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Verfahren zur Herstellung von glanz- und vakuolenstabilen Acrylfasern
oder -fäden Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von glasklaren,
glanz- und vakuolenstabilen Acrylfasern, welche nach dem Trockenspinnverfahren hergestellt
worden sind.
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Die Zusammenfassung von Spinnen und Strecken in einem kontinuierlichen
Verfahren bzw. auf einer Maschine zur Erzeugung synthetischer Fäden wie Polyester
und Nylon ist unter dem Begriff "Spinnstrecken" in der Technik bekannt (vgl. beispielsweise
Chemiefasern/Text. Ind. Juni 1973, Seite 532-533).
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Auch das Spinnstrecken von Acrylfasern ist bereits bekannt So wird
beispielsweise in der US-PS 2 811 409 eine unmittelbare Verstreckung von trockengesponnenen
Acrylfäden auf etwa 2000 C geheizten Walzen am Ende des Spinnsachachtes beschrieben,
wodurch Fasern mit besonders niedrigem Restlösungsmittelanteil erhalten werden.
In der Schweizer Patentschrift 303 233 wird beschrieben, daß aus frisch gesponnenen
Acrylfäden durch unmittelbares Verstrecken über bis auf 1800 C geheizte Galetten
auf das 2 - 3fache ihrer Ausgangslänge und durch anschließende Nachverstreckung
auf das 2-6fache, Fasern von hoher Festigkeit erhalten werden0 Die DT-PS 974 749
beschreibt das Spinnstrecken von trockengesponnenen Acrylfäden mit Schachtverzügen
von mehr als dem Dreifachen, wobei die
Fäden wiederum über heiße
Stifte oder Walzen verstreckt werden und Fasern von wollartigem Charakter entstehen.
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Allen Verfahren ist gemeinsam, daß die Verstreckung in Luft nur über
beheizbare heiße Aggregate wie Galetten, Walzen oder Stifte vorgenommen wird.
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Um glanz- und vakuolenstabile Acrylfasern herzustellen, muß man entweder
durch Steuerung der Polymerisations-, Spinn-und Nachbehandlungsbedingungen von vornherein
eine Vakuolenbildung zu vermeiden trachten, oder im Falle von vorhandenen Vakuolen
die Faserstruktur so verfestigen, daß bei anschließenden kommerziellen Verarbeitungsstufen
keine Änderung im Warencharakter auftritt. Da die Vermeidung von Vakuolen im Zuge
der Faserherstellung oft sehr schwer zu handhaben ist, wurde die zweite Methode
zur Problemlösung der Erzeugung von vakuolen- und glanzstabilen Fasern herangezogen.
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Derartige vakuolenstabile Acrylfasern mit hohem Glanzvermögen sind
beispielsweise zur Herstellung von Möbelvelourartikel, Teppichware und Effektgarnen
besonders geeignet.
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Bei der Beurteilung der Vakuolenstabilität kommt es nicht so sehr
auf das tatsächliche Vorhandensein von Vakuolen an, sondern vielmehr auf die Tatsache,
daß eventuell schon vorhandene Vakuolen nicht im Rahmen eines anschließenden Veredlungs-
oder Konfektionierungsprozesses, beispielsweise durch Kochen, Färben, Dämpfen, Bügeln
oder Ausrüsten verschwinden oder deutlich zunehmen, Ein solches Verhalten führt
zu Glanzunterschieden an textilen Gebilden, schipprigen Warenausfall sowie zu stumpfem,
mattem Aussehen der Fasern0 Es wurde nun völlig überraschend gefunden, daß man glasklare
vakuolenstabile
und glanzstabile Acrylfasern erhält, wenn man die Fasern nach einem speziellen Spinnstreckverfahren
herstellt.
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Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von
glanz- und vakuolenstabilen trockengesponnenen Acrylfasern oder -fäden, das dadurch
gekennzeichnet ist, daß man die Fäden, welche mindestens 10 Gew.%, bezogen auf das
trockene Fadenmaterial, an Restlösungsmittel enthalten, mit einer fettsäure- oder
ölsäurehaltigen Präparation versieht und die Fäden unmittelbar nach Verlassen des
Spinnschachtes in Luft von Raumtemperatur verstreckt und in üblicher Weise nachbehandelt.
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Der Restlösungsmittelgehalt, beispielsweise an Dimethylformamid,beträgt
vorzugsweise 15 - 25 Ges.%. Liegt er unter 10 Gew.%, so führt der Spinnstreckprozeß
zu ständigen Kapillarbrüchen im Streckbereich.
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Als ölsäure- oder fettsäurehaltige Präparation verwendet man an sich
bekannte Mittel. Es ist aber wesentlich, daß eine solche Präparation aufgebracht
wird, da andernfalls ebenfalls ständig Kapillarbrüche auftreten. Dies geschieht
z.B.
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immer dann, wenn man die Präparation ganz wegläßt oder aber auch bei
der Verwendung von Wasser als Präparationsmittel.
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Die Acrylfäden werden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren unmittelbar
nach Verlassen des Spinnschachtes 1 : 1,25 bis 1 : 5,0, vorzugsweise 1 : 2,5 bis
1 : 3,6, in Luft bei Raumtemperatur verstreckt, auf Spulen aufgewickelt oder als
Endlosbänder in Kannen abgelegt. Die Strecklänge beträgt vorzugsweise 3 - 4 m, kann
aber in weiten Grenzen zwischen 0,5 - 7 m variiert werden.
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Die sprinngestreckten Acrylfäden werden anschließend nachbehandelt,
wobei je nach Höhe der Verstreckung zur Erzielung ausreichender Faserfestigkeiten
gegebenenfalls noch eine zweite Streckstufe In siedendem Wasser in einer solchen
Hohe vorgenommen wird, daß eine Gesamtverstreckung von mindestens 1 : 2,5 bis maximal
1 : 7,0 resultiert.
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Spinngestreckte Acrylfasern nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zeichnen
sich besonders dadurch aus, daß sie zwar Vakuolen enthalten können, daß diese Jedoch
nur In geringem anteil und von solcher Größe, daß keine merkliche Beeinträchtigung
des Glasglanzes zu beobachten ist. Sie sind außerdem gegen thermische Behandlung
und gegenüber den üblicher Veredelungsprozessen völlig stabil im Gegensatz zu den
üblicherweise naßverstreckten Acrylfasern, die 9e nach Behandlung unter Wärme und
Feuchtigkeit ein kommen und Gehen feiner,sehr stark lichtstreuender Vakuolen zeigen.
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Eine Methode zur Feststellung von Vakuolen neben Dichte-, Streulich
nd und Galssmessungen besteht in der Möglichkeit, Acryfasern in einem Medium von
etwa gleichem Brechnungsindex (n = 1,52) einzubetten. Vakuolenfreie Acrylfasern
werden darin optisch ausgelöscht, während vakuolenhaltige Provenienzen milchig trübt
sind (vgl. P.A. Koch: Rezeptbuch für Fasserstoff-Laboratorien, Springer-Verlagl,
Berlin, 1960 Seite 59 - 61).
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Zur Ausprüfung der Acrylfäden auf ihre Beständigkeit genen Vakuolenbildung
werden die Fäden 10 Minuten in kochendem Wasser behandelt, 12 Stunden bei 400 C
im Vakuum getrocknet und anschließend in eine Glasdküvette mit Anisol (n = 1,517)
getaucht,
die von der Seite mittels einer Mikroskopierlampe durchleuchtet wird. Vakuolenfreies
Material verschwindet dabei optisch. Vakuolenhaltige Fasern erscheinen entsprechend
strahlend weiß. Anhand der Stärke des Effektes bei stets gleicher Fasermenge kann
eine halbquantitative Abschätzung des Vakuolenbefalls erfolgen. Parallel hierzu
wird ein Teil der in kochendem Wasser vorbehandelten Acrylfäden 20 Minuten einer
Sattdampfatmosphäre von 1400 C ausgesetzt, wiederum 12 Stunden bei 400 C im Vakuum
getrocknet und ebenfalls in Anisol geprüft.
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Unter Acrylfäden oder -fasern werden im Rahmen dieser Erfindung solche
verstanden, die aus mindestens 85 Gew.% Acrylnitril und von 0 bis 15 Gew.% mindestens
eines weiteren äthylenisch ungesättigten Monomer bestehen.
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Als weitere Monomere sind besonders Acrylsäuremethylester und solche
Monomeren zu nennen, die farbstoffaffine Gruppen aufweisen wie z.B. (Meth)allylsulfonsaure
und ihre Salze.
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Im folgenden werden einige bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen
Verfahrens zur Herstellung von glanz-und vakuolenstabilen Acrylfasern näher beschrieben.
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Beispiel 1 A) Ein Acrylnitrilcopolymerisat aus 93,6 % Acrylnitril,
5,7 % Acrylsäuremethylester und 0,7 % Natriummethallylsulfonat wurde in Dimethylformamid
gelöst. Die filtrierte Spinnlösung, die eine Endkonzentration von ca. 29 Gew.% aufweist,
wurde nach üblichen Verfahren trockenversponnen.
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Die Fäden wurden am Ende des Spinnschachtes auf einer
Abzugsgalette
mit einer Umlaufgeschwindigkeit von 128 m/Min. durch einmaliges Umschlingen der
Galette als ersten Klemmpunkt angelegt und auf einer Aufspulgalette im Abstand von
4 m aufgewickelt.
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Das Anlegen der Fadenschar geschieht bei kleinen Tourenzahlen (ca.
130 m/Min. Aufspulgeschwindigkeit)0 Erst dann wird die Aufspulgeschwindigkeit auf
460 m/Min. erhöht, was einem Spinnstreckverhältnis von 1 : 3,6 entspricht.
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Der DMF-Gehalt der Fäden nach Verlassen des Spinnschachtes beträgt
18,9 . Einwandfreies Spinnstrecken bei Raumtemperatur in Luft ist ohne Kapillarrisse
nur durch Zugabe von fettsäurehaltiger Präparation vor dem Streckprozeß möglich.
Je 100 Spulen Filamentgarne vom Gesamttiter 960 dtex wurden anschließend zu einem
Band zusammengeführt und 3 derartige Bänder zu einem Kabel vom Gesamttiter dtex
288 000 vereinigt. Das Kabel wird anschließend unter Konstanthaltung der Länge mit
heißem Wasser gewaschen, aviviert, getrocknet und gekräuselt.
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Der Einzelfaserendtiter des Faserkabels beträgt 3,4 dtex.
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Die Dichte der Faser beträgt 1,181 g/cm3 und nach einer 10-minütigen
Behandlung in kochendem Wasser 1,179 (Dichtebestimmung nach der Auftriebsmethode
vglo H0 De Vries, H.G. Weijland Textil Research Journal 28 (1958) NrO 2, Seite 183-184).
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Bestimmung der Vakuolenstabilität: Eine Faserprobe wurde 10 Minuten
mit kochendem Wasser behandelt und eine weitere Probe zusätzlich 20 Minuten einer
Sattdampfatmosphäre von 1400 C ausgesetzt0 Beide Proben zeigten nach Trocknen im
Vakuum bei 400 C und Einbetten in Anisol im Vergleich zu einer unbehandelten
Faserprobe
keinerlei Unterschiede im Trübungsverhalten der Lösungen.
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Im Vergleich hierzu zeigte eine Faser analoger Zusammensetzung, welche
nur naßverstreckt und fertig nachbehandelt wurde, nach entsprechender Kochenhandlung
ein milchig trübes Aussehen gegenüber einer unbehandelten Faserprobe.
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Bestimmung der Anfärbbarkeit: 500 mg spinngestrecktzer Faser wurden
in 100 ml einer 20 g/l Farbstoff der Formel A enthaltenden Lösung 5 ninuten unter
Rückfluß erhitzt. Dann wurden die blau gefärbten Fasern 30 Minuten mit Wasser ausgekocht,
getrocknet, in DMF gelöst und die Extinktion in einer 1 cm küvette bei der Wellenlänge
590 mµ bestimmt. Extinkiton = 4,9 (g Faser / 100 ml DMF). Im Vergleich hierzu wurden
Fasern, welche 1 : 3,6 naßverstreckt und analog nachbehandelt wurden, entsprechend
angefärbt.
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Extinktion = 2,3 (g Faser / 100 ml DMF).
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B) Ein Acrylnitrilcopolymerisat von analoger Zusammensetzung wie in
Beispiel 1 A wurde auf gleiche Art und Weise
spinngestreckt und
nachbehandelt. Die Spinnstrecklänge (Abstand zwischen Abzugsgalette und Aufwickelgalette)
betrug jedoch 7 m. Hieraus hergestelltes Faserkabel vom Einzelendtiter 3,4 dtex
zeigte im Anisoltest das gleiche Verhalten wie in Probe 1 A beschrieben.
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Beispiel 2 Ein Acrylnitrilpolymerisat aus 93,6 % Acrylnitril, 5,7
96 Acrylsäuremethylester und 0,7 % Natriummethallylsulfonat wurde in DMF gelöst
und trockenversponnen. Die Fäden wurden am Ende des Spinnschachtes auf einer Abzugsgalette
mit einer Umlaufgeschwindigkeit von 130 m/Min. durch einmaliges Umschlingen der
Fadenschar als ersten Klemmpunkt angelegt und auf einer Aufspulgalette im Abstand
von 4 m aufgewickelt.
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Die Aufwickelgeschwindigkeit betrug 364 m/Min., was einem Verstreckungsgrad
von 1 : 2,8 entspricht. Die Fadenschar wurde vor dem Streckprozeß wiederum mit fettsäurehaltiger
Präparation versehen, Der DMF-Gehalt der Fäden nach Verlassen des Spinnschachtes
liegt bei 19,6 5'.
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Je 60 Spulen Filamentgarne vom Gesamttiter dtex 1220 wurden zu einem
Band vereinigt und 3 derartige Bänder zu einem Kabel zusammengefaßt. Das Faserband
wurde dann wie in Beispiel 1 beschrieben nachbehandelt. Der Einzelfaserendtiter
des hochglänzenden Faserkabels beträgt 17 dtex. Dichte der Faser = 1,1803g/cm3.
Dichte nach einer 10-minütigen Behandlung in siedendem Wasser 1,179 g/cm3; Bestimmung
der Vakuolenstabilität: Eine Faserprobe wurde wieder 10 Minuten mit kochendem Wasser
behandelt und eine andere Probe zusätzlich 20 Minuten mit Sattdampf von 1400 C.
Beide Proben zeigen nach Trocknung im
Vakuum und Einbetten in Anisol
im Vergleich zu einer unbehandelten Probe keinerlei Unterschied im Trübungsverhalten
der Lösungen.
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Eine größere Fasermenge wurde im Vergleich zu naßverstrecktem Material
in einem himmelblauen Farbton flockegefärbt und zu Garnen 2860 dtex ausgesponnen.
Hieraus wurde getuftete Teppichware hergestellt. Die spinngestreckte Tuftingware
zeichnet sich durch ein sehr hohes Glanzverhalten und tiefere Anfärbbarkeit im Vergleich
zu der Teppichware aus, welche aus den naßverstreckten Fasern hergestellt wurde.
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(vergl. Seite 7 Bestimmung der Anfärbbarkeit) Beispiel 3 Ein Acrylnitrilcopolymerisat
aus 91,1 % Acrylnitril, 5,5 % Acrylsäuremethylester und 3,4 % Natriummetallylsulfonat
wurde trockengesponnen. Die Fäden wurden am Ende des Spinnschachtes auf einer Abzugsgalette
mit einer Umlaufgeschwindigkeit von 128 m/Min. angelegt und nach einmaliger Umschlingung
der Galette im Abstand von 2 m aufgewickelt.
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Die Aufspulgeschwindigkeit beträgt 256 m/Min., was einem Spinnstreckgrad
von 1 : 2,0 entspricht. Die Fädenschar wurde vor dem Streckprozeß wieder mit fettsäurehaltiger
Präparation versehen. Der DMF-Gehalt der Fäden nach Verlassen des Spinnschachtes
beträgt 15,8 5'.
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Je 70 Spulen Filamentgarne vom Gesamttiter dtex 1710 wurden zu einem
Band gefacht und 3 derartige Bänder zu einem Kabel vom Gesamttiter dtex 359 100
zusammengefaßt. Das Kabel- wird anschließend in siedendem Wasser 1 : 1,8 nachverstreckt,
so daß eine Gesamtverstreckung von 1 : 3,6 resultiert.
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Dann wird gewaschen, mit antistatischer Präparation versehen und getrocknet,
gekräuselt und als hochglänzendes
Endlosband abgelegt. Der Einzelfaserendtiter
des Faserbandes beträgt 3,3 dtex. Dichte der Faser: 1,183 g/cm³ und nach 10-minütiger
Behandlung in kochendem Wasser: 1,181 g/cm3.
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Prüfung der Vakuolenstabilität: Eine Faserprobe wurde 10 Minuten in
kochendem Wasser behandelt und eine andere Probe zusätzlich 20 Minuten mit Sattdampf
von 1400 C. Beide Proben zeigen wieder nach 12-stündigem Trocknen im Vakuum bei
400 C und Einbetten in Anisol im Vergleich zu einer unbehandelten Probe keinerlei
Unterschied im Trübungsverhalten.
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Beispiel 4 (Vergleich) Ein Acrylnitrilcopolymerisat von analoger Zusammensetzung
wie in Beispiel 2 beschrieben wurde in DMF gelöst und die filtrierte Spinnlösung,
die eine Endkonzentration von ca.
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29 Gew.% aufweist, wurde unter solchen Bedingungen trockenversponnen,
daß der DMF-Gehalt der Fäden nach Verlassen des Spinnschachtes 8,2 % beträgt. Die
Fäden wurden am Ende des Spinnschachtes auf einer Abzugsgalette mit einer Umlaufgeschwindigkeit
von 128 m/Min. durch einmaliges Umschlingen der Galette angelegt und auf einer Aufspulgalette
im Abstand von 2 m aufgewickelt. Sobald die Umlaufgeschwindigkeit der Aufspulgalette
über ca. 250 m/Min. (Spinnstreckgrad ca. 1 : 2) anwächst, kommt es fortwährend zu
Fadenbrüchen und verstärkter Aufwickelneigung. Variation der Spinnstrecklänge (0,5
- 7 m) und Erhöhung der fettsäurehaltigen Präparation bringt keine wesentliche Verbesserung
im Spinnstreckverhalten.