DE2522733A1 - Verfahren zur herstellung von fasern nach dem schmelzspinnverfahren - Google Patents

Description

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PATENTANWÄLTE MÜNCHEN - BRAUNSCHWEIG · KÖLN C D £ Δ I J Q

DR-W₁UOLLER-BORt-BRAUNSCHVnIe K-W.CIROKNINO.DIPL.-INa.· MONCHCK

DR p.oeum, dipl-chem.· uOnchsn

DR. A. SCHÖN, DtPU-CHEM.- MÜNCHEN WERNER HERTCL, DIPL-PH Y·. · KÖLN

München, den 2 2. MAI 1975

D/rw - P-2265

POLYSAR LIMITED
Sarnia, Ontario, Kanada

Verfahren zur Herstellung von Fasern nach dem Schmelzspinnverfahren

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kunstfasern, insbesondere von Acrylnitril enthaltenden Kunstfasern, nach dem Schmelzspinnverfahren.

Fasern aus Acrylnitrilpolymerisaten sind seit langem bekannt. Solche Polymerisate enthalten im allgemeinen mindestens 75 Gewichtsprozent Acrylnitril, häufig mindestens 85 und meistens bis 99 Gewichtsprozent Acrylnitril. Typische Beispiele für Comonomere, die mit Acrylnitril copolymerisiert werden, sind Vinylpyridin, Styrol, Vinylchlorid und Vinylacetat, wobei jedes Monomere bei der Copolymerisation mit Acrylnitril eine Veränderung in einer oder mehreren Fasereigenschaften, insbesondere der Färbbarkeit, hervorbringt. Die Faserherstellung aus solchen Acrylnitrilpolymerisaten erfolgt durch Verspinnen aus einer Lösung des Polymerisats in einem geeigneten Lösungsmittel oder aus einer Suspension des Polymerisats in einem Suspendiermittel. Die Herstellung von Fasern aus diesen Acrylnitrilpolymerisaten nach dem Schmelzspinnverfahren ist bisher nicht möglich gewesen. Um bei der Faser

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S MÜHCHEN 8« · SIEBERTSTK. 4 · POB 860720 · KABELi MUEBOPAT · TEL. (08D) 47107« · TSLSX 3-286 39

eine annehmbare Festigkeit oder Reißlänge zu erzielen, muß nach dem-Spinnvorgang im allgemeinen eine Verstreckung vorgenommen werden, die zu einer Orientierung der Polymermoleküle in der Faser führt. Die Verstreckung erfolgt bei erhöhter Temperatur bei einer Längenzunahme von mindestens 100 - 200%, worauf sich eine Abkühlung der Faser anschließt.

Es wurde nun gefunden, daß unter Verwendung von Polymerisaten aus Acrylnitril, Styrol und Isobutylen Kunstfasern nach dem Schmelzspinnverfahren hergestellt werden können. Die so hergestellten Fasern besitzen eine hohe Reißlänge bzw. Festigkeit, ohne daß die Notwendigkeit für eine nachfolgende Verstreckung besteht.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung von Fasern durch Verspinnen eines Polymerisats aus der Schmelze, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man ein Polymerisat verwendet, das zu 65 - 75 Gewichtsprozent aus Acrylnitril, 13 - 18 Gewichtsprozent aus Styrol und 13 - 18 Gewichtsprozent aus Isobutylen aufgebaut ist.

Die erfindungsgemäß zur Faserherstellung verwendeten Polymerisate enthalten 65 - 75 Gewichtsprozent Acrylnitril, 13-18 Gewichtsprozent Styrol und 13 - 18 Gewichtsprozent Isobutylen, vorzugsweise 66 - 71 Gewichtsprozent Acrylnitril, 14-17 Gewichtsprozent Styrol und 14 - 17 Gewichtsprozent Isobutylen. Die Herstellung dieser Polymerisate erfolgt vorzugsweise durch radikalische, wässrige Emulsionspolymerisation, wobei die Isolierung des Polymerisats aus der wässrigen Phase in herkömmlicher Weise durch Ausfällung erfolgt. Das isolierte, wasserfeuchte Polymerisat wird, z.B. in einem Umlufttrockner bei Temperaturen von mindestens etwa 82 C, getrocknet. Zur Verbesserung bei der späteren Handhabung des Polymerisats kann das aus der Trocknungsstufe anfallende Polymerisat zur weitgehenden Entfernung von Wasser einen Vakuumextruder durchlaufen, worauf das extrudierte Produkt zu Pellets konfektioniert wird.

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Das erhaltene Polymerisat kann zur Herstellung von Fasern verwendet werden. Da Polymerisate mit hohem Gehalt an Acrylnitril leicht Feuchtigkeit bei der lagerung anziehen, ist es von Vorteil, die Polymerpellets unmittelbar vor ihrer Weiterverarbeitung einer Vakuumtrocknung zu unterwerfen. Das getrocknete Polymerisat wird dann zur Erzeugung von Endlosfäden in einen Extruder eingespeist. Dieser Extruder wird bei so hoher Temperatur betrieben, daß das Polymerisat schmilzt und ein guter Schmelzfluß des Polymerisats gewährleistet ist. Aus dem Extruder tritt das Polymerisat durch ein Filter (spinning pack filter system) aus, bevor es einer Spinndüse zugeleitet wird, die eine Vielzahl kleiner Löcher bestinntter Abmessungen aufweist. Solche Spinndüsen sind in der Technik allgemein bekannt. Für den Betrieb des Extruders, des Filters und der Spinndüse sind Temperaturen von etwa 177 bis etwa 26O°C geeignet. Vorzugsweise liegt die Betriebstemperatur des Extruders bei 177 bis 219°C. Ein bevorzugter Temperaturbereich für den Betrieb des Filters ist 204 bis 26O°C, wobei der Druck im Filtersystem im allgemeinen etwa 70 bis 245, vorzugsweise etwa 140 bis 210 kg/cm², beträgt. Die aus dieser Spinndüse austretenden Einzelfäden werden gekühlt, zweckmäßig durch kalte Gase oder Flüssigkeiten, meistens durch Kaltluft. Die Abkühlungsgeschwindigkeit wird im allgemeinen gleichmäßig gesteuert und der abgekühlte Endlosfaden wird dann auf eine geeignete Spule aufgewickelt. Der Aufwickelvorgang kann zu einer Verstreckung des Fadens benutzt werden oder das Aufwickeln kann ohne jegliche Verstreckung des Fadens erfolgen. Weiterhin kann die Aufwicklung mit konstanter Geschwindigkeit oder einer konstanten Zugspannung- erfolgen. Bei einer Verstreckung des Fadens betragen die Verstreckungsverhältnxsse etwa 10 : 1 bis etwa 1OO : 1, vorzugsweise etwa 20 : 1 bis etwa 50 : 1. Die Denierzahl des Fadens kann, nach Maßgabe des Verwendungszwecks der fertigen Faser, von etwa 5 bis zu etwa 100 oder mehr reichen. Die aufgewickelten Fäden oder Fasern können, nach Maß gäbe des Verwendungszwecks der Fasern, auf verschiedene Weise behandelt werden. Die Faser kann, entweder heiß oder kalt, einer NachverStreckung unterworfen werden, um einen größeren Orientierungsgrad in der Faser und somit eine größere Festigkeit zu bewirken, sie kann in kurze Stücke (Stapelfaser) geschnitten werden oder, entweder allein oder ver-

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mischt mit anderen Fasern, direkt verwebt werden. Die Fasern der Erfindung besitzen eine ausreichende Festigkeit, so daß sie ohne Nachverstreckung, entweder allein oder im Gemisch mit anderen Fasern, z.B. aus Polypropylen, verwendet werden können. Die Polymerisate der Erfindung können auch mit anderen faserbildenden Stoffen, wie Polypropylen, vermischt werden, worauf dieses Gemisch zu Fasern verarbeitet werden kann. Die Fasern der Erfindung besitzen gute Dehnungseigenschaften, was aus der guten Knotenfestigkeit hervorgeht. Gleichzeitig besitzen die Fasern eine gute Temperaturstabilität, wie anhand einfacher Bügelversuche gezeigt werden kann. Die Bedeutung des technischen Fortschritts, der sich aus der direkten Verspinnung der Faser aus der Schmelze ergibt, liegt auf der Hand.

Das Beispiel erläutert die Erfindung. Teileangaben beziehen sich auf das Gewicht, falls nicht anders angegeben.

Beispiel Herstellung des Polymerisats

Ein zur Faserherstellung geeignetes Polymerisat wird durch Emulsionspolymerisation wie folgt hergestellt:

Ein mit einer Einspeisungsvorrichtung, Rührer und Temperaturregler ausgerüstetes Reaktionsgefäß wird mit 200 Teilen Wasser, 2 Teilen des Di-Natriumsalzes eines geradkettigen äthoxylierten Alkoholhalbesters der Sulfobernsteinsäure, 2 Teilen Natrium-monoalkylphenoxybenzoldisulfonat, 0,2 Teilen Natrium-bisulfit und 15 Teilen Isobutylen beschickt. Nachdem man die Temperatur des Ansatzes auf 50°C gesteigert hat, wird der Rührer in Gang gesetzt. In einem getrennten Behälter wird ein Gemisch aus 70 Teilen Acrylnitril, 15 Teilen Styrol und 0,5 Teilen tert.-Dodecylmercaptan hergestellt. Weiterhin wird in einem getrennten Gefäß eine 0,5-prozentige wässrige Kaliumpersulfatlösung hergestellt. Dann wird das Reaktionsgefäß mit so viel Kaiiumpersulfatlösung versetzt, daß 0,5 Teile

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Kaliumpersulfat anwesend sind. Im wesentlichen gleichzeitig beginnt man mit- der Zugabe des Acrylnitril/Styrol/Mercaptan-Gemisches, wobei die Zugabe gleichmäßig und mit solcher Geschwindigkeit erfolgt, daß sie nach einer Gesamtzeit von 5 Stunden beendet ist. 4 Stunden nach Beginn der Zugabe des Acrylnitril/ Styrol/Mercaptan-Gemisches wird das Reaktionsgefäß mit weiterer Kaliumpersulfatlösung in solcher Menge versetzt, daß 0,25 Teile KaliumpersuIfat in das Reaktionsgefäß eingespeist werden. 7 Stunden nach Beginn der Zugabe der polymerisierbaren Monomeren wird die Polymerisation, bei einem Gesamtmonomerumsatz von 92%, abgebrochen. Nachdem man den erhaltenen Latex mit einer wässrigen Aufschlämmung eines alkylierten Arylphosphits in einer Menge von 1 Teil pro 100 Teile Polymerisat versetzt hat, wird das Polymerisat durch Zugabe des Latex zu einer 1-proζentigen Calciumchloridlösung bei einer Temperatur von 88°C ausgefällt, worauf das ausgefällte Polymerisat mit Wasser gewaschen und in einem Heißlufttrockner bei Temperaturen von 82 bis 88 C getrocknet wird. Das so erhaltene, getrocknete Polymerisat wird dann in einem Vakuumextruder einer weiteren Trocknung unterworfen und hierauf zu Pellets konfektioniert. Man erhält ein Polymerisat, das aus 69 Gewichtsprozent Acrylnitril, 16 Gewichtsprozent Styrol und 15 Gewichtsprozent Isobutylen aufgebaut ist.

Herstellung der Faser

Nachdem man das zu Pellets konfektionierte Polymerisat 1 Stunde bei 80 C in einem Vakuumofen getrocknet hat, wird es in einen Extruder eingespeist. Die verwendete Laboratoriums-Spinnvorrichtung besteht aus einem Extruder mit einem Durchmesser von 2,5 cm und einem L/D-Verhältnis von 25 : 1, bei einem Drei-Zonen-Temperatur-Kontrollsystem des Zylinders. Der Extruderauslaß führt über einen Ventiladapter zu einer Filtereinrichtung (spinning pack), die ein 0,15 mm-Sieb enthält, und dann in eine Spinndüse mit 104 Bohrungen mit jeweils 0,51 mm Durchmesser. Nachdem das aus der Düse austretende Spinnkabel im Luftstrom abgekühlt worden ist, werden die Fäden auf Spule gewickelt. Der Extruder wird mit einer Schneckendrehzahl von 18 U/min und bei einer Tempera-

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tür von 182 C in allen drei Zylinderabschnitten betrieben. Die Temperatur in der Filtereinrichtung beträgt 2 52°C bei einem Druck von 189 kg/cm². Die Kühlluft wird bei einem Druck von 0,7 kg/cm² gehalten, und die Drehzahl der Aufwickelspule wird so gesteuert, daß die Aufwickelgeschwindigkeit 14,7 m/min beträgt. Das Verstreckungsverhältnis des. aus der Spinndüse austretenden Fadens beträgt 40 : 1.

Fasereigenschäften

Die so erhaltenen Fasern besitzen eine mittlere Denierzahl von 59 und einen mittleren Durchmesser von 126 μ. Die mittlere Zugfestigkeit der unveränderten Faser beträgt 1,9 g/den bei einer Bruchdehnung von 27%. Die geknüpfte Faser besitzt eine mittlere Zugfestigkeit von 1,5 g/den und eine Dehnung von 16%, wobei die Retention, der Festigkeit beim Knoten etwa 80% beträgt.

Die in diesem Beispiel hergestellten Fasern neigen nur wenig zum Kleben am Bügeleisen, wenn sie einer üblichen Bügelung bei mittleren Temperaturexnstellungen unterworfen werden.

Dieses Beispiel zeigt, daß sich aus. den Polymerisaten der Erfindung'in einfacher Weise Fasern mit guten Festigkeitseigenschaften, ohne NachverStreckung, herstellen lassen.

Man kann auch das Polymerisat im Extruder z.B. mit Polypropylen vermischen und dieses Gemisch zur Faserherstellung verwenden. Weiterhin kann die aus dem unveränderten Polymerisat erhaltene Paser für andere Anwendungszwecke mit Polypropylenfasern vermischt werden.

Patentansprüche 509849/0911

Claims (4)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Fasern durch Verspinnen von Polymerisaten aus der Schmelze, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Polymerisat verwendet, das zu bis 75 Gewichtsprozent aus Acrylnitril, 13 bis 18 Gewichtsprozent aus Styrol und 13 bis 18 Gewichtsprozent aus Isobutylen aufgebaut ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß man das Polymerisat mittels eines Extruders einer Spinn-Filtereinrichtung und einer Spinndüse zuführt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den Extruder bei einer Temperatur von 177 bis 219°C, die Spinn-Filtereinrichtung bei einer Temperatur von 204 bis 26O°C und einem Druck von 70 bis 245 kg/cm², und die Spinndüse bei einer Temperatur von 204 bis 26O°C betreibt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das aus der Spinndüse austretende Spinnkabel einer Verstreckung im Bereich von 10 : 1 bis 100 : 1 unterwirft.

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