DE2502195C2

DE2502195C2 - Verfahren zur Herstellung von Acrylfasern oder -fäden

Info

Publication number: DE2502195C2
Application number: DE19752502195
Authority: DE
Inventors: Alfred Dr. Nogaj; Ulrich Dr. Reinehr; Georg Dr. 4047 Dormagen Schön
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1975-01-21
Filing date: 1975-01-21
Publication date: 1983-12-29
Also published as: DE2502195A1

Description

Dr-ϊ Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Acrylfasern oder -fäden gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einem bekannten derartigen Verfahren, vgl. US-PS 27 61 754, enthält die Präparation z. B. Salze von Fettalkoholsulfaten, Salze von Fettalkoholphosphaten, Salze quaternierter Ammoniumverbindungen oder hochmolekulare Polyethylenglykole, die mit Minen»¹«', höheren Fettalkoholen, Fettsäureestern und alkylierten Phenolen gemischt sein können. Die Verstreckung erfolgt in einer Atmosphäre überhitzten Dampfes.

Auch anderen einschlägigen Verfahren ist gemeinsam, daß die Verstreckung bei erhöhter Temperatur vorgenommen wird. So wird beispielsweise in der US-PS 28 11 409 eine unmittelbare Verstreckung von trockengesponnenen Acrylfäden auf etwa 200°C geheizten Walzen am Ende des Spinnschachtes beschrieben, wodurch Fasern mit besonders niedrigem Restlösungsmittelanteil erhalten werden. In der CH-PS 3 03 233 wird beschrieben, daß aus frisch gesponnenen Acrylfäi/en durch unmittelbares Verstrecken über bis auf I80°C geheizte Galetten auf das 2—3fache ihrer « Ausgangslänge und durch anschließende Nachverstrekkung auf das 2—6fache, Fasern von hoher Festigkeit erhalten werden. DieTöö-PS 9 74 749 beschreibt das Spinnstrecken von trockengesponnenen Acrylfäden mit Schachtverzügen von mehr als dem Dreifachen, wobei ^ Fäden wiederum über heiße Stifte oder Walzen y Sferstreckt werden und Fasern von wollartigem ^harakter entstehen.

Um glänz- 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.

Derartige vakuofenstabile Acrylfasern mit hohem Glanzvermögen sind beispielsweise zur Herstellung von _ Möbelvelouiprtikel, Teppichware und Effektgarnen f* besonders geeignet 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 Veredlungsoder Konfektionierungsprozesses, beispielsweise durch Kochen, Färben, Dämpfen, Bügeln oder Ausrüsten verschwinden oder deutlich zunehmen. Ein solches Verhalten führt ?6 Glanzunterschieden zu textlien aM\ Gebilden sowie stumpfem, mattem Aussehen der Fasern.

Die Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß. die Herstellung glänz- und vakuolenstabilei Acrylfasern ohne häufige.Fadenbrüche möglich wird.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst

Der Restlösungsmittelgehalt, beispielsweise an Dimethylformamid, beträgt üblicherweise 15—25 Gew.-o/o. Liegt er unter 10Gew.-%, so führt der Spinnstreckprozeß zu ständigen Kapillarbrüchen im Streckbereich.

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. immer dann, wenn man die Präparation ganz wegläßt oder aber auch bei der Verwendung von Wasser als Präparationsmittel.

Die Acrylfäden werden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren unmittelbar nach Verlassen des Spinnschachtes vorzugsweise 1 :1,25 bis 1 :5,0 insbesondere 1:24 bis 1 :3,6, in Luft bei Raumtemperatur verstreckt, auf Spulen aufgewickelt oder als Endlosbänder in Kannen abgelegt. Die Strecklänge beträgt etwa 3—4 m, kann aber in weiten Grenzen zwischen 04—7 m variiert werden.

Die spinngestreckten Acrylfäden werden anschließend nachbehandelt, wobei je nach Höhe der Verstrekkung zur Erzielung ausreichender Faserfestigkeiten gegebenenfalls noch eine zweite Streckstufe in siedendem Wasser in einer solchen Höhe vorgenommen wird, daß eine Gesamtverstreckung von mindestens 1 :24 bis maximal 1 : 7,0 resultiert.

Als Acrylfäden oder -fasern werden bevorzugt solche verwendet, die aus mindestens 85 Gew.-% Acrylnitril und von 0 bis 15 Gew.-% mindestens eines weiteren äthylenisch ungesättigten Monomer bestehen.

Als weitere Monomere sind besonders Acrylsäuremelhylester und solche Monomeren zu nennen, die farbstoffaffine Gruppen aufweisen wie z. B. (Meth)allylsulfonsäure und ihre Salze.

Spinngestreckte Acrylfasern nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zeichnen sich besonders dadurch aus, daß sie zwar Vakuolen enthalten können, 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 üblichen Veredelungsprozessen völlig stabil im Gegensatz zu den üblicherweise naßverstreckten Acrylfasern, die je nach Behandlung unter Wärme und Feuchtigkeit ein Kommen und Gehen feiner, sehr stark lichtstreuender Vakuolen > zeigen.

Eine Methode zur Feststellung von Vakuolen neben Dichte-, Streulicht- und Glanzmessungen besteht in der Möglichkeit, Acrylfasern in einem Medium von etwa gleichem Brechungsindex (π = 1,52) einzubetten. Va- '" kuolenfreie Acrylfasern werden darin optisch ausgelöscht, während vakuolenhaltige Provenienzen milchig trüb sind (vgl. P. A. Koch: Rezeptbuch für Faserstoff-Laboratorien, Springer Verlag, Berlin, 1960 Seite 59—61).

Zur Ausprüfung der Acrylfäden auf ihre Beständigkeit gegen Vakuolenbildung werden die Fäden 10 Minuten in kochendem Wasser behandelt, 12 Stunden bei 40⁰C im Vakuum getrocknet und anschließend in eine Glasküvette mit Anisol (η = 1,517) getaucht die von der Seite mittels em*r Mikrtjkopierlampe durchleuchtet a> wird. Vakuolenfreies Material verschwindet dabei optisch. Vakuolenhaitige 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 krchendem Wasser" vorbehandelten Acrylfäden 20 Minuten einer Sattdampfatmosphäre von 140⁰C ausgesetzt, wiederum ^Stunden bei 40⁰C im Vakuum getrocknet und ebenfalls in Anisol geprüft.

Im folgenden werden einige Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens zv* Herstellung von glänz- und vakuolenstabilen Acrylfasern näher beschrieben.

Beispiel 1

A) Ein Acrylnitrilcopolymerisat aus 93,6% Acrylnitril, 5,7% Acrylsäuremethylester und 0,7% Natriummethailylsulfonat wurde in Dimethylformamid gelöst. Die filtrierte Spinnlösung, die eine Endkonzentration von ca. 29 Gew.-% aufweist, wurde nach üblichen Verfahren trockenversponnen. 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.

Das Anlegen der Fadenschar geschieht bei kleinen Tourenzahlen (ca. 130 m/Min. Aufspulgeschwindigkeit). Er dann wird die Aufspulgeschwindigkeit auf 460 m/ Min. erhöht, was einem Spinnstreckverhältnis von 1 :3,6 entspricht 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 ζυ einem Band zusammengeführt und 3 derartige Bänder zu einem Kabel vom Gesamttiter dtex 288 QOO vereinigt, Das Kabel wird anschließend unter Konstanthaltung der Länge mit heißem Wasser gewaschen, aviviert, getrocknet und gekräuselt. Der Einzelfaserendtiter des Faselkabels beträgt 3,4 dtex. Die Dichte der Faser beträgt 1,181 g/cm³ und nach einer lOminütigen Behandlung in kochendem Wasser 1,179 (Dichtebestimmung nach der Auftriebsmethode, vgl. H. De Vries, H. G. Weijland Textil Research Journal 28(1958) Nr. 2, Seite 183-184).

Bestimmung der Vakuolenstabilität

Eine Faserprobe wurde 10 Minuten mit kochendem Wasser behandelt und eine weitere Probe zusätzlich 20 Minuten einer Sattdampfatmosphäre von 140° C ausgesetzt Beide Proben zeigten nach Trocknen im Vakuum bei 40⁰C und Einbetten in Anisol im Vergleich zu einer unbehandelten Faserprobe keinerlei Unterschiede im Trübungsverhahen der Lösungen.

Im Vergleich hierzu zeigte eine Faser analoger Zusammensetzung, welche nur naßverstreckt und fertig nachbehandelt wurde, nach entsprechender Kochbehandlung ein milchig trübes Aussehen gegenüber einer unbehandelten Faserprobe.

E/ Ein Acrylnitrilcopolymerisat von analoger Zusammensetzung wie in Beispiel IA 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 Anisöltcsi das gieiche Verhallen wie in Probe IA beschrieben.

Beispiel 2

Ein Acrylnitrilpolymerisat aus 93,6^υ/ο Acrylnitril, 5,7% Acrylsäuremethylester und 0,7% Natriummethallylsulfonat wurde in DMF geiöst und trockenversponnen. Die Fäden wurden am Ende des Spinnschachtes auf einer Abzugsgalette mit einer Umlaufgeschwindigkeit von 130 m/Min, durch einmaliges Unischlingen der Fadenschar als ersten Klemmpunkt angelegt und auf einer Aufspulgalette im Abstand von 4 m aufgewickelt 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%.

Je 60 Spulen Filamentgarne vom tiesamttiter 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 = 1,18Os g/cm³. Dichte nach einer lOminütigen 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 140⁰C. Beide Proben zeigen nach Trocknung im Vakuum und Einbetten in Anisol im Vergleich zu einer unbehandelten Probe keinerlei Unterschied im Trübungsverhalten der Lösungen.

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 Tufnngware zeichnet sich durch ein sehr hohes Glanzverhalten und tiefere Anfärbbarkeit im Vergleich zu der Teppichware aus, weiche aus den naßverstreckten Fasern hergestellt wurde.

Beispiel 3

Ein Acrylnitrilcopolymerisat aus 91,1% Acrylnitril, 5,5% Acrylsäuremethylester und 3,4% Natriummetallyl-

sulfonat 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 Die Aufspulgeschwindigkeit beträgt 256 m/Min., was einem Spinnstreckgrad von 1 :2,C entspricht Die Fadenschar wurde vor dem Streckprozeß wieder mit fettsäurehaltiger Präparation versehen. Der DMF-Gehalt der Fäden nach Verlassen des Spinnschachtes beträgt 15,8%.

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 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 lOminütiger Behandlung in kochendem Wasser: 1,181 g/cm³.

Prüfung der Vakuolenstabilität

Eine Faserprobe wurde 10 Minuten in kochendem Wasser behandelt und eine andere Probe zusätzlich 20 Minuten mit Sattdampf von 140⁰C Beide Proben zeigen wieder nach 12stündigem Trocknen im Vakuum bei 40° C und Einbetten in Anisol im Vergleich zu einer unbehandelten Probe keinerlei Unterschied im Trübungsverhalten.

Beispiel 4 (Vergleich)

Ein Acrylnitrilcopolymerisat von analoger Zusammensetzung wie in Beispiel 2 beschrieben wurde in

ίο DMF gelöst und die filtrierte Spinnlösung, die eine Endkonzentration von ca. 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 ober ca. 250 m/Min. (Spinnstreckgrad ca. 1 :2) anwächst, kommt es fortwährend zu Fadenb* Ichen und verstärkter Aufwickelneigung. Variation der Ppinnstrecklängc (0,5—7 m) und Erhöhung der fettsäurehaltigen Präparation bringt keine wesentliche Verbesserung im Spinnstreckverhalten.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Acrylfasern oder -fäden, durch Trockenspinnen einer Polymerlösung zu Fäden, weiche mindestens 10Gew.-%, bezogen auf das trockene Fadenmaterial, an Restlösungsmittel enthalten, Auftragen einer Präparation auf die Fäden und Verstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung glänz- und vakuolenstabiler Fäden eine fettsäure- oder ölsäure-10 haltige Präparation verwendet wird, und daß die Verstreckung unmittelbar nach Verlassen des Spinnschachtes in Luft vop( Raumtemperatur durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekenn-15 zeichnet, daß die Verstreckung in einem Verhältnis von 1 :125 bis 1 :5,0, insbesondere 1 :2,5 bis 1 :3,6, erfolgt

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man nach der Ver-Streckung in Luft eine Nachverstreckung in wäßrigen Medien vornimmt, wobei das Gesamtstreckverhältnis 1 : 2,5 bis 1 :7,0 beträgt

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß. zur Herstellung der glänz- und vakuolenstabilen Fäden Acrylfasern mit einem Gehalt von mindestens 85 Gew.-% Acrylnitril und bis zu 15 Gew.-% einer oder mehrerer ethylenisch ungesättigten Monomeren verwendet werden.

JO