DE2504079C2

DE2504079C2 - Verfahren zur Herstellung von hochschrumpffähigen, trockengesponnenen Acrylnitrilfasern oder -fäden

Info

Publication number: DE2504079C2
Application number: DE2504079A
Authority: DE
Inventors: Günter Dr. 4047 Dormagen Lorenz; Alfred Dr. Nogaj; Ulrich Dr. Reinehr
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1975-01-31
Filing date: 1975-01-31
Publication date: 1984-03-29
Also published as: FR2299425A1; ES444782A1; FR2299425B1; JPS5199121A; BE838030A; IT1054572B; IE42256B1; LU74260A1; JPS5759322B2; DE2504079A1; IE42256L; CA1079465A; NL7600879A; US4108845A; DK39076A; GB1515887A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung hochschrumpffähiger Acrylnitrilfasern oder -fäden, entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs. Nach einem solchen Verfahren hergestellte hochschrumpfbare trockengesponnene Acrylfasem mit Schrumpfwerten um 35% sind z.B. aus DE-OS 14 35 611 bekannt, doch haben sie niedrige Faserfestigkeiten im Bereich von etwa 1,5 p/rftex, da sich ihre hohen Schrumpfwerte nur durch niedrige Verstreckungen bis maximal 250% bei Strecktemperaturen unterhalb von 90° C in Wasser herstellen lassen. Um die hohe Schrumpfkraft beizubehalten, müssen die Fasern ferner im Zuge ihrer Herstellung unter milden Bedingungen getrocknet und gekräuselt werden, wodurch sie oftmals nur ein geringes Haftungsvermögen aufweisen. Dies wirkt sich im weiteren Verlauf der Garnausspinnung insbesondere bei Reinverarbeitung oft sehr negativ aus. Man beobachtet beispielsweise ein Durchhängen des Faservlieses auf der Krempel sowie durchhängende Bänder an den Doppelnadelstabstreckwerken in der Kammgarnspinnerei infolge mangelnder Faserfestigkeit und Haftung, was in beiden Fällen zu Störungen und Maschinenstillständen führen kann. Ein weiterer kritischer Punkt bei der Verarbeitung von Hochschrumpffasern tritt bei der Garnausspinnung aus den Wickeln auf.

Laufen infolge mangelnder Faserhaftung die Wickel ungleichförmig ab, kommt es ebenfalls zu Produktionsstörungen.

Aus der DE-OS 14 35 549 Ist bekannt, hochschrumpffähige Polyacrylnltrllfäden und -fasern nach einem Naßspinnverfahren herzustellen, bei dem die Fäden vorverstreckt, gedämpft und nachverstreckt werden. Auch hler liegen die Faserfestigkelten unter 2 p/dttx.

Die Faserfestigkelten der nach DE-OS 16 60 328 erhaltenen Fäden und Fasern liegen bei etwa 1,7 bis 1,8 p/i/tex, wobei die nach einem Trockenspinnverfahren erhaltenen Fäden bei 100 bis 18O⁰C gedämpft und anschließend bei Temperaturen unter 100° C verstreckt und getrocknet werden. Die Schrumpfwerte Hegen um 50%.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, Hochschrumpffasern von mindestens 35% Schrumpf mit Faserfestigkelten von mindestens 2 p/i/tex und gutem Haftungsvermögen herzustellen, um die obengenannten Störungen zu vermelden.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs gelöst.

Es wurde überraschenderweise gefunden, daß man durch Aufteilung des Streckvorgangs In einen Vor- und Nachstreckprozeß unter Beibehaltung des hohen Schrumpfniveaus der Acrylfasern von 35% und mehr den Gesamtstreckgrad auf ca. 1 : 4,5 steigern kann und somit auch die gewünschten Faserfestigkeiten von 2 p/rftex und mehr erreicht.

Die angegebenen oberen Streckverhältnisse und unteren Strecktsmperaturen stellen die Grenzen des Verfahrens dar, außerhalb derer in Folge verstärkt auftretender Störungen keine einwandfreie, kontinuierliche Herstellung von hochschrumpffähigen trockengesponnenen

ίο Acrylfasern im Rahmen der Erfindung möglich Ist.

Würde man herkömmlich trockengesponnene Acrylfasern in einem Zuge direkt 1 :4,5 bei Temperaturen zwischen 60 und 90° C verstrecken, so würde man wohl die gewünschte Festigkeit, in keinem Falle aber die gewünschte Schrumpfhöhe von 35% erreichen, wie dies im Vergleichsbeispiel 6 dargelegt wird.

Durch die höhere Verstreckung von Hochschrumpffasern unter Beibehaltung Ihres Schrumpfi.iveaus wird nicht nur eine höhere Faserfestigkeit erreicht, sondern

Μ durch den höheren Streckgrad auch ein feinerer Faser-. endtiter. Dies ist ein weiterer großer Vorteil des vorliegenden Verfahrens, weil hochschrumpffähige Acrylfasern mit > 35% Schrumpf mit feinen Titern, beispielsweise unter 3,3 jftex, sich nach dem herkömmlichen Trockenspinnprozeß infolge ihres niedrigen Streckgrades von maximal 250% nur bei niedrigen Spinnleistungen herstellen lassen. Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich hochschrumpffähige Acrylfasern im Titerbereich bis zu 1,6 rftex ohne weiteres verwirklichen.

Eine weitere wichtige Eigenschaft der nach dem vorliegenden Verfahren hergestellten Hochschrumpffasern Ist ihre hohlraumfreie, verfestigte Struktur. Hierdurch entstehen beispielsweise keine unerwünschten Farbton- und Glanzveränderungen bei Fertigartikeln, die aus derartigen Fasern hergestellt worden sind. Zur Bestimmung von vakuolenfreien Strukturen bei Acrylfasern eignen sich beispielsweise neben Glanz- und Streulichtmessungen auch die Bestimmung der Faserdichte. Verfahren zur

■•ο Bestimmung der Faserdichte sind bekannt und in der Literatur beschrieben, z. B. H. de Vries und H. G. Wejland: Textil Research Journal 28, Nr. 2, Seite 183 bis 184 (1958). Es hat sich nun gezeigt, daß alle nach dem neuen Verfahren hergestellten Acrylfasern eine

■♦5 Dichte von ca. 1,18 g/cm^! aufweisen, was für das Vorliegen von hohlraumfreien, verfestigten Faserstrukturen spricht.

Die Faserkabel werden vor oder nach dem ersten Streckprozeß bei Temperaturen gewaschen, die zweckmäßigerwelse nicht oberhalb der Strecxtemperatur liegen, um das Schrumpfniveau der Fasern beizubehalten. Natürlich kann man eine Wäsche auch noch nach dem zweiten Streck Vorgang vornehmen. Hierbei darf jedoch die Waschwannentemperatur die Strecktemperatur der

'⁵ zweiten Verstreckung nicht überschreiten, um die Schrumpfhülle beizubehalten.

Unter Polymeren des Acrylnitril werden Im Rahmen der Erfindung solche verstanden, die aus mindestens 50 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 85 Gew.-% Acrylnitril und bis zu 50 Gew.-% eines oder mehrerer äthylenisch ungesättigter Comonomeren bestehen.

Als Comonomere kommen die üblichen, mit Acrylnitril mlschpolymerlslerbaren Monomeren in Frage. Als besonders bevorzugt Ist Acrylsäuremethylester zu

⁶^ nennen. Aus der Reihe der Comonomeren, die eine verbesserte Anfärbbarkelt der Fäden bewirken, selen solche mit sauren Gruppen, insbesondere (Meth)allylsulfonsäure und ihre Salze sowie Meihacroylamlnobenzol-benzoldi-

sulfonimid hervorgehoben. Diese, die Anfärbbarkeit verbessernden Comonomere werden bevorzugt in einer Menge von 0,1 bis 5 Gew.-% (»polymerisiert.

Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung. Teil- und Prozentan.gaben beziehen sich, wenn nicht anders vermerkt, auf das Gewicht.

Beispiel 1

Ein Acrylnltrilcopolymerisat aus 93,6% Acrylnitril, 5,7% Acrylsäuremethylester und 0,7% Natriummetallylsulfonat wurde nach Standardarbeitsweisen, die in der Technik bekannt sind, trockengesponnen. Das Faserkabel vom Gesamttiter 1'200'0OO tftex wurde in kochendem Wasser 1 : 1,5 verstreckt und anschließend in drei hintereinander folgenden Waschwannen bei 80⁰C (Waschwanne 1 + 2) und 50° C (Waschwanne 3) unter Spannung gewaschen. Dann wurde 1 :2,0 bei 75° C Streckwannentemperatur nachgereckt, so daß ein Gesamtstreckgrad von 300%, d. h. das Dreifache der ursprünglichen Kabellänge resultiert. Die Kabelgeschwindigkeit nach der zweiten Reckung feeträgt 50 m/min.

Aus dem Kabel entnommene Einzelfäden zeigen eine Schrumpfung von 45,0% in kochendem Wasser. Das Faserkabel wird anschließend mit antistatischer Präparation versehen und unter Zuführung von Sprühdampf in einer Stauchkammer gekräuselt. Die Schrumpfbestimmung einer Serie von Einzelfäden aus dem gekräuselten Kabel ergibt einen durchschnittlichen Wert von 44,6% in siedendem Wasser. Das Faserkabel wird anschließend zu Stapelfasern geschnitten, über eine Trockenvorrichtung bei 30 bis 40⁰C getrocknet und zu Ballen gepreßt verpackt. Der Elnzeliaser-Endtlter beträgt 2,4 rftex. Der Faserschrumpf einer Reiht von Einzelfäden beträgt 43,7% fn siedendem Wasser, rayerfestlgkelt 2,3 p/</tex. Reißdehnung 23%. Faserfestigkeit ν id Reißdehnung wurden am Statlgraph IV der Firma Textechno (H. Stein, Mönchengladbach, BRD) gemessen. Die Hochschrumpf-Tabelle I

fasern wurden zu Garnen In den Garnnummern 40/1 ausgesponnen. Garnkonstanten: Reißfestigkeit = 11,5 RKm, Reißdehnung = 12,5%, einwandfreier Lauf über Krempel und Doppelnadelstabstreckwerke, Dichte = 1,174 g/cm¹.

Beispiel 2

Ein Acryinltrllcopolymerlsat von analoger .chemischer Zusammensetzung, wie ip Beispiel 1 beschrieben, wurde

i" trockenversponnen und das Faserkabel vom Gesamttiter l'200'OOO i/tex In kochendem Wasser gewaschen und dann um das l,75fache seiner Ausgangslänge bei Kochtemperatur in Wasser verstreckt. Dann wurde in drei hintereinander folgenden V/aschwannen bei 50° C nachgewaschen und bei 75° C 1 : l,87fach nachverstreckt, so daß ein Gesamtstreckgrad von 330% resultiert. Aus dem Kabel entnommene Einzelfäden zeigen eine Schrumpfung von 44,2% in siedendem Wasser. Das Fa^erkabel wurde wie in Beispiel 1 präpariert, gekräuselt, bei 30 bis 40° C getrocknet und dann zu Stapelfasern eingeschnitten. Der Einzelfaser-Endtlter beträgt 2,3 i/tex. Der Faserschrumpf einer Reihe von Einzelfäden beträgt 42,8% In siedendem Wasser. Faserfestigkeit 2,5 p/rftex, Reißdehnung = 18%. Die Hochschrumpffasern wurden In Garnen der Garnnummer 40/1 ausgesponnen. Garnkonstanten: Garnfestigkeit = 10,5 RKm, Reißdehnung = 12,3%, Faserdichte = 1,178 g/cm^J.

In der folgenden Tabelle I wird eine Auswahl von verschiedenen Streck- und Temperaturbedingungen ange-

-H) führt, bei der für Acrylfaserkabel mit der chemischen Zusammensetzung von Beispiel 1 Faserschrumpfwerte von mindestens 35% und Faserfestigkeiten von mindestens 2 p/dlex erzielt werden. Die Nachbehandlung der Faserkabel wurde wie in Beispiel 1 dargelegt, durchgeführt. Die Faserschrumpfwerte wurden jeweils an einer Serie von mindestens 10 Einzelkapillaren in siedendem Wasser mehrfach bestimmt.

Versuch Vorver- Streck- Nachver- Streck- Gesamt- Einzelfaser Faserfestigk. Faserschrumpf

Streckung temperatur Streckung temperatur verstreckung Titer (Aex) (p/dtex) (%)

10

11

12

13

14

15

1,5

1,75

2,0

2,25

2,5

3,0

1,75

2,0

100°

75°

2,25

2,5

3,0

2,0

2,25

1,88

2,05

1,5

1,36

1,5

1,75

2,0

2,25

2,5

1,75

75° 75° 75° 75° 75° 75° 75° 75° 75° 75° 75° 75° 75° 75° 75°

1	: 3,38	3,2
1	•3,75	3,0
1	4,5	2,5
1	3,5	3,2
1	3,94	2,9
1	3,76	3,0
1	4,1	2,9
1	3,38	3,2
1	3,4	3,2
I	4,5	2,5
1	3,06	3,4
1	3,5	3,2
1	3,94	2,8
I	4,37	2,6
1	3,5	3,1

Wie aus Tabelle I ersichtlich, wird bei einem Gesamt- ⁶> streckverhältnis von mindestens I : 3,0 Immer eine Faserfestigkeit von wenigstens 2 p/r/tex bei mindestens 35% bis maximal 46% Faserschrumpf erzielt.

2,2
2,4
3,4
2,3
2,4
2,5
2,6
2,3
2,1
3,1
2,0
2,3
2,3
3,1
2,1

Beispiel 3

46,1
39,6
37,9
43,3
39,1
40,2
39,7
43,1
40,7
36,6
45,5
42,5
36,9
35,1
43,4

Ein Acryinltrllcopolymerlsat aus 91,4% Acrylnitril, 5,2% Acrylsäuremethylester und 3,4% Natrlummetallyl-

Beispiel 5

10

sulfonat wurde trockengesponnen und das Faserkabel vom Gesamttiter 960Ό00 Aex in kochendem Wasser 1:1,5 verstreckt, in drei hinterelnanderfolgenden Wannen bei 70° C gewaschen und 1: 2,5 bei 75° C nachverstreckt, so daß die Gesamtverstreckung 1 :3,75 betragt. Die Kabelgeschwindigkeit nach der zweiten Reckung ist 50 m/min. Aus dem Kabei entnommene Einzelfäden zeigen eine Schrumpfung von 48,2% in siedendem Wasser. Das Faserkabel wird anschließend mit antistatischer Präparation ve-.sehen und stauchkammergekfäuselt. Das entstandene Kräuselband wird zu Stapelfasern von 110 mm Länge geschnitten über eine Trockenvorrichtung bei 40° C getrocknet und zu Ballen gepreßt verpackt. Der Einzelfaser-Endtiter beträgt 5,1 rftex. Faserschrumpf = 44,3«, Faserfestigkeit = 2,4 ρ/Λεχ, Reißdehnung 23%. Die Hochschrumpffasern wurden wieder zu Garnen in den Garnnummern 24/1 ausgesponnen. Garnkonstanten: Reißfestigkeit = 9,9 RKm, Reißdehnung = 11,7%, Faserdichte: 1,176 g/cm³.

Beispiel 4

Ein Acryinitriicopoiymerisai aus 90,5% Acrylnitril, 5,0% Acrylsäuremethylester und 4,5% Dimethylaminoäthylmethacrylat wurde nach Standardarbel'.sweisen trokkengesponnen und das Faserkabel vom Gesamttiter Γ040ΌΟ0 i/tex in kochendem Wasser 1 :2,5 verstreckt, bei 70° C gewaschen und 1:1,3 bei 75° C nachgereckt, so daß die Gesamtverstreckung 325% beträgt. Die Kabelgeschwindigkeit nach der zweiten Reckung ist 50 m/min. Aus dem Kabel entnommene Einzelfäden zeigen eine Schrumpfung von 43,5% in siedendem Wasser. Das Faserkabel wird wie in Beispiel 1 beschrieben präpariert, gekräuselt, geschnitten und getrocknet. Einzelfaser-Endtiter = 3,2 rftex, Faserfestigkeit 2,5 p/rftex, Faserschrumpf = 42,7%, Faserdichte = 1,172 g/cm^J. rftex einstufig einmal bei 75° C und zum anderen Mal bei 100° C In unterschiedlicher Höhe verstreckt (vergleiche · Tabelle II). Dann wurde in drei aufeinanderfolgenden Wannen bei 70° C gewaschen, mit antistatischer Präparation versehen, gekräuselt und wie In Beispiel 1 ausgeführt zu Stapelfasern nachbehandelt. Von den fertigen Fasern wurde wiederum der Schrumpf in siedendem Wasser bestimmt sowie Faserfestigkeit und Faserdichte ermittelt. Die Faserdichten schwanken zwischen 1,148 bis 1,157 g/cm³.

15

20

Tabelle	II	:2,0	Streck- temp.	Einzel faser Titer (Λεχ)	Faser- festigk. (ρ/Λεχ)	Faser- schrumpf (%)
Versuch		:2,5	75°	3,9	1,2	45,0
1	Ver- streckung	•3,0	75°	3,0	1,5	42,5
2	1	3,6	75°	2,5	1,7	39,0
3	1	4,0	75°	2,1	1,8	34,0
4	1	2,0	75°	1,9	2,2	29,0
5	1	2,5	100°	3,6	1,4	36,5
6	1	3,0	100°	2,8	1,6	31,5
7	1		100°	2,4	1,7	29,0
8	1
1

35

Ein Acrylnltrilcopolymerisat aus 59% Acrylnitril, 37,5% Vinylidenchlorid und 3,5% Natriummethallylsulfonat wurde trockengesponnen. Das Faserkabel vom Gesamt- -to titer 945 000 t/tex wurde In kochendem Wasser 1: 1,75 verstreckt. In drei hinterelnanderfolgenden Wannen bei 70° C gewaschen und 1 : 1,87 bei 75° C nachverstreckt, so daß eine Gesamtverstreckung von 325% resultiert. Das Faserkabel wurde wieder wie in Beispiel 1 beschrieben welter nachbehandelt und zu Stapelfaser von 110 mm Länge geschnitten. Der Kräuselbandschrumpf, gemessen an Einzelfäden, beträgt 48,5% In kochendem Wasser. Der Einzelfaser-Endtiter beträgt 3,3 rftex. Faserfestigkeit: 2,1 p/c/tex, Faserschrumpf = 46,9%. so

Beispiel 6 (Vergleich)

Ein Acrylnitrilcopolymerlsat von analoger chemischer Zusammensetzung wie In Beispiel 1 wurde trockengesponnen und das Faserkabel vom Gesamttiter 1'200'0OO Wie aus Tabelle II hervorgeht, erreicht man bei Strecktemperaturen von 75°C bis zu einem Streckgrad von 300% wohl die gewünschte Schrumpfhöhe (Versuche 1 bis 3), nicht jedoch die erforderliche Festigkeit. Umgekehrt wird bei Erreichen der gewünschten Festigkeit nicht die notwendige Schrumpfhöhe, erzielt (Versuch 5). Bei Strecktemperaturen um 100° C ist schon bei einem Streckgrad 200% die gewünschte Schr-impfhöhe nicht mehr realisierbar.

Beispiel 7 (Vergleich)

Ein Acrylnitrilpolymerisat von analoger chemischer Zusammensetzung, wie in Beispiel 3 beschrieben, wurde in 80° heißem Wasser 1 : 2,5 einstufig verstreckt, bei 50° C gewaschen und, wie in Beispiel 1 dargelegt, weiter nachbehandelt. Der Faserschrumpf beträgt 41,8% In siedendem Wasser. Faserfestigkeit 1,5 p/dtex. Bei einer Verstreckung um 250% wird also wohl das gewünschte hohe Schrumpfniveau, jedoch nicht die Festigkeit von mindestens 2 p/rftex erreicht.

Erhöht man hingegen wiederum den Streckgrad auf 1 : 3,6 bei 75° C Streckwannentemperatur, so erzleit man e-'nr Faserfestigkeit von 2,1 p/rftex, der Faserschrumpf liegt aber nur noch bei 28%.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung von hochschrumpffähigen, trockengesponnenen Fasern oder Fäden aus Polymerisaten des Acrylnitril, bei dem man bis zu einem Verhältnis von 1:2,5 bei Temperaturen zwischen 60 und 90° C in wäßrigem Milieu verstreckt; anschließend im feuchten Zustand bei Temperaturen bis maximal 90° C kräuselt und bei Temperaturen bis maximal 70° C trocknet, dadurch gekennzeichnet, daß man im Verhältnis bis 1 :3,0 bei 60 bis 100° C vorverstreckt, und daß die Gesamtverstrekkung mindestens 1 : 3,0 betragt.