DE2504080C2

DE2504080C2 - Hochschrumpffähige Acrylfasern und ein Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE2504080C2
Application number: DE19752504080
Authority: DE
Inventors: Alfred Dr. 4047 Dormagen Nogaj; Christian Dr. 4040 Neuss Pieper; Ulrich Dr. Reinehr
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1975-01-31
Filing date: 1975-01-31
Publication date: 1985-04-04
Also published as: DE2504080A1

Description

Die Erfindung betrifft hochschrumpffähige Acrylfasern oder -fäden, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

Hochschrumpffähige trockengesponnene Acrylfasern mit Schrumpfwerten um 35% sind bekannt (vgl. DE-OS 14 35 611). doch haben sie niedrige Faserfestigkeiten im Bereich von ca. 1,5 p/dtex, da sich ihre hohen Schrumpfwerte nur durch niedrige Verstreckungen bis maximal 250% bei Strecktemperatuen unterhalb 90⁰C herstellen lassen.

Aus der DE-OS 16 60 328 ist es ferner bekannt, hochschrumpffähige Acrylfasern mit Faserschrumpfwerten von über 50% durch vorheriges spannungsloses Ausschrumpfen von Spinnbändern in Sattdampfatmosphäre zu erhalten, ehe diese wieder um 190% bis maximal 220% ihrer Ausgangslänge bei ca. 75° C verstreckt werden. Auch diese Hochschrumpf fasern haben nur eine Festigkeit im Bereich von 1,2—1.5 p/dtex. Derartige in Sattdampfatmosphäre vorbehandclte Spinnbänder neigen zudem noch infolge ihrer Desorientierung beim Dänipfprozeß bei der anschließenden Verstreckung unterhalb 100°C verstärkt zur Kapillarbruchbildung und Faseraufschiebungen in der Streckwanne.

Aufgabe der Erfindung ist es, Hochschrumpffasern oder Fäden der eingangs genannten Art mit einer neuen Faserfestigkeit anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Die Fasern oder Fäden nach Anspruch 1 sind mit Hilfe eines Verfahrens gemäß der DE-OS 16 60 328 herstellbar, bei dem gemäß Anspruch 2 das Spinngut vor der Sattdampffixierung einer Waschbehandlung unterzogen wird.

Es wurde gefunden, daß man durch eine zusätzliche Wäsche der Faserkabel bei Temperatuen bis zu Kochtemperatur unter Entfernung des Hauptanteils an Spinnlösungsmittel, beispielsweise Dimethylformamid, vor einer Sattdampfbehandlung den Lauf in der Streckwanne entscheidend verbessern kann.

Die Sattdampfbehandlung, die bei Temperaturen von

100—180⁰C je nach dem angewendeten Druck durchgeführt wird.Tnuß mindestens 30 Sek. dauern, da je nach Wasserbeladung des Spinngutes sonst nur unvollkommene Schrumpfung sowie keine hinreichend gute Entfernung des Spinnlösungsmittels aus dem Spinngut zu

to erreichen ist Beide Größen haben einen unmittelbaren Einfluß auf die Höhe des Schrumpfes. Hohe Anteile an Spinnlösungsmittel sowie hoher Schrumpf im Spinngut, beispielsweise durch hohe Vororientierung vom Trokkenspinnprozeß herrührend, führen nur zu niedrigen Schrumpfwerten von weniger als 35% bei der Herstellung von Hochschrumpffasern.

Der Dämpfprozeß des unverstreckten feuchten Spinngutes wird sowohl auf diskontinuierlicher Weise, z. B. in einem Dämpfschrank oder Dämpf tunnel als auch auf kontinuierliche Weise, z. B. über einen Band-, TromtTiCiviSiTipiwr ν«νΓ einen! L*rampi~Giir, vorgenommen. Dabei treten keine wesentlichen Unterschiede in der Schrumpfhöhe auf (vgl. Beispiel 1 und 2).

Der sich anschließende Streckprozeß wird einstufig

oder zweistufig durchgeführt. Es wird im Verhältnis 1 :4,5 verstreckt. Wird einstufig verstreckt, so soll die Strecktemperatur zwischen 60 und 90⁰C liegen. Beim zweistufigen Verstrecken beträgt das erste Streckverhältnis bis 1 :3,0, wobei die Strecktemperatur "60— 100⁰C ist; das zweite Streckverhältnis nimmt dann

Werte von 1 :4,0 an. wobei immer darauf zu achten ist,

daß das Gesamtstreckverhältnis nicht unter 1 :3,0 liegt.

Natürlich sind dem Gesamtstreckverhältnis auch

nach oben Grenzen gesetzt, da Hochschrumpffasern hergestellt werden sollen. Immerhin kann infolge des hohen Schrumpfniveaus von über 50% erfindungsgemäß vorbehandeltes Spinngut bis auf ca. 500% der ursprünglichen Länge verstreckt werden, um noch hochschrumpffähige Fasern von über 40% Schrumpfvermö- gen und Faserfestigkeiten von 2 p/dtex und mehr bei Garnfestigkeiten in der Größenordnung von

10-12

dtex

Zentinewton\ dtex )

je nach Streckgrad zu erhalten. Derartige Hochschrumpffasern mit hoher Festigkeit zeigen ein gutes Haftungsvermögen bei der Garnausspinnung sowohl auf der Krempel als auch auf den Ooppelnadelstab streckwerken in der Kammgarnspinnerei. Dies ist von besonderem Interesse, da bei den bisher bekanntgewordenen Hochschrumpffasertypen bei Reinausspinnungen verstärkt Produktionsstörungen vorkommen. Hochschrumpffasern mit hoher Festigkeit sind auch beson- ders als Grobtiter, beispielsweise als Komponente für Reliefteppiche infolge ihres hohen Standvermögens sehr gefragt.

Ferner lassen sich durch den hohen Verstreckungsgrad nach dem vorliegenden Verfahren auch bequem Hochschrumpffasern mit feinen Titern im Bereich von beispielsweise 2,0 dtex herstellen.

Eine weitere wichtige Eigenschaft der erfindungsgemäßen Hochschrumpffasern ist eine vakuolenfreie, verfestigte Struktur. Hierdurch entstehen beispielsweise keine unerwünschten Farbton- und Glanzänderungen bei Fertigartikeln, die aus derartigen Fasern hergestellt worden sind. Zur Beurteilung von hohlraumfreien Strukturen bei Acrylfasern eignet sich neben Streulicht-

und Glanzmessungen auch die Bestimmung der Faser_T dichte. Verfahren zur 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. Seiten 183-184(1958).

Es hat sich gezeigt, daß alle nach dem vorliegenden Verfahren hergestellte Acrylhochschrumpffasern eine Dichte von ca. 1.175±0,005g/cm³ aufweisen, was für das Vorliegen von hohlraumfreien, verfestigten Faserstrukturen spricht. ίο

Das verwendete Polymere des Acrylnitrils ist vorzugsweise ein Mischpolymeres, welches mindestens 50%. z. B. 85%. Acrylnitril und ein oder mehrere äthylenisch ungesättigte mit Acrylnitril mischpolymerisierbare Monomere, wie beispielsweise Acryl- oder Methaensäureester, wie z. B. Acrylsäuremethylester. Acrylsäureäthylester. Methacrylsäuremethylester oder Methacrylsäureäthylester. Vinylester, wie z. B. Vinylacetat, Allyl- oder Meihallylsulfonsäure oder deren AlkalisaSze, Styrolsulfonsäurt-usw. enthält

Die folgenden Beispiele dienen der v/eiteren Erläuterung der Erfindung. Teil- und Prozentangaben beziehen sich, wenn nicht anders vermerkt, auf das Gewicht

Beispiel 1

25

Ein Acrylnitrilcopolymerisat aus 93,6% Acrylnitril, 5,7% Acrylsäuremethylester und 0,7% Natriummethallylsulfonat wurde nach Standardarbeitsweisen, die in der Technik bekannt sind, trockengesponnen. Das Faserkabel vom Ge nittiter 1 200 000dtec wurde in drei hintereinandergeschalteten Waschwannen unter Spannung bei 90— 100°C gewaschen. Anschließend wurde über einen Baddämpfer 3 Minuten bei 108°C mit Sattdampf fixiert Dann wurde bei einer .Strecktemperatur zwischen 75—80°C im Verhältnis 1 :3,6 verstreckt. Die Kabelgeschwindigkeit nach der Rechnung betrug ca. 50 m/min. Das Faserkabel wurde dann mit antistatischer Präparation versehen und einer Stauchkammerkräuselung unterzogen. Aus dem Kabel entnommene Einzelfäden zeigten eine Schrumpfung von 46,0% in siedendem Wasser. Das gekräuselte Faserkabel wurde anschließend zu Stapelfasern von 110 mm Länge geschnitten, bei 30—40°C getrocknet und zu Ballen gepreßt verpackt. Der Einzelfasertiter beträgt 2,5 dtex. Der Faserschrumpf einer Reihe von Einzelfäden lag bei 45,2% in siedendem Wasser. Faserfestigkeit = 2,2 p/dtex, Reißdehnung = 29%. Die Hochschrumpffasern wurden zu Garnen des Titers 250 dtex ausgesponnen. Garnkonstanten: Gamfestigkeit = 10,1 ——, Reißdehnung

4. dtex

8,7%, Garnschrumpf 47,1%, Dichte = 1,174 g/cm³.
Beispiel ?

55

Ein Acrylnitrilcopolymerisat von analoger chemischer Zusammensetzung wie in Beispiel 1 beschrieben wurde trockengesponnen und das Faserkabel vom Gesamttiter 5 200 000 dtex bei Temperaturen von 90—100°C in Wasser gewaschen. Es wurde in einem Dämpfschrank diskontinuierlich 6 Minuten bei 1,1 atü Dampfdruck fixiert Dann wurde bei ca. 75° C im Verhältnis 1 : 4,3 verstreckt, mit antistatischer Präparation versehen und wie in Beispiel 1 beschrieben gekräuselt, geschnitten und getrocknet Der Einzelfaserendtiter beträgt 2,1 dtex. Der Faserschrumpf einer Serie von Einzelfäden lag bei 45,0% in kochendem Wasser. Faserfestigkeit = 2,5 p/dtex, Reißdehnung = 23%. Die Hochschrumpffasern wurden wieder zu Garnen (250 dtex) ausgesponnen. Garnkonstanten: Garnfestigkeit = 1Z9 -jj—, Reißdehnung = 9,2%. Garnschrumpf = 46,5%. Dichte

1,172 g/cm³.

Beispiel 3

Ein Acrylnitrilcopolymerisat von analoger chemischer Zusammensetzung wie in Beispiel I beschrieben wurde trockengesponnen und das Faserkabel vom Gesamttiter 1 200 000 dtex bei Temperaturen zwischen 80—90°C in Wasser gewaschen. Dann wurde über einem Banddämpfer bei 106⁰C mit Sattdampf 3 Minuten la.tg fixiert und das Kabel im Verhältnis 1 :2,0 in kochendem Wasser verstreckt, anschließend bei ca. 75° C im Verhältnis 1 : 2^5 nachgereckt, so daß ein Gesamtstreckgrad von 450% resultierte. Die Kabelge<xhwindigkeit nach der zweiten Reckung betrug 50 m/min. Die weitere Nachbehandlung wurde wie in Beispiel 1 dargelegt durchgeführt Der Einzelfaserendtiter betrug 2,1 dtex. Der Faserschrumpf einer Reihe von Einzelfäden lag bei 43,8% in kochendem Wasser. Faserfestigkeit = 2,7 p/dtex, Reißdehnung = 26%. Aus den Hochschrumpffasern wurden Garne (250 dtex) hergestellt.

Garnkonstanten: Gamfestigkeit = 12,5 ——, Reißdeh-

utex

nung = 7,9%. Garnschrumpf = 45,4%, Dichte = 1,172 g/cm³.

Seispiel 4

Ein Acrylnitrilcopolymerisat aus 91,4% Acrylnitril. 5,2% Acrylsäuremethylester und 3,4% Natriummetallylsulfonat wurde trockengesponnen und das Faserkabel vom Gesamttiter 960 000 dtex wie in Beispiel 2 beschrieben gewaschen, gedämpft und in Wasser von ca. 75°C auf das 4,3fache der Kabelursprungslänge verstreckt. Dann wurde mit antistatischer Präparation versehen und wie in Beispiel 1 beschrieben gekräuselt, geschnitten und getrocknet. Der Einzelfasertiter betrug 5,1 dtex. Der Faserschrumpf einer Serie von Einzelfäden in kochendem Wasser lag bei 413%. Faserfestigkeit = 2,6 p/dtex, Reißdehnung = 34%. Die Hochschrumpffasern wurden wieder zu Garnen (250 dtex) ausgesponnen. Garnkonstanten: Garnfestigkeit = 10,7 -r,—,

Reißdehnung = 11,5%, Garnschrumpf = 39,4%, Dichte = 1,178 g/cm³.

Beispiel 5 (Vergleich)

a) Ein Faserkabel von analoger chemischer Zusammensetzung wie in Beispiel 1 beschrieben vom Gesamttiter 1 200 000 dtex, welches nach dem Trokkenspinnverfahren hergestellt wurde, wurde in Wasser von 50—60° C gewaschen und anschließend bei 75°C 1 :2$ verstreckt Die Kabelgeschwindigkeit nach der Rechnung betrug 50 m/min. Anschließend wurde mit antistatischer Präparation versehen und wie in Beispiel 1 beschrieben gekräuselt, geschnitten und getrocknet Der Einzelfaserendtiter betrug 3,0 dtex. Der Faserschrumpf einer Reihe von Einzelfäden lag bei 423% in kochendem Wasser. Faserfestigkeit = 1,5 p/dtex, Reißdehnung = 34%. Die Hochschrumpffasern wurden wieder zu Garnen (250 dtex) ausgesponnen. Garnkonstanten: Garnfestigkeit = 7,5 4r^"· Reißdehnung - 63%,

dies
Dichte 1,156 g/cm³.

b) Erhöhte man den Streckgrad auf 1 :4.0 bei 75° C Streckwannentemperatur, so erzielte man eine Faserfestigkeit von 2,4 p/dtex, der Faserschrumpf lag aber nur noch bei 29%.

P

§1 Beispiel 6 (Vergleich)

lg a) Ein trockengesponnenes Faserkabel von analoger sjf chemischer Zusammensetzung wie in Beispiel 4 be- |§ schrieben vom Gesamttiter 960 000 dtex wurde in |i drei hintereinandergeschalteten Waschwannen bei |S -Xochtemperatur 80⁰C und bsi 70⁰C im Verhältnis |i; 1 -.2$ verstreckL Kabelgeschwindigkeit nach der p Reckung betrug 50 m/min. Dann wurde mit antista-Il tischer Präparation versehen und wie in Beispiel 1 p beschrieben gekräuselt, geschnitten und getrock- t£ net. Der Einzelfaserendtiter betrug 3,7 dtex. Der jJj Faserschrumpf einer Reihe von Einzelfäden in koji chendem Wasser lag bei 44,8%. Faserfestigkeit = p 1,4 p/dtex, Reißdehnung = 36%, Garnkonstanten:

ijj Garnfestigkeit = 7,1 ~7T~. ReiBdehnung = 7.4%,

'i Dichte = 1,163 g/cm³.

■; b) Erhöhte man wiederum den Streckgrad auf 1 :3,6

f-j bei 75° C Streckwannentemperatur, so erzielte man

!? eine Faserfestigkeit von 2,1 p/dtex, der Faser-

,-^r; schrumpf lag aber nur noch bei 28%.

I

35

40

50

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60

Claims

Patentansprüche:

1. Hochschrumpffähige Acrylfasern oder -fäden, die ein Schrumpfvermögen von mindestens 35% aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß sie durch Trockenspinnen von Acrylnitrilpolymerisaten mit mindestens 50 Gew.-% Acrylnitril, eine Waschbehandlung und eine Sattdsmpffixierung von mindestens 30 Sekunden des Spinngutes und anschließende Verstreckung im Verhältnis von mindestens 1 :3,0 erhältlich sind und daß sie eine Faserfestigkeit von mindestens 2 p/dtex aufweisen.

2. Verfahren zur Herstellung von hochschrumpffähigen, trockengesponnenen Fäden und Fasern aus Acrylnitrilpolymerisaten mit mindestens 50 Gew.-% Acrylnitril durch Sattdampffixierung des Spinngutes und anschließende Verstreckung im Verhältnis von mindestens 1 :3.0, dadurch gekennzeichnet, daß das Spinngut vor der Sattdampffixierung von mindestens 30 Sekunden einer Waschbehand'ung unterzogen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Waschbehandlung bei Temperaturen bis 100⁰C durchgeführt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sattdampf unter Druck einwirkt