstehend genannten Verbindungen fließen nach der Freigabe des Kristallwassers nach unten unter Bildung einer wäßrigen Lösung oder Suspension mit dem freigegebenen Wasser, in dem der größere Teil der Verbindungen gelöst ist, oder das Wasser haftet an dem benachbarten Teil der Verbindungen oder an den Fäden.

Die Abtrennung des Wassers erfolgt natürlich aus den Teilen der Verbindung, die mit den Fäden in Berührung kommen. Das abgetrennte Wasser (nachdem es eine wäßrige Lösung mit der entsprechenden Verbindung gebildet hat) verursacht eine wirksame Kühlung und Erstarrung, während es durch seine Wirkung als Gleitmittel verhindert, daß die Fäden deformiert und verkratzt werden. Die verbleibende wäßrige Lösung oder die an den angrenzenden Teilen der Verbindung haftende wäßrige Lösung bewirkt eine leichte Beweglichkeit der Verbindung und guten Kontakt mit den erhitzten oder geschmolzenen Fäden.

Da die erhitzten oder geschmolzenen fadenförmigen Artikel aus hitzeschmelzbaren Polymeren schnell gekühlt werden und erstarren, sind Substanzen, wie Polyamide, weniger stark kristallisiert. Sie lassen sich leicht bei Raumtemperatur verstrecken und haben erhöhte Transparenz.

Es ist ein weiteres charakteristisches Merkmal der Erfindung, daß der Einfluß des Wassers weniger stark ist, da sein Kühlmechanismus völlig verschieden von dem Mechanismus beim Eintauchen in Wasser ist. Da ferner das Kühlprinzip beim Verfahren gemäß der Erfindung nicht nur auf der gewöhnlichen Wärmeleitung, die durch den Kontakt mit Flüssigkeiten oder Gasen hervorgebracht wird, sondern auch zum größten Teil auf dem starken endothermischen Effekt zum Zeitpunkt der Freigabe des Kristallwassers beruht und da die absorbierte Wärmemenge pro Gewichtseinheit des Kühlmittels hoch ist, ist auch die Kühlgeschwindigkeit hoch, und die Länge der Kühlapparatur braucht nicht groß zu sein. Außerdem ist eine sehr genaue Regelung der Temperatur des Kühlbades nicht erforderlich. Solange die Kühlung bei einer Temperatur vorgenommen wird, die niedriger ist als die Temperatur, bei der eine große Menge der das Kristallwasser enthaltenden Verbindung vorliegt, verursacht eine geringe Temperaturschwankung kaum Störungen. Dies ist ebenfalls ein wichtiger Vorteil.

Die vorstehend genannten Verbindungen oder ihre wäßrigen Lösungen, die an den Fäden haften, lassen sich durch Waschen mit Wasser leicht entfernen.

Zu den faserbildenden Polymeren, auf die das Verfahren gemäß der Erfindung anwendbar ist, gehören die verschiedensten Arten von Polyamiden, Polyvinylchlorid, Polypropylen, Polyäthylen, Polyester u. dgl.

Bei spiel 1

Polyamid (Nylon 6), das durch Erhitzen auf eine Temperatur von 275⁰C geschmolzen war, wurde durch eine Spinndüse mit zehn Bohrungen von je 1,6 mm Durchmesser gesponnen. Man ließ die Fäden nach unten hängen und führte sie durch eine Schicht von Na₂SO₄ · 10 H₃O, dessen Teilchendurchmesser unter 0,3 mm lag. Nachdem die gesponnenen Fäden eine Tiefe von 40 cm erreicht hatten, wurde ihre Laufrichtung durch einen Stift geändert, worauf sie weiterhin über eine Strecke von 40 cm durch eine Schicht von Na₂SO₄ · 10 H₃O liefen und dann mit einer Geschwindigkeit von 32 m/Min, aufgenommen wurden.

Die Fäden wurden mit Wasser gewaschen und bei Raumtemperatur um das 4,2fache ihrer ursprünglichen Länge gereckt. Alle erhaltenen Fäden hatten runden Querschnitt von etwa 970 den, eine Festigkeit von 4,1 g/den und eine Dehnung von 37°/₀· Im Vergleich zu Fäden, die unter sonst gleichen Bedingungen, mit Wasser bei einer Temperatur von 2O⁰C gekühlt und verfestigt worden waren, hatten sie überlegene Transparenz und höheren Glanz.

Beispiel 2

Polyvinylchlorid, das durch Erhitzen auf eine Temperatur von 200⁰C geschmolzen worden war, wurde durch eine Spinndüse mit zehn Bohrungen von je 1,6 mm Durchmesser gesponnen. Die Fäden ließ man auf ein Band hängen, das eine waagerechte Länge von 200 cm hatte und mit einer Geschwindigkeit von 32 m/Min, lief. Auf dem Band befand sich eine etwa 2 cm dicke gleichmäßige Schicht von Na₈CO₃ · 10 H₂O

ao in Form von Teilchen einer Größe von weniger als 0,4 mm. An dem Punkt, der 20 cm von der Stelle entfernt war, an der die Fäden nach unten hingen, hatte sich das Na₂CO₃ · 10 H₂O in einer Schicht von etwa 1 cm Dicke auf die laufenden Fäden gelegt.

180 cm hinter der Stelle, an der die Fäden nach unten hingen, wurden sie vom Band genommen. Sie wurden mit Wasser gewaschen und um das 3,8fache ihrer ursprünglichen Länge gereckt. Alle erhaltenen Fäden hatten runden Querschnitt von etwa 1200 den, eine Festigkeit von 2,2 g/den und eine Dehnung von 24 %·

Beispiel 3

Polyamid (Nylon 66), das durch Erhitzen auf eine Temperatur von 290⁰C geschmolzen worden war, wurde durch eine Spinndüse mit sechs Bohrungen von je 2,2 mm Durchmesser gesponnen. Man ließ die Fäden nach unten hängen und führte sie durch eine Aufschlämmung, die durch Mischen von 5 Gewichtsteilen Na₂SO₄ · 10 H₂O und 1 Gewichtsteil Wasser hergestellt worden war und eine Temperatur von 22⁰C hatte. Nachdem die gesponnenen Fäden eine Tiefe von 30 cm erreicht hatten, wurde ihre Laufrichtung unter Verwendung einer Galette geändert. Sie wurden über eine Strecke von 40 cm durch die Aufschlämmung geführt und mit einer Geschwindigkeit von 33 m/Min, aufgenommen. Anschließend wurden sie mit Wasser gewaschen und um das 4,2fache ihrer ursprünglichen Länge verstreckt. Alle erhaltenen Fäden hatten runden Querschnitt von etwa 2000 den, eine Festigkeit von 4,3 g/den und eine Dehnung von 29,0%. Im Vergleich zu Fäden, die unter sonst gleichen Bedingungen mit Wasser bei einer Temperatur von 22⁰C gekühlt und verfestigt worden waren, hatten sie überlegene Transparenz und höheren Glanz.

B e i s ρ i e 1 4

Polypropylen wurde durch Erhitzen auf eine Temperatur von 265° C geschmolzen und durch eine Spinndüse mit 20 Bohrungen eines Durchmessers von je 1,2 mm gesponnen. Man ließ die Fäden nach unten hängen und führte sie durch eine Aufschlämmung, die durch Verrühren von 10 Gewichtsteilen Na₃S₂O₃ · 5 H₂O und 1 Gewichtsteil Wasser hergestellt worden war und eine Temperatur von 15° C hatte. Nachdem die Fäden eine Tiefe von 30 cm erreicht hatten, wurden sie durch eine Galette in eine andere Richtung gelenkt, über eine weitere Strecke von 40 cm durch die Aufschlämmung geführt und

mit einer Geschwindigkeit von 30 m/Min, aufgenommen. Die Fäden wurden mit Wasser gewaschen und bei einer Temperatur von 5O⁰C um das 6,3fache ihrer ursprünglichen Länge verstreckt. Alle erhaltenen Fäden hatten runden Querschnitt von etwa 330 den, eine Festigkeit von 4,5 g/den und eine Dehnung von 17,0%·

Beispiel5

Polyäthylenterephthalat wurde durch Erhitzen auf eine Temperatur von 300⁰C geschmolzen und durch eine Spinndüse mit 20 Bohrungen von je 1,2 mm Durchmesser gesponnen. Man ließ die Fäden nach unten hängen und führte sie durch eine Aufschlämmung, die durch Verrühren von 16 Gewichtsteilen Na₂SO₄ · 10 H₂O und 1 Gewichtsteil Wasser hergestellt worden war und eine Temperatur von 30⁰C hatte. Nachdem die Fäden eine Tiefe von 30 cm erreicht hatten, wurden sie durch eine Galette in eine andere Richtung gelenkt und anschließend über eine weitere Strecke von 40 cm durch die Aufschlämmung geführt und mit einer Geschwindigkeit von 30 m/Min, aufgenommen. Sie wurden mit Wasser gewaschen und bei einer Temperatur von 70⁰C um das 3fache ihrer ursprünglichen Länge und dann bei einer Temperatur von 15O⁰C auf das 4,5fache ihrer ursprünglichen Länge verstreckt. Alle erhaltenen Fäden hatten runden Querschnitt von etwa 550 den, eine Festigkeit von 3,9 g/den und eine Dehnung von 18,0%·

B e i s ρ i e 1 6

Polyäthylen von hoher Dichte wurde durch Erhitzen auf eine Temperatur von 245⁰C geschmolzen und durch eine Spinndüse mit 36 Bohrungen von je 0,8 mm gesponnen. Hierbei ließ man die Fäden nach unten hängen und führte sie durch eine Aufschlämmung, die durch Verrühren von 17 Gewichtsteilen Na₂S₂O₃ ■ 5 H₂O und 1 Gewichtsteil Wasser hergestellt worden war und eine Temperatur von 45° C hatte. Nachdem die Fäden eine Tiefe von 30 cm erreicht hatten, wurden sie durch eine Galette in eine andere Richtung gelenkt, über eine weitere Strecke von 40 cm durch die Aufschlämmung geführt und mit einer Geschwindigkeit von 25 m/Min, aufgenommen. Die Fäden wurden mit Wasser gewaschen und bei einer Temperatur von 97°C um das 8,0fache ihrer ursprünglichen Länge verstreckt. Alle erhaltenen Fäden hatten runden Querschnitt von etwa 100 den, eine Festigkeit von 4,6 den und eine Dehnung von 40 %·

Beispiel 7

Polyamid (Nylon 6) wurde durch Erhitzen auf eine Temperatur von 275 ⁰C geschmolzen und durch eine Spinndüse mit 18 Bohrungen von je l,8mm*Durchmesser gesponnen. Hierbei ließ man die Fäden nach unten hängen und führte sie durch eine Aufschlämmung, die durch Verrühren von 12 Gewichtsteilen Na₂S₂O₃ · 5 H₂O und 1 Gewichtsteil Wasser hergestellt worden war und eine Temperatur von 22° C hatte.

Nachdem die Fäden eine Tiefe von 30 cm erreicht hatten, wurden sie mit einer Galette in eine andere Richtung gelenkt und über eine weitere Strecke von 40 cm durch die Aufschlämmung geführt und mit einer Geschwindigkeit von 35 m/Min, aufgenommen.

so Sie wurden mit Wasser gewaschen und um das 4,2fache ihrer ursprünglichen Länge gereckt. Alle erhaltenen Fäden hatten runden Querschnitt von etwa 1500 den, eine Festigkeit von 4,1 g/den und eine Dehnung von 32,0%. Im Vergleich zu Fäden, die unter sonst gleichen Bedingungen mit Wasser bei einer Temperatur von 22⁰C zum Erstarren gebracht worden waren, hatten die Fäden überlegene Transparenz und höheren Glanz.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zum Herstellen von Fäden aus fadenbildenden Polymerisaten, insbesondere aus Polyamiden, Polyvinylchlorid, Polypropylen, Polyäthylen und/oder Polyäthylenterephthalat, durch Schmelzspinnen, Abkühlen der heißen Fäden, Verstrecken und übliches Nachbehandeln, d adurch gekennzeichnet, daß man als Kühlmedium für die aus den Düsen in Fadenform austretende heiße Schmelze Na₂SO₄ · 10 H₂O, Na₂CO₃ · 10 H₂O, Na₂CO₃ · 7 H_aO und/oder Na₂S₂O₃ · 5 H₂O in Form feiner Kristallteilchen oder eines wäßrigen Breies dieser Teilchen verw;nd;t und die erstarrten Fäden anschließend mit Wasser wäscht.