DE2239651A1 - Verfahren zur herstellung von glaenzenden garnen - Google Patents

Verfahren zur herstellung von glaenzenden garnen

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DE2239651A1 DE2239651A DE2239651A DE2239651A1 DE 2239651 A1 DE2239651 A1 DE 2239651A1 DE 2239651 A DE2239651 A DE 2239651A DE 2239651 A DE2239651 A DE 2239651A DE 2239651 A1 DE2239651 A1 DE 2239651A1
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acid
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Francois Buisson
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Rhone Poulenc Textile SA
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    • C08G73/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing nitrogen with or without oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule, not provided for in groups C08G12/00 - C08G71/00
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    • C08G73/10Polyimides; Polyester-imides; Polyamide-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • C08G73/14Polyamide-imides
    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01FCHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F6/00Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof
    • D01F6/58Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolycondensation products
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Description

. P. ZoiMttln Mn. - "J· ■ „ Uo,rtau«r
RH 576Ο
RHONE-POUIxENC-TEXTILE - Paris / Prankreich Verfahren zur Herstellung von glänzenden Garnen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von glänzenden homogenen und bei hoher Temperatur bestandigen Garnen auf der Basis von Copolymeren, die Amid-imld-Verkettungen und ImidVerkettungen enthalten.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch die Garne und Fasern, die nach dem obigen Verfahren erhalten sind.
Aus der US-Patentschrift 3 415 782 ist es bekannt, glänzende Filamente auf der Basis von Polypyromellithimid mit guter Langstand Quer-Festigkeit durch Trockenspinnen einer Lösung einer Polyamid-säure, die aus Pyromellithsäuredianhydrid und Bis-(4-aminophenyl)-äther oder Bis-(^-aminophenyl)-sulfid erhalten ist, und anschliessende Umwandlung der Polyamid-säure in PoIyimid durch späteres Erhitzen der erhaltenen Filamente herzustellen. Dieses Verfahren ist technisch ziemlich kompliziert,
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da das Trockenspinnen eine grosse Vorrichtung und erhöhte Verdampfungsschachttemperaturen erfordert.
Es ist aus der französischen Patentschrift 1 566 J593 auch bekannt, Folien durch Giessen von Copolymeren in Lösung, die aus einem Amid- und Imidgruppen enthaltenden Prepolymeren und einem Imidgruppen enthaltenden Prepolymeren hergestellt sind, und anschliessendes Erhitzen zur Verdampfung des Lösungsmittels herzustellen. Die Inhärentviskositäten dieser Copolymeren sind jedoch gering und liegen im allgemeinen unter 0,5» was nicht ermöglicht, Garne guter Qualität zu erhalten.
Andererseits sind die bis Jetzt durch Nassspinnen erhaltenen Garne auf der Basis von Polyamid-imiden heterogen, matt und porös und daher für Jede Textilanwendung ungeeignet.
Es wurde auch vorgeschlagen, in die Poylamid-imide Verkettungen einzuführen, die Alkalisulfonatgruppen tragen, doch ist das Vorhandensein eines Alkalimetalls nicht immer erwünscht.
Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung homogener, glänzender und wärmebeständiger Garne geschaffai, das darin besteht,
in ein im wesentlichen aus Nichtlösungsmittel und Lösungsmittel bestehendes Koagulierungsbad eine Lösung eines Copolymeren, das gleichzeitig Amid-imid-Gruppen und Amid-säure-Gruppen enthält, mit einem Gehalt an freien Carboxylgruppen von zumindest 0,5 Milliäquivalent Säure Je Gramm trockenes Copolymeres, das eine Inhärentviskosität zwischen 0,7 und 1,5 besitzt, in einem polaren organischen Lösungsmittel naß zu spinnen, wobei das Copolymere durch Umsetzung
einer Lösung von Polyamid-imid in dem polaren organischen Lösungsmittel mit
einem Polyamid-säure-Prepolymeren, das reaktive Isocyanatgruppen aufweist, in Lösung in dem gleichen polaren organischen Lösungsmittel in einem Mengenanteil von 15 bis 50 cJo, bezogen auf das Copolymere,
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bei einer Temperatur unter 8o°C erhalten wurde,
an der Luft bei Zimmertemperatur zu verstrecken, in üblicher Weise zu waschen und zu trocknen,
gegebenenfalls bei erhöhter Temperatur wärmezubehandeln und bei erhöhter Temperatur erneut zu verstrecken.
Die erfindungsgemässe Herstellung des Copolymeren mit einer Inhärentviskosität zwischen 0,7 und 1,5, das sich zum Nassspinnen eignet, wird entweder durch Mischen einer Lösung von Polyamid-imid und einer Lösung von frisch hergestelltem PoIyamid-säure-Prepolymeren oder vorzugsweise durch Polymerisation, der Ausgangsmaterialien, die zur Bildung der Polyamid-säure führen, in Anwesenheit von Lösungsmittel direkt auf dem bereits hergestellten Polyamid-imid vorgenommen. Die erhöhte Viskosität dieses Copolymeren weist darauf hin, dass man ein verzweigtes Copolymeres und/oder Blockcopolymeres erhält.
Das Polyamid-imid kann durch Umsetzung von zumindest einem aromatischen Diisocyanat mit einem sauren Reagens, das aus einer aromatischen Anhydrid-saure und gegebenenfalls einem kleinen Mengenanteil einer aromatischen Dicarbonsäure, beispielsweise bis zu 20 % Terephthalsäure, besteht, in im wesentlichen stöchiometrischen Mengenanteilen in einem wasserfreien polaren organischen Lösungsmittel erhalten werden. Das erhaltene Polyamid-imid weist die folgenden Amid-imid-Verkettungen
-NH-Ar.-IT xAr0-CO-1 ^CO' 2
und gegebenenfalls Amidverkettungen der Formel
-NH-Ar1-NH-CO-R-CO-
auf, In denen R einen aromatischen zweiwertigen Rest bedeutet, An einen zweiwertigen aromatischen Rest darstellt und Ar2 einen dreiwertigen aromatischen Rest mit zumindest 6 Kohlenstoffatomen bedeutet.
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Unter den Diisocyanaten eignen sich zur Durchführung der vorliegenden Erfindung insbesondere 4,4'-Diisocyanatodiphenylmethan, 4,1J1-Diisocyanatodiphenylather, 4,4'-Diisocyanatodiphenylpropan, 2,4-Toluylendiisocyanat und dergleichen.
Als Anhydrid-säure kann man Trimellitsäureanhydrid nennen, und unter den aromatischen Dicarbonsäuren eignet sich Terephthalsäure besonders gut.
Die Reaktion erfolgt bei einer Temperatur, die beispielsweise von 80 bis 18O°C und selbst mehr betragen kann. Ein bevorzugtes Herstellungsverfahren besteht darin, die Temperatur des Reaktionsmediums beispielsweise während 1 bis 3 Stunden fortschreitend zu erhöhen und dann diese Temperatur während einer Zeitspanne, die von 1 bis 4 Stunden variieren kann, aufrechtzuerhalten.
Die Reaktion erfolgt in einem wasserfreien polaren organischen Lösungsmittel, vorzugsweise N-Methylpyrrolidon, derart, dass eine Konzentration an Polymerem in der Lösung zwischen 18 und 35 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 22 und 28 Gew.-%, ohne Berücksichtigung einer möglichen Verdünnung am Ende des Arbeitsgangs erhalten wird. Die Inhärentviskosität des erhaltenen Polyamid-imids (gemessen in einer 0,5 #igen Lösung in N-Methylpyrrolidon bei 250C) liegt im allgemeinen zwischen 0,5 und 1,2 und meistens bei etwa 0,9·
Das Polyamid-säure-Prepolymere wird durch Umsetzung eines aromatischen Diisocyanats (vorzugsweise das gleiche wie das zur Herstellung des Polyamid-imlds verwendete) mit einem sauren Reagens, das aus einem Tetracarbonsäuredianhydrid allein oder im Gemisch mit der entsprechenden Tetracarbonsäure besteht, in \m wesentlichen stöchimetrischen Mengenanteilen in dem gleichen organischen Lösungsmittel in Anwesenheit einer geringen Menge Wasser, die bis zu etwa 3 Gew.-%, bezogen auf das Lösungsmittel, ausmachen kann, erhalten»
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Die Anfangstemperatür beträgt im allgemeinen zwischen etwa 25 und 40°C. Sie wird vorzugsweise während einigen Stunden in diesen Grenzen gehalten. Es ist anschliessend möglich, die Temperatur vorschreitend zu erhöhen, ohne jedooh 80°C zu überschreiten, was zu viele Amid-säure-Gruppen in Imidgruppen überführen würde. Das Prepolymere wird dann unlöslich. Seine Konzentration in der Lösung beträgt im allgemeinen zwischen 15 und
Falls man gemäss der bevorzugten Arbeitsweise auf dem bereits hergestellten Polyamad-imJd arbeitet, ist es erforderlich, bis auf zumindest 8O0C und vorzugsweise auf eine Temperatur zwischen
25 und 400C abzukühlen, bevor man die Bestanteile der Polyamid-säure einbringt.
Unter den Tetracarbonsauredianhydriden kann man beispielsweise Pyromellithsäuredianhydrid und das Anhydrid der Benzophenontetracarbonsäure~(3,4,3f*4f) nennen. Zum Zeitpunkt seines Einbringens in die Lösung des Polyamid-imids sollte die Lösung der Polyamid-säure notwendigerweise frisch hergestellt sein (falls sie gesondert hergestellt wird), so dass das Polymere eine maximale Anzahl an reaktiven Isocyanatgruppen enthält. Praktisch sollte diese Lösung in einer Zeitspanne von 24 Stunden nach ihrer Herstellung verwendet werden.
Die Inhärentviskosität der Polyaniid-säure liegt im allgemeinen in der Grössenordnung von etwa 0,4 bis 0,5-
Dieser Wert ist nicht ausreichend, um das Nassspinnen unter guten Bedingungen zu ermöglichen.
Unter den erfindungsgemässen Bedingungen erhält man ein Copolymeres, dessen Inhärentviskosität häufig über der Inhärentviskosität des Polyamid-imids und des Polyarr.id-säure-Prepolymeren, getrennt genommen, liegt, was das Nassspinnen von Lösungen des Copolymeren unter guten Bedingungen ermöglicht.
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Die Bestimmung der reaktiven Isocyanatgruppen der Polyamid-säure führt zu der Annahme, dass sich ein verzweigtes Copolymeres und/ oder Blockcopolymeres durch Reaktion der Isocyanatgruppen mit den Funktionen mit beweglichem Wasserstoff des Polyamid-imids bildet, da man gleichzeitig eine Erhöhung der Inhärentviskosität des erhaltenen Copolymeren feststellt.
Andererseits besitzt das so erhaltene Copolymere einen Gehalt an freien Carboxylgruppen über 0,5 (dieser Gehalt ist in Milliäquivalenten Je Gramm trockenes Copolymeres ausgedrückt) .Die beste Homogenität und die besten Eigenschaften der Garne werden mit Gehalten an freien Carboxylgruppen von zumindest 0,6 erhalten.
Die jeweiligen Gewichtszusammensetzungen von Polyamid-imid und Polyamid-säure, die sich zur Durchführung der vorliegenden Erfindung eignen, betragen zwischen 50 und 85 % Polyamid-imid und 15 und 50 % Polyamid-säure, bezogen auf das Copolymere, wobei die bevorzugte Zusammensetzung 80 % Polyamid-imid und 20 % Polyamid-säure ist.
Das verwendete Herstellungslösungsmittel ist ein polares organisches Lösungsmittel, wie beispielsweise Dimethylacetamid, Tetramethylensulfon und vorzugsweise N-Methylpyrrolidon.
N-Methylpyrrolidon eignet sich schlecht für die Herstellung von Polyamid-säuren mit erhöhtem Molekulargewicht. Dagegen ermöglicht es eine gute Reproduzierbarkeit der Eigenschaften des Polyamid-imids und der Polyamid-säure. Überraschenderweise erhält man in diesem Lösungsmittel Copolymere mit erhöhtem Molekulargewicht. Aus diesem Grund ist N-Methylpyrrolidon das bevorzugte Lösungsmittel bei dem erflndungsgemässen Verfahren.
Das Spinnen der Lösung des Copolymeren, wie oben beschrieben, wird in ein Koagulierungsbad, das im wesentlichen aus Lösungsmittel und Nichtlösungsmittel besteht, im allgemeinen bei Zimmertemperatur, vorgenommen.
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Als verwendbares' Nichtlösungsmittel für das Copolymere in dem Koagulierungsbad kann man beispielsweise Glykol, Aceton und . Methylenchlorid nennen, obgleich Wasser im allgemeinen aus Gründen der Wirtschaftlichkeit bevorzugt ist.
Die Filamente werden anschliessend, vorzugsweise an der Luft, auf einen geringen Grad verstreckt, dann gewaschen, beispielsweise auf Rollen, gegebenenfalls im Gegenstrom und vorzugsweise mit Wasser, und beispielsweise auf Rollen, vorzugsweise bei Temperaturen von etwa 80 bis 3000C, getrocknet» Dann wird das Garn einer weiteren Verstreckung bei erhöhter Temperatur, im allgemeinen über 30O0C, die bis zu 4000C und selbst mehr betragen kann, nach irgendeinem der üblichen Arbeitsweisen, beispielsweise im Rohr oder auf einer Heizplatte, unterzogen. Hierdurch werden die Amid-Säuregruppen in Imidgruppen überführt.
Wenn man Filamente erhalten will, die besonders gute mechanische Eigenschaften, insbesondere eine, ausgezeichnete Festigkeit, aufweisen, kann man eine Wärmebehandlung vor dem letzten Verstrecken, beispielsweise bei einer Temperatur zwischen 200 und 3000C, vornehmen.
Die erhaltenen Garne besitzen ausser ihrem glänzenden Aussehen ausgezeichnete physikalische und mechanische Eigenschaften, insbesondere eine gute Wärmestabilität und gute Unentflammbarkeit„
Die textlien Anwendungen der so erhaltenen Garne sind sehr verschiedenartig. Man kann sie für Schutzbekleidung, Ausrüstungen und Transportbänder und zur Filtration von heissen Gasen und dergleichen verwenden.
Die folgenden Beispiele, in denen die Prozentsätze Gewichtsprozentsätze sind, dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung.
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Beispiel 1
Gesondert werden hergestellt:
A.) Einerseits eine Lösung von Polyamid-imid aus einem Gemisch von
4,4'-Diisocyanatodiphenylmethan 875 g
Trimellithsäureanhydrid 672 g
N-Methylpyrrolidon 3349 g
Das so erhaltene Polymere besitzt eine Inhärentviskosität von 1,00 und weist keine freien Isocyanatgruppen auf.
B.) Andererseits eine Lösung von Polyamid-säure aus einem Gemisch in stöchiometrlschen Mengenanteilen von
4,4'-Diisocyanatodiphenylmethan 250 g
Pyromellitsäureanhydrid 218 g
N-Methylpyrrolidon mit einem
Gehalt von 0,8 % Wasser 1730 g
Man erhält ein Prepolymeres mit einer Inhärentviskosität von 0,40, das einen Gehalt an Isocyanatgruppen von 1,82 (ausgedrückt in Milliäquivalenten je Gramm trockenes Prepolymeres) und einen Gehalt an Carboxylgruppen von 3*77 (ausgedrückt in Milliäquivalenten je Gramm trockenes Prepolymeres) aufweist.
Man mischt die beiden Lösungen A und B in verschiedenen Mengenanteilen, um Lösungen C, D, E, F und G zu erhalten, die 10 %, 15 %, 20 %, 35 % bzw. 50 % Polyamid-säure-Prepolymeres enthalten,
Die Bestimmung der Isocyanatgruppen in dem Prepolymeren und dem Copolymeren wird unmittelbar nach der Reaktion durch Potentiometrie bei Zimmertemperatur in Dimethylacetamid vorgenommen. Nach der Bestimmung in dem Copolymeren stellt man das fast voll-
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ständige Verschwinden von Isocyanatgruppen fest (vergleiche Tabelle I).
Die Konzentrationen der Polymeren,C, D, E, F und G in dem N-Methylpyrrolidon betragen 21,9 %* 22,2 %, 22,1 %t 18 % bzw. 19,2 %. Dann wird jede der Lösungen getrennt durch eine Spinndüse mit 64 Öffnungen mit einem Durchmesser von 0,05 mm in ein Koagulierungsbad, das 60 % N-Methylpyrrolidon und 40 % Wasser enthält und bei Zimmertemperatur gehalten wird, gesponnen.
Die Filamente werden anschliessend mit Wasser im Gegenstrom bei Zimmertemperatur gewaschen und ansohliessend auf Rollen bei 80°C und dann 17O0C getrocknet und dann an der Luft bei Zimmertemperatur auf den in der nachfolgenden Tabelle I angegebenen Grad verstreckt. Anschliessend werden sie im Ofen während 2 Stunden bei 240°C wärmebehandelt und anschliessend erneut bei 4200C im Rohr auf die in der nachfolgenden Tabelle I angegebenen Grade verstreckt. In der Tabelle I sind die Eigenschaften der Polymeren und der erhaltenen Garne zusammengestellt.
Tabelle I
Copolymere C 99 D E F G
Inhärentviskosität 0,95 24 0,95 1,52 1,14 0,94
Milliäquivalente
Isocyanate
nicht
bestimm
bare Spur
Dehnung % 11
Aussehen des matt und
fia m s ■ unre^elmässiß;
0,14 0,20 0,17 0,24
Gruppen COOH
Milliäquivalente
0,40 0,6 1,01 1,52 2
Verstrecken an der
Luft:Grad
1,6 1,5 1,85 1,7 1,5
Erneutes Verstrecken: 4,^8
Grad
4,69 5,70 5,40 5,27
Titer dtex 77 117 121 101
Festigkeit g/tex ^, 6 59,4 54,2 55,5
12,5
glänzend
10,9
sehr
glänzend
10,7
glänzend
10,7
glänzend
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Man stellt fest, dass die aus den (!polymeren D, E, P und G erhaltenen Garne glänzend sind, im Gegensatz zu dem aus den Copolymeren C erhaltenen Garn, dessen Gehalt an Gruppen COOH unzureichend ist.
Die Wärmebeständigkeit der Probe E wurde durch den Festigkeitsverlust während der Alterung ermittelt:
während 300 Stunden bei 1770C: -12,4 % während 1000 Stunden bei 177°C: -60,5 %
Beispiel 2
Man stellt ein Polyamid-imid aus den folgenden Substanzen her: 4,4I-Diisocyanatodiphenyläther 630 g
Trimellithsäureanhydrid 480 g
N-Methylpyrrolidon 2818 g
Das erhaltene Polymere besitzt eine Inhärentviskosität von 1,05·
Man bringt auf das bereits hergestellte Polyamid-imid, das auf 380C abgekühlt ist, die folgenden Bestandteile:
4,4'-Diisocyanatodiphenyläther 32 g
Pyromellithsäuredianhydrid 27*7 S
N-Methylpyrrolidon 104 g
mit einem Gehalt an Wasser von 1#37 g
Man setzt innerhalb von 2 Stunden 19O g N-Methylpyrrolidon und 1*37 S Wasser von 380C zu, wobei man diese Temperatur 1 Stunde aufrechterhält und dann die Temperatur bis auf etwa 60°C erhöht. Diese letztere Temperatur hält man noch 1 Stunde aufrecht. Gesondert hergestellt besitzt das Prepolymere eine Inhärentviskosität von 0,53· Das erhaltene Copolymere mit einer Inhärentviskosität von 1,39 und einem Gehalt an Carbonsäuregruppen von 0,78 wird in Lösung in N-Methylpyrrolidon mit einer Konzentration von 23»1 % durch eine Spinndüse mit 64 Öffnungen mit einem
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Durchmesser von,O,05 mm in ein Koagulationsbad, das N-Methylpyrrolidon und Wasser in Mengenanteilen von 6O:4O enthält, bei Zimmertemperatur gesponnen.
Das erhaltene Garn wird mit Wasser auf Rollen bei Zimmertemperatur gewaschen und dann auf Trockenrollen bei einer Temperatur von 80 bzw. 1700C getrocknet.
Nach einem Verstrecken an der Luft auf einen Grad von 1,22 werden die Garne einem zweiten Verstrecken im Rohr bei 400°C auf einen Grad von 2,50 unterzogen.
Die Eigenschaften der erhaltenen Garne sind die folgenden:
Titer ·
Trockenfestigkeit in g/tex Trockendehnung % Alterung
_...., ., . nach 300 Stunden bei 1770 Pestigkeitsverlust n&ch ^ stunden bei Jf7
Aussehen '
446 dtex
43
8, ,2
+ 9, ,4 %
stark glänzend
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Claims (3)

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines glänzenden wärmebeständigen und nichtentflammbaren Garns, dadurch gekennzeichnet, dass man
in ein im wesentlichen aus Nichtlösungmittel und Lösungsmittel bestehendes Koagulationsbad eine Lösung von einem Copolymeren, das gleichzeitig Amid-imid-Gruppen und Amid-säure-Gruppen aufweist, mit einem Gehalt an freien Carboxylgruppen von zumindest 0,5 Milliäquivalent Säure je Gramm trockenes Polymeres,das eine Inhärentviskosität zwischen 0,7 und 1,5 aufweist, in einem polaren organischen Lösungsmittel nassspinnt, wobei das Coplymere durch Umsetzung
einer Lösung von Polyamid-imid in dem polaren organischen Lösungsmittel mit
einem Polyamid-säure-Prepolymeren, das reaktive Isocyanatgruppen enthält, in Lösung in dem gleichen polaren organischen Lösungsmittel in Mengen von 15 bis 50 %, bezogei auf das Copolymere,
bei einer Temperatur unterhalb von 80°C erhalten wurde, an der Luft bei Zimmertemperatur verstreckt,
in üblicher Weise wäscht und trocknet,
gegebenenfalls eine Wärmebehandlung bei erhöhter Temperatur vornimmt und
bei erhöhter Temperatur nachverstreckt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das für die Spinnlösung und das Koagulationsbad verwendete polare organische Lösungsmittel N-Methylpyrrolidon ist.
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3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das. Polyamid-säure-Prepolymere auf der bereits hergestellten ■polyamid-imid-Lösung hergestellt wird.
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