DE2210375A1 - Verfahren zum Verstrecken von Poly urethanfaden - Google Patents

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PATENTANWÄLTE

DR. !NC. A. VAN DER WHRTM DR. FRANZ LEDERER SI HAMKURC 90 β MÖNCHEN «O WILST«Jirift »T«. (I · T(L. (·« III Τ7··*| LUCILI-OIAHM-(Ta. IS · TiL. I·· Ul «Ti» «Τ

München, 3. März 1.972

AMELIOTEX, INC., 1040 Avenue of Americas, New York, N.Y. 1001G,

USA

Verfahren zum Verstrecken von Polyurethanfäden.

Polyurethanfäden, die allgemein als Spandex bekannt sind, besitzen eine wirtschaftliche Bedeutung, die ständig ansteigt, insbesondere seit kurzem auf Anwendungsgebieten, die niedrige Denier, wie 70 Denier oder darunter, verwenden. Bei einer wirtschaftlichen Erzeugung von -folyurethanfäden, zum Beispiel durch Naß-Spinnen, hat eine wirtschaftliche Einheit eine größere Produktivität bezüglich des Gewichts', wenn sie zur Erzeugung von schwereren Denier, wie 420 Denier, als zur Erzeugung von feineren Denier, wie 70 Denier oder darunter, herangezogen wird. Auch ist die mechanische Handhabung der feineren Denier vte-en deo geringen Gewichte schwieriger, und zwar sowohl bei der Handhabung durch Textilarbeiter als auch bei der Führung der Fäden durch das Verfahren, zum Beispiel durch einen Trockner. Außerdem sind die Energiebedürfnisse zum Betrieb eines Spinnverfahrens im wesentlichen die gleichen ungeachtet der erzeugten Denier. Im Ergebnis sind die Kosten je Gewichtseinheit zur Erzeugung eines feinen Deniergewichts höher als für ein schwereres Deniergewicht.

UIe nrflnd-iiio betrifft ein neues Verfahren zur dauerhaften Ver* Streckung von im wesentlichen linearen, elastomeren Polyurethan-

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fäden. 3ei der Durchführung des Verfahrens werden im wesentliciien lineare Polyurethnnfäden mehrmals über ihre ursprüngliche Länge gedehnt und genügend lange auf eine Temperatur oberhalb ihres "l'nsererweichungspunktes" erhitzt, so daß die Fäden diese Dehnung dauerhaft beibehalten und gar nicht in einem wesentlichen Ausmaß die Länge wiedererlangen, vor. der ab eie gedehnt worden sind. Das Verfahren kann dann einmal oder mehrere tiale bei der. erhaltenen verstreckten Fäden wiederholt werden, um schließlich Fäden mit dem jeweiligen gewünschten Deniergrad zu erhalten. Die verstreckten Fäden besitzen Eigenschaften, die mit denjenigen der Fäden vor einer Behandlung vergleichbar sind. Die Polyurethanfäden vor dem Verstrecken können durch Naß-Spinnen, Trocken*· Spinnen oder ein anderes Verfahren hergestellt sein, soweit die Fäden vor dem Verstrecken im wesentlichen linear und nicht in einem merklichen Grad vernetzt· vorliegen, wie dies gewöhnlich bei einem Polyurethan der Fall ist, das durch chemisches Verspinnen hergestellt ist. Vorzugsweise sind die im wesentlichen linearen Polyurethanausgangsfäden durch Naß-Spinnen hergestellt, wie es nachstehend im Beispiel 1 beschrieben ist.

Bei dem neuen Verfahren wird zuerst ein im wesentlichen linearer Polyurethanfaden nit einem hohen Deniergewicht bei einer hohen Rentabilität erzeugt. Der Faden mit dem hohen Deniergewicht wird dann nach dem neuen Verfahren ebenfalls bei einer hohen Ke ntabilität vorstreckt, um einen Faden nit einem niedrigeren Deniergewicht und mit Eigenschaften zu ergeben, die mit denjenigen Eigenschaften des Fadens vor dem Verstrecken vergleichbar sind. Aus diesem Grunde hat das Verfahren eine hohe wirtschaftliche Bedeutung. Man kann einen weiten Bereich von Denierwerter herstellen, obwohl das zuvor durchzuführende Spinnverfahren die Erzeugung eines oder mehrerer Einzelfäden mit hohem Deniergewicht gestattet. Dies setzt nicht nur die Energiekosten pro erzeugter Gewichtseinheit herab, sondern eliminiert auch die Kosten eines Wechsels von einem zu einem anderen Deniergrad beim vorausgehenden Spinnverfahren. Es erlaubt auch die !Erzeugung eines hohen "Deniergi*ades beim vorausgehenden Spinnverfahren nit einer hohen

Rentabilität und mit einer weniger schwierigen mechanischen ILind habung. Es setzt ferner die Notwendigkeit v.er Aufrechterhai tür.

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eines Lagers für eine Anzahl von Deniprs herab, da ein Linzelfaden mit hohen Deniergrad gelagert und dann nach der Erfindung zur !Erzeugung juries beliebigen Deniergrades verstreckt werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand des schematisehen Diagramms näher erläutert. Eine Anzahl von gleichen, naßgesponnenen, elastomeren iOlyurethanfäden 10 laufen von einen Spulenrahmen 11 aus und bilden einen Baum 12. Der 3aun 12 wird in eine aweite Lage überführt, so daß er mit der üinlaßp^rtriebswalze 13 in Berührung steht. Die Fäden 10 laufen vom ISaun 12, wobei die Zufuhr der Fäden 10 bei einer bestimmten Geschwindigkeit durch die Einlaßantriebswalze 13 geregelt wird, zu den Fütterwalzen 14. Die Pütterwalzen 14 befinden sich auf einer höheren Geschwindigkeit als die Antriebswalze'13, um so jeden Paden um ein Mehrmaliges seiner ursprünglichen Länge, vorzugsweise nicht mehr als um das Doppelte, zu dehnen. Die Päden 10 durchlaufen dann eine Zone mit erhitzten Zylindern 1-9» die mittels Dampf, heißem -ül, Infrarotstrahlen oder anderen Mitteln erhitzt werden können und die mit der gleichen Geschwindigkeit wie die i'ütterwalzen 14 betrieben werden. Auf diesen Zylindern wird jeder Faden eine Zeit lang auf eine Temperatur oberhalb ' des "Faeererweichungspunktes" erhitzt. Diese Zeit ist ausreichend lang, so daß der Faden bei dieser Dehnung dauerhaft verformt bleibt und nicht einen wesentlichen Teil der Länge wiedererlangt, von der ab er gedehnt worden ist. Die Päden 10 werden dann von einem Aufwickelbaum 15 bei der Geschwindigkeit der Futterwagen 14 aufgenommen. Der Aufwickelbauci 15 wird zn eines. (nicht gezeigten) Halter gebracht, wo die Fäden 10 durch eine

Wickelmaschine laufen und auf Spulen 16 aufgewickelt werden, die zur handelsüblichen Verwendung geeignet sind.

Wahlweise können die Fäden 10 gedehnt werden, wenn sie von einem erhitzten Zylinder zu dem nachfolgenden Zylinder laufen, und ζγ,-ar zusätzlich zu der zwischen der Antriebswalze 13 und de. η Fütterwalzen 14.erzeugten Dehnung. Auch kann die Gesamtdehnung durch die erhitzten Zylinder unter Ausschaltung der Futterwagen 14 erreicht werden. Außer den heißen Zylindern können auch andere

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ilittel, zum Beispiel ein heißer Luftspalt oder ein Y.ei'Jp.3 inertes flüssiges ilediura, verwendet werden, um dis gedehnten F.Hden mit Wärme zu behandeln. Bevorzugt werden heiße Zylinder verwendet, da sie eine hohe 'Värmeübergangsgeschwindigkeit haben und eine jute Kontrolle der dicht nebeneinander angeordneten Fäden erlauben.

Obwohl die Dehnung der Fäden vor der Wärmebehandlung auf einen beliebigen Grad bis zur Bruchdehnung durchgeführt werden kann, wird eine Dehnung von nicht mehr als dem Doppelten der ursprünglichen Länge bei den angegebenen Erhitzungs- und Ve: streckungcstufen bevorzugt. Wenn eine Verstrsckung um mehr als das Doppelte erwünscht iet, wird das Verfahren vorzugsweise wiederholt unter Anwendung einer anderen ähnlichen Dehnung^- und Erhitzungsstufe. Zum Beispiel kann der Faden auf das Doppelte seiner ursprünglichen länge zwischen der Einlaßantriebswalze 1? und den Fütterwalzen 14 gedehnt, auf den beiden ersten Zylindern erhitzt und dann zwischen den Zylindern 2 und 3 nochmals um das Doppelte "gedehnt, mittels der Zylinder 3 und 4 erhitzt und gegebenenfalls mittels der restlichen Zylinder in ähnlicher, V/eise gedehnt und erhitzt werden.

Wie hier und in den Beispielen beschrieben ist, sind die Dehr.un,*,s- und die Kitzebehandlungsstufen als einzelne Stufen angegeben, bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens !rönnen jedoch die Dehnung und die Kitzebehandlung in· einer ranzigen stufe zusammengefaßt sein. Wo eine einzelne Behandlung bei einem Faden gegeben ist, wird die Verwendung einzelner Stufen für das Derben und Erhitzen bevorzugt. \7o ein Faden mehrmals gedehnt und erhitzt wird, wird zur Erleichterung der mechanischen liandhabuiig die Dehnung und die Erhitzung des Fadens zur gleichen Znit bevorzugt.

Der hierin verwendete Ausdruck "FasererwsichungsvunJct" beceuf.ct diejenige Temperatur, bei der eine Faser auf einem erhitrtnr. Ilcr>-· slngblcck.ar.haftet, wenn die Faser gegen die Blockoberflric.^v<e fünf Sekunden mit einem Standardmescinggewicht von 2ί;Ο g gehalten v.ird, wie es durch das r.p.chi?tchRnde~ Verfah/τη bes 1 i·:." t wi:-,i,

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Jie zur Bestimmung des I^asercrweichungspunktes verwendete Vorrichtung besteht aus einem elektrisch erhitzten iuessingblock, wie er bei einem bchmelzpunktbestinmungsapparat nach Fisher-Johns verwendet wird, btäbe aus Glas Nr. 2 und von 5 κη Durchmesser werden in der gleichen Ebene im Abstand von et v/a 20,32 ca und in einer Höhe von 12,7 cm über dem tlessingblock angeordnet.

_{ Ein Ütandard-Kessinggewicht von 200 g wird auf die Oberfläche des Blockes gelegt und der Block allmählich auf eine Temperatur nahe des Fasererweichungspunktes der Probe erhitzt, üine Musterprobe von etwa 45,72 cm länge wird über die Glasstäbe gehängt. Ein Gewicht von etwa 1,5 mg pro Denier wird an jedem SrAe der Probe befestigt, um sie in ihrer lage zu halten. Wenn der Block eine Temperatur nahe dem Fasererweichungspunkt erreicht, wird das Gewicht angehoben und dann, sofort durch die Fadenprobe ersetzt, die zwischen dem erhitzten Block und dem 200 g-Gewicht angeordnet wird. Das Gewicht wird 5 bekunden in dieser lage belassen und dann abgehoben. Wenn die Faser nicht am Block klebt, wird die Temperatur dann um etwa 2°C erhöht und die Prü-

• fung unter Verwendung.einer neuen Probe wiederholt. Dieses gleiche Vorgehen wird fortgesetzt, bis die Temperatur erreicht iet, bei der der Faden an dem erhitzten Block gerade anhaftet nach dem Entfernen des Gewichtes. Diese Temperatur i3t der ·. "Fasererweichungspunkt^M des Fadens.

Bei der Durchführung des Verfp.hrens wird vorzugsweise eine Temperatur angewendet, die möglichst weit über dem "Fasererweichungspunkt" liegt, ohne den Faden zu schmelzen oder zu zersetzen. Dies erlaubt natürlich eine kürzere Verweilzeit bei der Wärmebehandlung. Umgekehrt muß, je niedriger die Behandlungstemperatur ist, desto länger die Verweilzeit des Fadens

während der Wärmebehandlung sein. Die genaue Temperatur und die erforderliche './ärmebehandlun&szeit variieren in Abhängigkeit von der besonderen Urethanzusammensetzung. Vorzugsweise v/endet man eine Temperatur von mindestens 2O⁰C über dem Fasererweichungspunkt an. Wie aus den Beispielen ersichtlich ist, kann, Venn ein« Temperatur um etwa 220⁰G herum angewendet wird, die Wärmebehandlungszeit Tür solche Zusrmmensetzungen unter ^Λ0 ίίβ-kundon liegen.

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Das erfindungsgemäße Verfahren wird in den nachstehenden Beispielen näher erläutert. Alle Teile beziehen sich auf das Gewicht.

Das folgende Beispiel 1 zeigt ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung eines Fadens, der zur Verwendung als Ausgangsraaterial bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient.

Beispiel 1.

Etwa 120 Teile eines Polyesterglycols vom Kolgewicht 2Ü00, bestehend aus den Heaktionsprodukt eines Gemisches von ithvlenglycol und Propylenglycol im Molverhältnis 9:1 r.it Adipinsäure, werden mit 28 Teilen Methylen-bis-(4-phenylisocyanat) und 1,6 Teilen Toluylen-diisocyanat 60 LIinut en bei einer Temperatur von 90⁰C umgesetzt, wobei sich ein Urethan-Prepolymerisat mit endständigen Isocyanat-Gruppen bildet.

Das vorgenannte Prepolymerisat wird mit 49 Teilen Dimethylformamid verdünnt und langsam zu einer rasch gerührten Losung gegeben, die 1860 Teile Dimethylformamid, 2,4 Teile tlethyl-iminobie-propylamin, 9,4 Teile Äthylendiamin und 1,0 Teile Iiiäthanolamin enthält, bis eine Viskosität von 120 Poise erreicht ist.

Nach der Zugabe von Pigmenten und Antioxydantien wird die vorgenannte Lösung durch eine Spinndüse mit 60 Löchern, die jeweils einen Durchmesser von 0,165 mm haben, in ein Bad gespritzt, das 205» Dimethylformamid in Wasser enthält. Die erhaltenen Fäden werden aus dem Bad kontinuierlich entfernt und in einer Heihe von 10 Extraktionebädem im Gegenstrom extrahiei-t. Die feuchten Fäden werden dann gründlich getrocknet, indem sie durch einen" Dreifachbandtrockner mit einer Verweilzeit von 40 Sekunden in jeder Stufe geführt werden, wobei die erste Stufe bei 150⁰C, die zweite bei 175⁰C und die dritte bei 200⁰C arbeitet. Den Fäden wird danach ein Textilschmälz-mittel zugegeben, und die Fäden werden anschließend auf eine Aufwickelmaschine aufgewickelt.

iJie folgenden Beispiele 2 bis 7 veranschaulichen das erfindun^cemäüe Verfahren.

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!Beispiel 2.

Din bpandex-Faden, der nach dem Verfahren des Beispiels 1 hergestellt ist, eine nominale Denierzahl von 420 (tatsächlich 4-17), oine Dehnung von 660$ und einen Heckmodul bei 30Of' Dehnung ^oη υ, 296 g je uenier und einen "Pasererweichungspur.kt" von 178Ό hat, wird durch eine Vorrichtung geführt, die in der Veice wie in der Zeichnung dargestellt arbeitet. Der Einzelfaden ,vird von einer Zuführspule"mittels einer Antriebswalze abgezogen, durch einen Führungskanal und dann durch einen zusätzlichen batz von Antriebswaisen geführt. Die Geschwindigkeiten der ersten Antriebswalze und des zweiten Satzes Antriebsv/alzon werden so eingestellt, daß bei dem Faden eine Dehnung von etwa 3_? 5-fach erzeugt wird. Der Faden läuft dann zehnmal in Berührung r.it clv/n einem Viertel der Oberfläche einer erhitzten '.-/alze von 15,24 ca Durchmesser. Die temperatur, der der Faden ausgesetzt wird, beträgt etwa 225^C0 während 2,6 Sekunden. Der Paden 'vird dann von einer Aufwickelwalze aufgenommen, die mit einer Oberflächenge-.schwindigkeit von 27,43 m je Minute betrieben wird. Der erhaltene Faden hat 118 Denier, eine Dehnung voh 690$ und einen 300^-üodul von 0,351 5 je Denier. Dor Faden aus der VerStreckung wird dann der gleichen Behandlung unterworfen, um einen Faden von 34 Denier, einer- Dehnung von 720$ und einem 300?'-I;odul von 0,355 g je Denier zu erzeugen.

Beispiel 3.

Ein 140 Spandex-Faden wird nach dem Verfahren des Beispiels 1 hergestellt, jedoch unter Verwendung eines GrIycöls als Polyesterkomponente, das aus dem Beaktionsprodukt aus einen Gemisch von Hexandiol, Butandiol und Neopentylglycol in einem molaren Verhältnis von 50 : 15 : 35 und aus Adipinsäure in einem solchen Verhältnis besteht, daß das Endprodukt ein LIoI ekul ar ge wicht von etwa 1800 hat. Der Faden wird dann nach einem, dem Beispiel 2 identischen Verfahren ver3treckt und behandelt, jedoch mt der Ausnahme, daß die Temperatur, der der Faden unterworfen wird, etwa 220 C beträgt, der Faden auf etwa da-3 3*mr.elte gei'.ehr.t v.'ird und 3Omal über erhitzte Walzen läuft, die eine Yerv/eilseit der Wärmebehandlung von etwas unter 8 Sekunden ergeben. Die Eigenschaften des ursprünglichen Fader.a sind 153 Denierj Dehnung

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576fi; Festigkeit 0,9 £ J* Denier; 300?i-Modul von 0,236 Z Je Denier; ■ yasererweichun^spunkt 182°C. Der verstreckte pp.den weist 78 Denier, eine Dehnung von 635$, eine Festigkeit von 0,9 G J^e Denier und einen 300#-i.lodul von 0,229 β je Denier auf.

Beispiel 4»

Ein handelsüblich erhaltlicher, naßgesponnener.Spanciex-Faden von 420 Denier, der unter.der Bezeichnung "Unel" von der Union Carbide Corp. verkauft wird, wird in der gleichen Veice wie in Jei- _% spiel 2 durch Dehnung des Fadens etwa um das 315-fache und 30-maliges Laufen über eine Walze von 15,24 cm Durchmesser bei einer Temperatur von etwa 220⁰C behandelt, was die gleiche V/firmebehandlungsverweilzeit wie beim vorstehenden Beispiel ergibt. Der Fadon hat vor der Behandlung 437 Denier, eine Dehnung von 618^, einen 300^-C-Modul von 0,223 g je Denier und einen Fasererweichungspunkt von 176⁰C. Der verstreckte Faden hat 126 Denier, eine Dehnung von 530$ und einen 300£-Modul von 0,372 g je Denier.

.Beispiel 5.

Ein Spandex-Faden von etwa 70 Denier mit einer Zusj-mmensetzung wie in Beispiel 1 und auch hergestellt nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren wird nach dem Verfahren des Beispiels Z behandelt. Der Faden wird etwa um das 3$5- farte gedehnt und läuft zwanzigmal bei einer Temperatur von etwa 225⁰C über eine Walze von 15,24 cm Durohmesser, so daß die Verweilzeit etwa 5 Sekunden beträgt. Der Faden hat vor dem Verstrecken 68 Denier, eine Dehnung von 618#, einen 300^-Modul von 0,33⁸ δ je Denier und einen Faeererweichungepunlct von 178⁰C. Der verstreckte r'aden hat 19,5 Denier, eine Dehnung von 595 ί> und einen von 0,404 g Je Denier.

6.

Handelsüblich erhältliche, chemisch gesponnene bpar.tfex-Pnden von nominal 7u Denier, die unter der Bezeichnung "Cleerepan" von der Firma Globe Kubber uompany verkauft werden und die di* üigensohaften 68,5 Denier, eine Dehnung von 72o*S, einen 300',W;odul von 0,176 g jo jjenier und einen ü'asererweichungspunkt von ^7? C haben, werden nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 5 angegeben behandelt. Die erhaltenen rüden haben 24,5 Denier, eiue

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Dehnung von 28u# und eine Festigkeit von 0,705 g »ν Denier.

■Beispiel 7.

Ein handelüblicii erh^:iltlicher Spandex-Faden von / 4-0 Jcnier, das unter der Bezeichnung "Lyera" Typ.124 von dßr l'irina E. I. du ront de Temours & Co. verkauft wird, v.^rird entsprechend dem Verfahren der vorstehenden Beispiele behandelt. 23er Faden hat 444 Denier, eine Dehnung von 6165', einen 300$5-Modul von 0,28 g ,je Denier, eine Festigkeit von Of9 & J^e Denier und einen Fasererweichungspunkt von 186 G. Nach dem Verfahren des Beispiels 2 wird der L'aden etwa ura das Dreifache gedehnt und läuft bei einer Temperatur von etwa 22O⁰C 40-mal über eine «'alze von 15,24 cm Durchmesser, wobei die Verweilseit etwa 10 Sekunden beträgt. _t Der Paden hat nach dem Verstrecken 154· Denier, eine Dehnung von 5805$, einen 300^-liodul von 0,36 g je Denier und eine Festigkeit von 1,0 β je Denier.

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Claims (7)

1. Patentansprüche

   Verfahren zur Herabsetzung des Denierwertes eines in wesentlichen linearen, olastomeren Polyurethanfadens ohne wesentliche nachteilige Beeinflussung der anderen physikalischen Eigenschaften des Padens, dadurch gekennzeichnet, daß der Faden mehrmals um seine ursprüngliche Länge geder-nt und genügend lange auf. eine Temperatur oberhalb seines "I'asererweichungspunktes" erhitzt wird, so daß der l-'aden diese Dehnung im wesentlichen dauerhaft beibehält und nicht in einem wesentlichen Ausnaß die Länge wiedererlangt, von der ab er gedehnt worden ist.
2. 2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch Naß-Spinnen erzeugter Faden verwendet wird.
3. 3) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzungszeit unter 10 Sekunden liegt.
4. A) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sehnung des Padens nicht das Doppelte der ursprünglichen Länge Übersteigt.
5. 5) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Erhitzen unter Verwendung von erhitzten Zylindern durchgeführt wird.
6. 6) Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Faden vor dem Erhitzen gedehnt wird.
7. 7) Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Faden oehrmala gedehnt und erhitzt wird und daß das Dehnen und daa Erhitzen gleichzeitig durchgeführt werden·

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