DE2657144C2

DE2657144C2 - Verfahren zur Herstellung hydrophiler Fasern

Info

Publication number: DE2657144C2
Application number: DE2657144A
Authority: DE
Inventors: Joachim Dross; Toni Herbertz; Rolf-B. 4047 Dormagen Hirsch; Hermann-Josef 4048 Grevenbroich Jungverdorben; Ulrich Dr. 4047 Dormagen Reinehr
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1976-12-16
Filing date: 1976-12-16
Publication date: 1982-12-02
Also published as: ATA892377A; JPS5378324A; JPS6144963B2; AT352250B; US4239722A; NL7713794A; DE2657144A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hydrophilen Fäden und Fasern aus fadenbildenden synthetischen Polymeren durch Verspinnen einer Lösung, die neben einem geeigneten Lösungsmittel noch 5 bis 50 Gew.-%, bezogen auf Lösungsmittel und Feststoff, einer Substanz enthält, die für das Polymere im wesentlichen ein Nichtlösungsmittel darstellt, die einen höheren Siedepunkt hat als das verwendete Lösungsmittel und die mit dem Spinnlösungsmittel und mit einer als Waschflüssigkeit für die Fäden geeigneten Flüssigkeit gut mischbar ist und anschließendes Auswaschen dieser Substanz aus den Fäden.

Ein solches Verfahren ist bereits in der DE-OS 2554124 vorgeschlagen worden.

Derartige z. B. aus Acrylnitrilpoiymerisaten gesponnene Fasern weisen eine Kernmantelstruktur auf und haben ein Wasserrückhaltevermögen von mindestens 10%. Je höher der Gewichtsanteil an zugesetztem Nichtlösungsmittel ist, desto höher vv.':O die Hydrophilie der Fäden.

Bei dieser Verfahrensweise ist jedoch insbesondere bei Spinnlösungen mit höheren Feststoffgehalten mit Schwierigkeiten hinsichtlich der Viskositätsstabilität der Lösung zu rechnen.

Hohe Feststoffkonzentrationcn sind jcclodi insofern wünschenswert, als hierdurch sehr hohe Leistungen erzielt und große Mengen an Spinnlösungsmittcl eingespart werden können.

Normalerweise lassen sich Polyacrylnitrillösungen mit K-Werten von ca. 80 nur als maximal 28 bis 33%ige Lösungen verspinnen, da bei höheren Konzentrationen die Viskositäten sehr stark ansteigen und Gelierungen auftreten.

Versetzt man aber beispielsweise ein Gemisch aus 6 kg Dimethylformamid und 1,5 kg Glycerin mit 2,5 kg Polyacrylnitrilpulver, so erhält man bei 100° C Lösetemperatur eine klare verspinnbare Lösung, die jedoch bei tieferen Temperaturen rasch trübe wird und bei ca. 80° C geliert.

Eine Spinnlösung aus beispielsweise 25 Gew.-% Polyacrylnitrilfeststoff, 10 Gew.-% Glycerin und 65 Gew.-% Dimethylformamid ist bei Lösetemperaturen unterhalb 100° C auch nach mehreren Stunden noch nicht viskositätsstabil.

Deshalb treten beim Verspinnen derartiger Lösungen verstärkt Abrisse und Fadenverklebungen auf.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe tugrunde, viskositätsstabile Lösungen auch bei Temperaturen unterhalb 100° C herzustellen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zuerst bei Raumtemperatur aus dem Lösungsmittel, dem Polymeren und der Substanz eine Suspension hergestellt, diese Suspension anschließend aufgeheizt wird und für mindestens eine Minute und höchstens 5 Minuten auf einer Temperatur belassen wird, die mindestens 30° C und höchstens 60° C über der Temperatur liegt, bei der die Suspension optisch homogen wird, und sie danach der Verspinnung zugeführt wird.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden vorzugsweise Acrylnitrilpolymerisate mit mindestens 50 Gew.-% Acrylnitrileinheiten versponnen. Das Spinnverfahren ist vorzugsweise ein Trockenspinn-

verfahren, jedoch kann auch naß versponnen werden. Als geeignete Nichtlösungsmittel kommen feste und flüssige Substanzen in Frage. Geeignete Nichtlöser sind beispielsweise die ein- und mehrfach substituierten Alkyläther und -ester mehrwertiger Alkohole wie Glycerin, Diäthylenglykol, Triäthylenglykol, Triäthylenglykoldiacetat, Tetraäthylenglykol, Glykolätheracetate; ferner hochsiedende Alkohole wie z. B. 2-Äthylcyclohexanol, Ester und Ketone oder auch Gemische. Als geeignete Feststoffe kommen z. B.

ein- oder mehrwertige Alkohole, Ester oder Ketone, wie z. B. Hexandiol-1,6 p. Hydroxybenzoesäuremethylester, anorganische oder organische Säuren und Salze, wie z. B. Isophthalsäure, Pyromellitsäure, Zinkchlorid und Magnesiumchlorid, oder auch Zukker, wie beispielsweise DL-Sorbose, in Betracht. Wichtig aber ist immer, daß die beigesetzten Stoffe gut in Wasser oder gegebenenfalls einer anderen Waschflüssigkeit löslich sind, damit sie im Zuge der Nachbehandlung der Fasern wieder entfernt werden können. Besonders bevorzugt sind Glycerin und Tetraäthylenglykol zu nennen.

Die Temperatur, auf die die Suspension erhitzt wird, liegt wie gesagt mindestens 30° C und höchstens 60° C über derjenigen, bei der die Lösung optisch homögen, d. h. blank wird. Diese Temperatur variiert jedoch naturgemäß in Abhängigkeit vom Feststoffgehalt, von der Zusammensetzung des Polymerisats, von der Art und Menge des zugesetzten Nichtlösungsmittels und der Art und Menge des Lösungsmittels.

f>*> Die Temperatur liegt jedoch in aller Regel oberhalb 100 C. vorzugsweise beträgt sie 120 bis 150" C.

Bei dieser Temperatur beläßt man die Spinnlösung für mindestens 1 Minute. Wird die Lösune für wenipcr

als 1 Minute auf diese Temperatur erhitzt, so treten an der Spinndüse noch Titerschwankungen auf, da ein vollkommen viskositätsstabiler Zustand noch nicht erreicht wurde.

Bei Verweilzeiten von 1 bis 15 Minuten, vorzugsweise 3 bis 5 Minuten werden jedoch einwandfreie Spinnlösungen erzeugt. Die Verweiizeiten sollen jedoch nicht oberhalb 15 Minuten liegen, insbesondere dann nicht, wenn man sich am oberen Rand des genannten Temperaturbereichs bewegt, weil sich sonst der Rohton der Lösung verschlechtert, d. h. es werden gelblich verfärbte Fasern erhalten.

Vorzugsweise wird die Spinnlösung im Anschluß an die Temperaturbehandlung filtriert und vorzugsweise bei der gleichen Temperatur unmittelbar der Spinndüse zugeführt. Es ist natürlich nicht erforderlich, die Verspinnung bei exakt der gleichen Temperatur wie der der Temperaturbehandlung durchzuführen, jedoch sollte darauf geachtet werden, daß die Spinnlösungen, nachdem sie einmal auf die hohen Temperaturen überführt worden sind, nicht mehr unterhalb 80° C abkühlen zu /assen, da sonst die Gefahr von Trübungen und Geiierungen besteht.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann z. B. eine 40%ige Lösung von Polyacrylnitril in Dimethylformamid, die 8 Gew.-% Glycerin enthält, ebenso einwandfrei zu hydrophilen Kemmantelfasern versponnen werden wie z. B. ein Gemisch aus 24 Gew.-% Polyacrylnitril, 24 Gew.-% Glycerin und 52 Gew.-% Dimethylformamid.

Die Abbildung zeigt die Abhängigkeit der Viskosität einer Lösung aus 25 Gew.-% Polyacrylnitril, 10 Gew.-% Glycerin u:d 65 Gew.-% Dimethylformamid von der Lösungstempera fur um¹ der Standzeit. Die Viskosität ist dabei in Kugelfallsekunden ausgedrückt (gemessen nach K. Jost, RcMogika Acta, Band 1, Nr. 2 bis 3 (1958), Seite 303).

In den folgenden Beispielen beziehen sich Teil- und Prozentangaben, wenn nicht anders vermerkt, auf das Gewicht.

Beispiel 1

10

15

20

30

35

16,5 kg Dimethylformamid (DMF) werden mit 7,2 kg Glycerin in einem Kessel unter Rühren vermischt. Anschließend werden 7,2 kg eines Acrylnitrilcopolymerisates aus 93,6% Acrylnitril, 5,7% Acrylsäuremethylester und 0,7% Natriummethallylsulfonat unter Rühren bei Raumtemperatur zudosiert. Die Suspension wird über eine Zahnradpumpe in einen mit einem Rührwerk versehenen Spinnkessel gepumpt. Dann wird die Suspension, die eine Feststoffkonzentration von 24% aufweist und die einen Glyceringehalt von 24 Gew.-%, bezogen auf DMF und Polyacrylnitrilpulver, besitzt, in einem 60 cm langen doppelwandigen Rohr von 8 cm innerem Durchmesser mit Dampf von 3,2 bar Druck erhitzt. Die Temperatur der Lösung am Rohrausgang beträgt 135° C. Im Rohr befinden sich mehrere Mischkämme zur Homogenisierung der Spinnlösung. Die Spinnlösung wird nach Verlassen der Aufheizvorrichtung filtriert und dem Spinnschacht zugeführt. Die gesamte Verweilzeit der Suspension von der Aufheizvorrichtung bis zur Spinndüse beträgt 10 Minuten.

Die Spinnlösung wird aus einer 180-Lochdüse nach Arbeitsweisen, die in derTechnik bekannt sind, trokkenversponnen. Das Spinngut vom Titer 1720 dtex sird auf Spulen gesammelt und zu einem Band vom Gesamtster 103'2OO cltex gefacht. Das Faserkabel wird anschließend in kochendem Wasser verstreckt und auf übliche Weise zu Fasern vom Endtiter 3,3 dtex nachbehandelt. Die Kern-Mantelfasern haben ein Wasserrückhaltevermögen von 117%. Reißfestigkeit 2,9 p/dtex; Reißdehnung 31%.

In der folgenden Tabelle sind weitere Spinnlösungszusammensetzungen angeführt. Sie wurden alle wie in Beispiel 1 beschrieben zu Kern-Mantelfasern vom Endtiter 3,3 dtex versponnen. Als Feststoff wurde das Polymerisat von Beispiel 1 eingesetzt. Alle Systeme sind nach herkömmlichen Löseverfahren infolge Gelierung nicht spinnbar.

Tabelle 1

40

50

55

60

65

Polymerfeststoff	Glycerin DMF	(%)	Wasserrückhaltever	2
gehalt (9c)	(%)		mögen der Fäden
		66	(nach DIN 53 814 in %)
19	17	62	105
19	19	52	153
22	22	52	145
27	21	52	110
31	17	52	73
36	12	52	75
40	8	Beispiel	28

60 kg DMF werden mit 17,5 kg Tetraäthylenglykol in einem Kessel unter Rühren vermischt. Anschließend werden 22,5 kg eines Acrylnitrilcopolymerisates der Zusammensetzung aus Beispiel 1 unter Rühren bei Raumtemperatur zudosiert. Die Suspension, die eine Feststoffkonzentra'.ion von 22,5% aufweist und die einen Tetraäthylenglykolgehalt von 17,5%, bezogen auf DMF und Polyacrylnitrilpulver besitzt, wird wie in Beispiel 1 beschrieben, gelöst, filtriert und versponnen. Das Spinngut wird zu hydrophilen Kern-Mantelfasern vom Endtiter 3,3 dtex nachbehandelt. Das Wasserrückhaltevermögen beträgt 98%. Reißfestigkeit 2,8 p/dtex, Reißdehnung 37%.

Beispiel 3

60 kg DMF werden mit 17,5 kg p-Hydroxybenzoesäuremethylester in einem Kessel unter Rühren vermischt. Anschließend werden 22..^; kg eines Acrylnitrilpolymerisates der Zusammensetzung aus Beispiel 1 unter Rühren bei Raumtemperatur zudosiert. Die Suspension, die eine Polymerfeststoffkonzentration von 22,5% aufweist und die einen festen p-Hydroxybenzoesäureestergehalt von 17.5% besitzt, wird wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt, versponnen und zu Kern-Mantelfasern vom Endtiter 3,3 dtex nachbehandelt. Das Wasserrückhaltevermögen beträgt 84%. Reißfestigkeit 2,6 p/dtex, Reißdehnung 39%.

Beispiel 4

Eine Suspension aus 60 kg DMF, 17,5 kg Glycerin und 22,5 kg eines Acrylnitrilcopolymerisates von der chemischen Zusammensetzung nach Beispiel 1, wird wie in Beispiel 1 beschrieben gelöst, filtriert und aus 150-Lochdüsen naßversponnen.

Das Fällbad besteht aus 45% DMF und 55% Wasser. Die Fallbadtemperatur beträgt 56° C. Die Ab» Zugsgeschwindigkeit liegt bei 5 m/min. Das Spinngut vom Titer 1500 dtex wird auf Spulen gesammelt und zu einem Band vom Gesamttiter 90'(X)O dtex gefacht.

Das Fasprkabel wird in kochendem Wasser 1:5,0fach verstreckt und auf übliche Weise zu Fasern vom Endtiter 2.5 dtex nachbehandelt. Die runden

5 6

Kern-Mantelfasp.m besitzen ein Wasserrückhaltever- beträgt nur ca, 4ü Sekunden,

mögen von 88%. Reißfestigkeit 2,1 p/dtex, Reißdeh- Dann wird wiederum aus einer 180-Lochdüse

nung 39%. trockenversj.. ;>neii. An den Eirzelkapillarep.

_R .....ι c fVeraleich) werden sianve iiien.ch^.ssivungrri beobachtet.

Be.spiel i (Vergieicnj ₅ Variationen in den Spinnbedingungen, beispiels-

a) 60,0 kg DMF werden mit 17,5 kg Glycerin in ei weise andere Abzugsgeschwindigkeiten, Luft-

nem Kessel unter Rühren vermischt. Anschlir- und Schachttemperaturen, bringen keine Vcr-

ßond werden 22,5 kg eines Acrylnitriküpolpne- besserung,

risatcs der chemischen Zusammensetzung aus b) Ein Teil der Spinnlösung wird 20 Minuten lang

Beispiel lunter Rühren bei Raumtemperatur zu- ι ο bei 135° C gehalten und wie in Beispiel 1 be-

dosicit. Die Suspension wird wie in Beispiel 1 be- schrieben versponnen und nachbehandelt. Die

schrieben gelöst und filtriert. Die Verweilzeit der Fasern besitzen einen cremefarbenen bis gelbii-

Suspension in der Aufheizvorrichtung bei 135"· C chen Rohton.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von hydrophilen Fäden und Fasern aus fadenbildenden synthetischen Polymeren durch Verspinnen einer Lösung, die neben einem geeigneten Lösungsmittel noch 5 bis 50 Gew.-%, bezogen auf Lösungsmittel und Feststoff, einer Substanz enthält, die für das Polymere im wesentlichen ein Nichtlösungsmittel darstellt, die einen höheren Siedepunkt hat als das verwendete Lösungsmittel und die mit dem Spinnlösungsmittel und mit einer als Waschflüssigkeit für die Fäden geeigneten Flüssigkeit gut mischbar ist und anschließendes Auswaschen dieser Substanz aus den Fäden, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst bei Raumtemperatur aus dem Lösungsmittel, dem Polymeren und der Substanz eine Suspension hergestellt, diese Suspension anschließend aufgeheizt wird und für mindestens eine Minute und höchstens 15 Minuten auf einer Temperatur belassen wird, die mindestens 30° C und höchstens 60° C über der Temperatur liegt, bei der die Suspension optisch homogen wird, und sie danach dor Verspinnung zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung der Verspinnung ohne Zwischenabkühlung zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zugesetzte Substanz Glycerin oder Tetraäthylenglykol ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymere ein Acrylniirilpolymeres mit mindestens 50 Gew.-% Acrylnitrileinheiten ist.