DE2513251C3

DE2513251C3 - Verfahren zur Herstellung von bifilaren Acrylfasern

Info

Publication number: DE2513251C3
Application number: DE19752513251
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Dipl.-Ing. Dr. 4041 Straberg Feltgen; Alfred Dr. 4047 Dormagen Nogaj; Christian Dr. 4040 Neuss Pieper
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1975-03-26
Filing date: 1975-03-26
Publication date: 1978-09-07
Also published as: GB1532072A; DE2513251B2; DE2513251A1; IE42531B1; BE839991A; DK133276A; JPS51119832A; FR2305516A1; LU74635A1; NL7603035A; IE42531L

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Acrylfasern und -fäden mit einer permanenten Kräuselung durch Verspinnen zweier Lösungen aus dem gleichen Acrylnitrilpolymerisat.

Es gibt bereits viele Verfahren zur Herstellung und Verwendung gekräuselter Acrylfasern. Mechanisch aufgebrachte Kräuselungen haben zumeist den Nachteil, daß sie nicht dauerhaft sind. Es sind auch Verfahren zum konjugierten Verspinnen zweier oder mehrerer verschiedener Materialien zu Bi- oder Mehrkomponentenfasern bekannt, welche die Einzelkomponenten in exzentrischer Anordnung zueinander im Querschnitt enthalten. Im Falle der Verwendung von Acrylfasern wurden bisher im allgemeinen die konjugiert versponnenen Fasern aus mindestens zwei Lösungen mindestens zweier verschiedener Polymerisate oder Polymerisatmischungen hergestellt (DE-AS 14 94 677). Diese Verfahrensweise hat aber den Nachteil, daß nicht nur die zur Anwendung kommenden Polymerisate sorgfältig gegeneinander ausgewählt werden müssen. Sie weist den weiteren Nachteil auf, daß zwei verschiedene Lösungen hergestellt werden müssen. Aus der DE-AS 12 10 123 ist ferner bekannt, daß man Bifilarfäden durch Verspinnen von zwei Lösungen des gleichen Polymerisates, jedoch mit unterschiedlicher Konzentration herstellen kann, wobei die Konzentrationsunterschiede <>s mindestens 4%, vorzugsweise jedoch 10%, sein sollen. Diese Verfahrensweise hat immer noch den Nachteil, daß zwei verschiedene Lösungen hergestellt werden müssen, die anschließend gegeneinander versponnen werden.

Aus der DE-OS 19 41 390 ist es bekannt, Bifilarfäden ausgehend von einem Acrylnitrilpolymerisat in der Weise herzustellen, daß man eine Lösung dieses Polymerisats in zwei Teilströme aufteilt und einen der Lösungsströme einer Wärmebehandlung unterzieht die eine chemische Veränderung des Polymerisats hervorruft

Dieser Verfahrensweise haften jedoch einige Nachteile an. So muß z. B. mit einem aufwendigen doppelten Leitungssystem gearbeitet werden, die Auswahl der Polymerisate ist begrenzt und es besteht die Gefahr einer Rohtonverschlechterung, bedingt durch die obligatorische Thermolabilität des einzusetzenden Polymerisats und die Dauer der Wärmebehandlung.

Ziel der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung von Bikomponenten-Acrylfasern oder -fäden, die eine dauerhafte wasserbeständige Kräuselung aufweisen, zur Verfügung zu stellen, wobei von der Lösung eines Polymerisates ausgegangen werden kann und die Nachteile des in der DE-OS 19 41390 beschriebenen Verfahrens vermieden werden können.

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß man ausgezeichnet kräuselnde Bifilarfäden erhält, wenn man die Lösung eines Polymerisates aufteilt und die Teile auf unterschiedliche Temperatur bringt und diese Lösungen gegeneinander verspinnt. Ein solches Verfahren ist durch die oben beschriebene DE-OS nicht nahegelegt.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von Bikomponenten-A.crylfasern und -fäden durch Verbundspinnen einer Acrylnitrilpolymerisatlösung, die in zwei Lösungsströme aufgeteilt worden ist, sowie Nachbehandeln der so erhaltenen Fäden nach Standardarbeitsweisen, das dadurcah gekennzeichnet ist, daß man it!e Lösungsströme mit unterschiedlicher Temperatur gegeneinander verspinnt.

Das verwendete Polymerisat ist im allgemeinen ein Mischpolymeres, welches mindestens 50 Gew.-% Acrylnitril und bis zu 50 Gew.-°/o eines oder mehrerer äthylenisch ungesättigter mit Acrylnitril mischpolymerisierbarer Monomerer enthält sowie die Mischung aus zwei oder mehreren der genannten Polymeren. Besonders bevorzugt sind jedoch Polymerisate, die mindestens 85 Gew.-% Acrylnitril enthalten. Als im Rahmen dieser Erfindung anwendbare Comonomcre kommen die in dieser Technik bekannten Comonomere in Betracht, wie sie z.B. in der US-PS 30 35 031 beschrieben sind. Besonders bevorzugte Comonomere sind Acrylsäure- oder Methacrylsäureester, wie z. B. Acrylsäuremethylester und Acrylsäureäthylester, Vinylester, wie z. B. Vinylacetat und Comonomere, welche die Affinität zu Farbstoffen erhöhen, wie z. B. Allylsulfonsäure, Methallylsulfonsäure, Styrolsulfonsäure und deren Salze.

Die Lösungen können nach den bekannten Trocken- und Naßspinnverfahren, vorzugsweise jedoch trocken, so versponnen werden, daß im Faden die beiden Komponenten zu etwa gleichen Teilen enthalten sind. Zur Optimierung der permanenten Kräuselung ist es zweckmäßig, wenn das Verhältnis der Polymerkomponenten im Faden von 1 :1 abweicht, ein Verhältnis von etwa 1 : 3 jedoch nicht überschritten wird.

Die zur Erzielung einer besonders guten Kräuselung nötige Temperaturdi^fferenz zwischen den beiden Lösungsströmen ist natürlich abhängig von den physikalischen und chemischen Eigenschaften des

eingesetzten Polymerisats und von der absoluten Höhe der jeweils gewählten Temperatur sowie von der gewählten Konzentration der Lösung. Um diese Temperaturdifferenz festzulegen, empfiehlt es sich im Einzelfalle, einen entsprechenden Handversuch vorzunehmen.

Als ausreichende Temperaturdifferenzen haben sich solche von etwa 30° C erwiesen. Besonders bevorzugt werden jedoch größere Temperaturdifferenzen, wie z. B. 40— 120°C, wobei die mittleren Absoluttemperaturen die in dieser Technik übliche Größenordnung haben.

Die Aufteilung des Lösungsstroms und die Erzielung der nötigen Temperaturdifferenz können natürlich prinzipiell an jeder beliebigen Stelle vor der Spinndüsenöffnung vorgenommen werden. Besonders günstig ist es aber, diese Maßnahmen möglichst kurz vor der Spinndüsenöffnung durchzuführen, da auf diese Weise ein doppeltes Leitungssystem für den Lösungsstroin entfallen kann.

Einen die Kräuselung verstärkenden Effekt kann man auf einfache Weise dadurch erzielen, daß man dem einen Lösungsmittelstrom geringe Mengen eines Lösungsmittels, vorzugsweise des Spinnlösungsmittels, zudosiert. Unter geringen Mengen Lösungsmittel werden hier solche Mengen verstanden, die den Konzentrationsunterschied der Lösungen nicht über 4% ansteigen lassen.

Die beiden Faserkomponenten werden nach bekannten Arbeitsweisen so versponnen, daß im resultierenden Bikomponentenfaden eine exzentrische Anordnung der beiden zueinander auftritt. Diese exzentrische Anordnung kann eine Kern/Mantel-Anordnung sein, bevorzugt ist jedoch eine Seite-an-Seite-Anordnung.

Die Bikomponentenfasern werden nach den für Acrylfasern üblichen Methoden nachbehandelt.

Die Kräuselung ist, wenn sie einmal entwickelt ist, dauerhaft und stellt für die Fasern den Zustand der minimalen Energie dar. Sie ist auch dann dauerhaft und elastisch, wenn sie Verformungen ausgesetzt ist. Wird sie durch mechanische Verformung bis zum Reißen herausgezogen, so springt sie bei einer Wärmebehandlung wieder ein.

Die Zahl der Kräuselbögen pro Längeneinheit hängt von der Polymerisatzusammensetzung, von den Spinnbedingungen und von der Nachbehandlung ab. Die Kräuselung ist eine typische Bifilarkräuselung, wie sie auch aus Mehrkomponentenfasern bekannt ist, d. h. unter anderem, daß sie schraubenartig ist. Ein optimales Aussehen, einen guten Griff und ein gutes Volumen erhält man bei vielen Textilien, wenn die Fasern bei einer Stärke von 3,3 dtex pro Faden 4 bis 12 Kräuselungen pro Zentimeter aufweisen.

Die Fasern werden dadurch zum Kräuseln gebracht, daß sie nach der Verstreckung einer entspannenden Umgebung bei höherer Temperatur ausgesetzt werden.

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

Beispiel 1

Ein Acrylnitrilcopolymerisat aus 93,6% Acrylnitril, 5,7% Acrylsäuremethylester und 0,7% Natriummethallylsulfonat wurde bei 90⁰C in Dimethylformamid gelöst. Es wurde eine Lösung mit einem Polymergehalt von 29,5% erstellt. Die Lösung wurde einer Bifilardüse zugeführt. Dabei wurde der Lösungsstrom in zwei Teile geteilt. Der eine der beiden Lösungsströme A wurde auf 130° C aufgeheizt, der andere B auf 40° C abgekühlt Die Lösungen hatten eine Kugelfallzeit von 24 Sekunden (A) und 300 Sekunden (B). (Die Kugelfallzeit ist ein MaB für die Lösungsviskosität Sie ist die Zeit, die eine Kugel mit

S einem Durchmesser von Vg Zoll —3,175 mm benötigt, um 7 cm in der Lösung bei der angegebenen Temperatur zu fallen).

Die Lösungen wurden in eine Bifilardüse im Verhältnis von A : B wie 1,2 :1 eingespeist und Seite an

ίο Seite versponnen. Mehrere Bifilardüsen wurden auf einer Düsenplatte angeordnet, an der Luft die auf 380° C aufgewärmt worden war, vorbeiströmte. Die Fäden wurden mit einer Geschwindigkeit von 300 m/ min. abgezogen. Der unter der Düse befindliche Schacht hatte eine Wandtemperatur von 170°C. Nach dem Spinnen wurde das Spinngut bei 100° C 30 Sekunden mit Wasser gewaschen. Anschließend wurde das Material bei 100° C in Wasser 1 : 4 verstreckt Die Fäden wurden dann 2 Minuten bei 100° C spannungslos getrocknet An den so hergestellten Fäden wurde die Kräuselung dadurch intensiviert, daß sie 10 Minuten in Wasser gekocht und dann 20 Minuten bei 130°C getempert wurden. Die Fasern hatten einen Titer von 3,3 dtex und wiesen 4 Kräuscibögen pro Zentimeter auf. Die Zahl der Kräuselbögen pro Zentimeter ergibt sich aus dem Quotienten aus der Zahl der Kräuselbögen und der Länge der Faser, aus der durch Dehnung die Kräuselung gerade herausgezogen worden ist.

Wurden die gleichen Spinn- und Nachbehandlungsbedingungen wie oben gewählt und nur das Streckverhältnis auf 1 :2,5 verändert, so erhielt man eine Faser mit einem Titer von 5,8 dtex und 10 Kräuselungen pro Zentimeter.

Beispiel 2

Aus einem Acrylnitrilpolymerisat von der gleichen chemischen Zusammensetzung wie in Beispiel I wurde eine Lösung in Dimethylformamid mit einem Polymergehalt von 31% hergestellt. Der Lösungsstrom wurde auf dem Weg zur Bifilardüse in zwei Teilströme A und B geteilt. Dem Teilstrom B wurde vor einem statischen Mischer so viel DMF zudosiert, daß die Lösung B hinter dem statischen Mischer einen einheitlichen Polymergehalt von 27% hatte. Der Lösungsstrom A wurde nun auf 13O⁰C aufgewärmt, während der Lösungsstrom B auf 40°C abgekühlt wurde. Die Lösung A hatte eine Kugelfallzeit von 440 Sekunden, und die Lösung B hatte eine Kugelfallzeit von 13 Sekunden. Die Lösungen wurden unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1, im Verhältnis A:B wie 1,3:1 gegeneinander gesponnen. Die so erhaltenen Fäden wurden so wie in Beispiel 1 nachbehandelt. Sie zeigten bei der Verstrekkung von 1 :2,5 9 Kräuselbögen pro Zentimeter und bei

5.5 der Verstreckung I :4 7 Kräuselbögen pro Zentimeter.

Beispiel 3

Es wurden, wie in den Beispielen 1 und 2, Lösungen aus dem gleichen Polymerisat hergestellt. Diese wurden wie in diesen vorherigen Beispielen geteilt und mit und ohne Zudosierungen von DMF gegeneiner versponnen.

Die Fäden wurden wie in Beispiel 1 nachbehandelt. In der Tabelle 1 sind die Konzentrationen der Lösungsströme, die Lösungstemperaturen, das Verhältnis der Lösungsmengen, die Lösungsviskositäten und die Zahl der Kräuselbögen pro Zentimeter für das Material, das 1 : 2,5 und 1 : 4 verstreckt wurde, angegeben.

Beispiel 4

Es wurde eine Acrylnitrilpolymerisatmischung aus zwei Polymerisaten χ und y, wobei χ zu 100% aus Acrylnitril und y aus 91 % Acrylnitril, 3,4% Natriummethallylsulfonat und 5,6% Acrylsäureir.rthylester polymerisiert worden waren, und wobei die Polymerisate χ und y im Verhältnis 85:15 vorlagen, hergestellt Diese Mischung wurde bei 90⁰C in Dimethylformamid gelöst Es wurde eine Lösung mit einem Polymergehalt von 25,5% hergestellt Die Lösung wurde einer Bifilardüse

Tabelle 1

zugeführt Dabei wurde der Lösungsstrom in zwei Teilströme A und B geteilt Die Teilströme wurden auf unterschiedliche Temperaturen gebracht und in unterschiedlichen Mengen in die Bifilardüse eindosiert Die Spinn- und Nachbehandlungsbedingungen für die Fäden wurden wie in Beispiel 1 gewählt In Tabelle 2 sind die Temperaturen, die Mengenverhältnisse und Viskositäten der Lösungsströme und di° Kräuselbögen pro Zentimeter bei den Verstreckungen 1 :2,5 und 1 :4 angegeben.

Polymergehalt der Lösungen	B	Temperatur der Lösungen vor Eintritt in die Düse	der Lösungen	C	B	Lösungs- riengen- verhältnis	Kugelfall- zeiten in see	B	B	Kräuselbögen nach der Ver streck ung pro Zentimeter
A	29,5%	A		C	40° C	A B	A	130	300	1:2,5 1:4
29,5%	27%	130°		C	130° C	1,2 1	24	26	13	10 4
31%	29,5%	40°		C	40° C	1,3 1	440	35	300	9 7
29,5%	27%	130°		C	130° C	1 1,62	24	130	13	7 4
31%	27%	40°			130° C	1,04 1	440	13	10 5
31%		40°	B			1 1	440		9 5
Tabelle 2		70⁰C		Mengen verhältnis der Lösungen
Temperaturen	130° C		A B	Kugelfallzcilen der Lösungen in see		Kräuselbögen nach der Ver- streckung pro Zentimeter
A	100° C		1 1	A		1 :2.5 1:4
130° C	70° C		1 1,2	26		5 11
130° C			1 1,2	26		— —
130° C	1 1,2	26		— 1
130° C	26	2 5

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Bikomponenten-Acrylfasern und -fäden durch Verbundspinnen einer Acrylnitrilpolymerisatlöiung, die in zwei Lösungsströme aufgeteilt worden ist, sowie Nachbehandeln der so erhaltenen Fäden nach Standardarbeitsweisen, dadurch gekennzeichnet, daß man die Lösungsströme mit unterschiedlicher Temperatur gegeneinander verspinnt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Lösung eines Mischpolymerisats verwendet, das zumindestens 85 Gew.-% aus Acarylnitril und im übrigen aus einem mit Acrylnitril mischpolymerisierbaren äthylenisch ungesättigten Monomeren aufgebaut ist

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Lösung eines Copolymerisate verwendet, das mindestens ein Comonomer aus der Gruppe Methylacrylat, Vinylacetat, Natriummethallylsulfonat, Natriumstyrolsu!- fonat einpolymerisiert enthält.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Lösungsströme in unterschiedlichen Mengen in die Düse eindosiert.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man zu einem der Polymerisatlösungsströme eine solch geringe Menge an zusätzlichem Lösungsmittel zudosiert, daß der Konzentrationsunterschied der Lösungen nicht über 4% beträgt.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die Fäden nach dem Trockenspinnverfahren herstellt.