DE2706522A1 - Hydrophile acrylfasern mit verbesserter anfaerbbarkeit - Google Patents

Description

Bayer Aktiengesellschaft

Zentralbereich Patente, Marken und Lizenzen

5090 Leverkusen, Bayerwerk

Dn/Wes 15. Feb. 1977

Hydrophile Acrylfasern mit verbesserter Anfärbbarkeit

Es ist bereits vorgeschlagen worden, hydrophile Fäden und Fasern aus fadenbildenden synthetischen Polymeren herzustellen, indem man dem Spinnlösungsmittel 5 - 5o Gew.#, bezogen auf Lösungsmittel und Feststoff, einer Substanz zusetzt, die für das Polymere im wesentlichen ein Nichtlösungsmittel darstellt und die mit dem Spinnlösungsmittel gut mischbar ist und anschließend dieses Nichtlösungsmittel aus den hergestellten Fäden wieder entfernt. Bevorzugte Nichtlösungsmittel in diesem Verfahren sind mehrwertige Alkohole, wie Glyzerin und Glykole.

Derartige, z.B. aus Acrylnitrilpolymerisaten gesponnene Fäden und Fasern weisen eine Kern-Mantel-Struktur auf, wobei der Kern stark mikroporös und der Mantel im wesentlichen kompakt ist und haben ein WasserrUckhaltevermögen von mindestens Io %, Je höher der Gewichtsanteil an zugesetzten Nichtlösungsmitteln ist, desto höher wird die Hydrophilie der Fäden.

Die nach einem Trockenspinnprozeß hergestellten Fäden haben bei in der Technik üblichen Temperaturen des Schachtes und der Luft oberhalb des Siedepunktes des zu verdampfenden Spinnlösungsmittels, wie aus elektronen-mikroskopisehen Querschnitts- und Längsschnittsaufnahmen hervorgeht, in der Regel mittlere

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Porendurchmesser im Kern von ca. 4ooo bis 8000 51, während der Mantel in Abhängigkeit vom Nachbehandlungsverfahren im wesentlichen kompakt ist, d.h. wesentlich weniger große Poren als der Kern aufweist und diese Poren geringere Porendurchmesser haben, z.B. im Bereich von etwa 2oo bis 800 Ä.

Kern-Mantel-Fasern mit diesen Strukturmerkmalen zeigen eine ausgezeichnete Hydrophilie, Jedoch führen Poren von über etwa 4ooo Ä Porendurchmesser zu verstärkten Streulichteffekten beim Anfärben und somit zu einer starken Farbaufhellung. Zur Anfärbung derartiger hydrophiler, poröser Acrylfasern wird daher beim Färben mehr Farbstoff gebraucht, um die gleiche Farbtiefe zu erzielen wie auf normalen, im wesentlichen nicht porösen Provenienzen.

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß man hydrophile, poröse Kern-Mantel-Fasern mit guten Färbeeigenschaften durch Änderung der thermischen Bedingungen beim Spinnprozeß erhalten kann.

Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Herstellung von hydrophilen, gut anfärbbaren Fäden und Fasern aus fadenbildenden synthetischen Polymeren durch Verspinnen einer Lösung, die neben einem geeigneten Lösungsmittel noch 5 - 5o Qew.#, bezogen auf Lösungsmittel und Polymer, einer Substanz enthält, die für das Polymere im wesentlichen ein Nichtlösungsmittel darstellt und die mit dem Spinnlösungsmittel gut mischbar ist und anschließendes Entfernen des Spinnlösungsmittels, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Spinnlösung bei einer Temperatur unterhalb des Siedepunktes des verwendeten Spinnlösungsmittels verspinnt.

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Nach diesem Verfahren werden gut anfärbbare hydrophile Pasern und Fäden aus fadenbildenden, synthetischen Polymeren erhalten, die eine Kern-Mantel-Struktur mit einem stark mikroporösen Kern und einem im wesentlichen kompakten Mantel aufweisen und ein Wasserrückhaltevermögen von mindestens Io % haben und die dadurch gekennzeichnet sind, daß die Poren im Kern einen mittleren Porendurchmesser in Richtung des Faserquerschnitts von maximal 4ooo 51 aufweisen.

Erfindungsgemäß werden vorzugsweise Acrylnitrilpolymerisate mit mindestens 5o Gew.#, vorzugsweise mindestens 85 % Gew. % Acrylnltrileinheiten versponnen.

Als Spinnlösungsmittel kommen die zum Trockenspinnen bekanntten Lösungsmittel in Frage, z.B. Dimethylacetamid, Dimethylsulfoxid, N-Methylpyrrolidon, vorzugsweise aber Dimethylformamid.

Die dem Spinnlösungsmittel zugesetzten Nichtlösungsmittel sind ganz besonders bevorzugt solche, deren Siedepunkt höher liegt, vorzugsweise um 5o° C oder mehr, als der des Lösungsmittels. Das Nichtlösungsmittel muß sowohl mit dem Lösungsmittel als auch mit Wasser oder einer anderen im Nachbehand·!· lungsverfahren für die Fäden als Waschflüssigkeit verwendeten Flüssigkeit mischbar sein, vorzugsweise in jedem Verhältnis mischbar. Unter Nichtlösungsmitteln werden im Zusammenhang mit dieser Erfindung solche Substanzen verstanden, die das verwendete Polymer in praktischem Sinne nicht oder nur in sehr geringem Umfange lösen.

Solche Stoffe sind z.B. die ein- und mehrfach substituierten Alkyläther und -ester mehrwertiger Alkohole, wie beispielsweise Diäthylenglykolmono- oder -dimethyl-, -äthyl- und

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-butyläther, Diäthylenglykol, Triähtylenglykol, Tripropylenglykol, Triäthylenglykoldiacetat, Tetraäthylenglykol, Tetraäthyl englykoldimethyläther, Glykolätheracetate, wie.z.B. Butylglykolacetat. Ferner sind hochsiedende Alkohole, wie z.B. 2-Ähtylcyclohexanol, Ester oder Ketone, oder auch Gemische, z.B. aus Äthylenglykolaeetaten geeignete

Vorzugsweise werden Glyzerin und/oder Tetraäthylenglykol verwendet.

Das Spinnverfahren ist im Prinzip ein herkömmliches Trockenspinnverfahren aus stark polaren, organischen Lösungsmitteln, vorzugsweise Dimethylformamid (DMF). Jedoch wird erfindungsgemäß mit niedrigeren Schacht- und Lufttemperaturen gearbeitet. Bei einem üblichen Trockenspinnverfahren liegt die Schachttemperatur und vorzugsweise auch die Lufttemperatur über dem Siedepunkt des verwendeten Spinnlösungsmittels. Nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird dagegen mit Schachttemperaturen und vorzugsweise auch Lufttemperaturen gearbeitet, die unter dem Siedepunkt des Spinnlösungsmittels liegen.

Durch diese Arbeitsweise können völlig überraschenderweise im Kern der Kern-Mantel-Fasern Poren erzeugt werden, deren mittlerer Porendurchmesser in Richtung des Faserquerschnitts bis etwa 4ooo Ä, vorzugsweise etwa looo bis 2ooo 8 aufweisen.

Der Mantel dieser Kern-Mantel-Fasern ist im wesentlichen kompakt, d.h. er beinhaltet im Vergleich zum Kern praktisch

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keine optisch sichtbaren Hohlräume.

Bei der Herstellung der Fäden nach der vorliegenden Erfindung geht man im einzelnen zweckmäßig wie folgt vor:

Die Temperatur der Spinnlösung, die das Nichtlösungsmittel enthält, soll mindestens etwa 8o° C, vorzugsweise 12o - I5o° C, betragen. Bei dieser Temperatur wird die Spinnlösung in einen Spinnschacht versponnen, dessen Temperatur unterhalb der Siedetemperatur des verwendeten Spinnlösungsmittels liegt. Bei Verwendung von DMF als Spinnlösungsmittel beträgt die maximale Spinnschachttemperatur 15o° C und liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 2o bis etwa loo° C.

Die Temperatur der Spinnluft kann dabei Werte bis maximal 2oo° C annehmen. Bevorzugt werden Jedoch Spinnlufttemperaturen von 5o - 15o° C. Die Menge an Spinnluft, die erforderlich ist, um die Fäden im Spinnschacht ausreichend zu verfestigen, richtet sich naturgemäß nach den eingestellten Temperaturbedingungen. Sie kann im Einzelfall durch einfache Versuche ermittelt werden. In einem zylindrischen Spinnschacht der Länge 4oo cm und einem Durchmesser von 30 om hat sich eine Mindestspinnluftmenge von Io tir pro Stunde, vorzugsweise von mindestens 4o nr pro Stunde, als zweckmäßig erwiesen.

Die so ersponnenen Kern-Mantel-Fasern werden zuerst gewaschen, dann verstreckt und getrocknet wie in dieser Technik allgemein bekannt.

Die so hergestellten Fasern und Fäden besitzen eine gute, mit herkömmlichen Acrylfasern vergleichbare Anfärbbarkeit.

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

Beispiel 1

52 kg Dimethylformamid (DMF) wurden mit 12 kg Tetraäthylenglykol in einem Kessel unter Rühren vermischt. Anschließend wurden 36 kg eines Acrylnitrilcopolymerisates aus 93*6 % Acrylnitril, 5,7 % Acrylsäuremethylester und o,7 % Natriummethallylsulfonat unter Rühren bei Raumtemperatur zudosiert. Die Suspension wurde in einer Aufheizvorrichtung auf 135° C erhitzt. Die Spinnlösung wurde nach Verlassen der Aufheizvorrichtung filtriert und dem Spinnschacht zugeführt. Die gesamte Verweilzeit der Suspension von der Aufheizvorrichtung bis zur Spinndüse betrug ca. 5 Minuten.

Die Spinnlösung wurde aus einer 72-Loch-Düse trockenversponnen. Die Schachttemperatur betrug J5o° C, die Lufttemperatur 4o° C. Die eingesetzte Luftmenge betrug 4o nr pro Stunde. Das Spinngut vom Titer 244o dtex wurde auf Spulen gesammelt und zu einem Band vom Gesamttiter 1*708'000 dtex gefacht. Das Paserkabel wurde anschließend in kochendem Wasser 1 : 4,0-fach verstreckt, gewaschen, mit antistatischer Präparation versehen und unter Zulassung von 2o % Schrumpf getrocknet. Anschließend wurde gekräuselt und zu Stapelfasern von loo mm Länge geschnitten. Die Einzelfasern vom Endtiter 11 dtex hatten ein Wasserrückhaltevermögen nach DIN 53 8l4 von 49 %· Die Pasern besaßen eine ausgesprochene Kern-Mantel-Struktur· Der Flächenanteil des Mantels betrug ca. 5 % der gesamten Querschnittsfläche. Der mittlere Porendurchmesser war ca. looo X und die innere Oberfläche, nach der BEP-Methode ermittelt, betrug 57*1 (qm/g).

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Beurteilung der Anfärbbarkelt

Die Fasern wurden im Vergleich zu einer handelsüblichen
trockengesponnenen Acrylfaser gleichen Titers und gleicher Zusammensetzung in einer Konzentrationsreihe von o,1 - 4 % mit einem blauen Farbstoff der Formel

gefärbt und die Anfärbungen visuell und durch Remissionsmessungen untereinander verglichen. Der Farbstoffmehrverbrauch im Vergleich zu der handelsüblichen Acrylfaser betrug ^o %.

Beispiel 2

a) Die Spinnlösung aus Beispiel 1 wurde wie dort beschrieben versponnen, jedoch betrug die Schachttemperatur loo° C und die Lufttemperatur 5o° C.

Das Spinngut wurde wie in Beispiel beschrieben auf Spulen gesammelt, gefacht und zu Fasern vom Endtiter 11 dtex nachbehandelt. Das Wasserrückhaltevermögen der Fasern lag bei yj %, Die Fasern besaßen wiederum eine ausgesprochene Kern-Mantel-Struktur. Der Flächenanteil des Mantels betrug ca. Io % der gesamten Querschnittsfläche. Der mittlere Porendurchmesser, aus einer elektronenmikroskopischen Querschnittsaufnahme ermittelt, lag bei ca. l4oo A* und die innere Oberfläche betrug 48 (qm/g).

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Die Anfärbbarkeit wurde mit dem gleichen Farbstoff mit Hilfe einer Konzentrationsreihe, wie in Beispiel 1 beschrieben, ermittelt. Der Farbstoffmehrverbrauch im Vergleich zu der handelsüblichen Acrylfaser betrug 6o %,

b) Erhöhte man die Lufttemperatur beim Spinnprozeß bis auf maximal 2oo° C, so erhielt man wiederum Kern-Mantel-Fasern etwa gleicher Porenstruktur und Hydrophilie. Der Färbstoffmehrverbrauch zu handelsüblichen Fasern lag unverändert bei 6o %o

Erhöhte man die Lufttemperatur auf jjoo - 4oo° C, so nahm die Anfärbbarkeit der erhaltenen Kern-Mantel-Fasern weiter ab. Der Färbstoffmehrverbrauch gegenüber der handelsüblichen Provenienz lag bei 75 #.

Beispiel 3

6o kg DMF wurden mit Io kg Glyzerin in einem Kessel unter Rühren vermischt. Anschließend wurden 3o kg eines Acrylnitrilcopolymerisates der chemischen Zusammensetzung aus Beispiel 1 unter Rühren bei Raumtemperatur zudosiert und die Suspension wie in Beispiel l beschrieben gelöst, filtriert und aus einer 288 Loch-Düse bei 44° C Schachttemperatur und 6o° C Lufttemperatur versponnen. Das Spinngut vom Titer 2l5o dtex wurde auf Spulen gesammelt, gefacht und wie in Beispiel 1 beschrieben zu Fasern vom Endtiter 2,5 dtex nachbehandelt. Das Wasserrückhaltevermögen der Kern-Mantel fasern betrug 47 <f>. Der Flächenanteil des Mantels betrug ca. 5 % der gesamten Querschnittsfläche der Faser. Der mittlere Porendurchmesser lag bei ca. 800 Ä,und die innere Oberfläche war 34,5 qm/g.

Anfärbbarkeit: Farbstoffmehrverbrauch zu der handelsüblichen, trockengesponnenen Acrylfaser ./. 45 %·

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Beispiel 4

6l kg DMF wurden mit 9 kg Wasser in einem Kessel unter Rühren vermischt. Anschließend wurden 30 kg eines Acrylnitrilcopolymerisates der chemischen Zusammensetzung von Beispiel 1 unter Rühren bei Raumtemperatur zudosiert und die Suspension wie in Beispiel 1 beschrieben erhitzt, gelöst und filtriert. Die Spinnlösung wurde aus einer 9o-Loch-Düse bei einer Schachttemperatur von 8o° C und einer Lufttemperatur von 150⁰ C trockenversponnen. Die Luftmenge betrug 4o nr pro Stunde. Das Spinngut vom Titer Io2o dtex wurde auf Spulen gesammelt, gefacht und wie in Beispiel 1 beschrieben zu Pasern vom Endtiter 3,3 dtex nachbehandelt. Die Einzelfasern hatten ein Wasserrückhaltevermögen von 24 %. Die Fasern besaßen wieder eine Kern-Mantel-Struktur, wobei der Flächenanteil des Mantels ca. 12 % der gesamten Querschnittsfläche ausmachte. Der mittlere Porendurchmesser lag bei ca. 12oo Ä und die innere Oberfläche betrug 16 qm/g.

Anfärbbarkeit: Farbstoffmehrverbrauch zu der handelsüblichen Acrylfaser = 55 %»

Beispiel 5 (Vergleich)

Ein Acrylnitrilpolymerisat wie in Beispiel l beschrieben wurde analog mit DMF und Tetraäthylenglykol versetzt, gelöst, filtriert und wieder aus einer 72 Loch-Düse versponnen. Die Schachttemperatur betrug 160⁰C und die Lufttemperatur lag bei 25o°C.Das Spinngut wurde wie in Beispiel 1 ausgeführt zu Fasern vom Endtiter 11 dtex nachbehandelt. Das Wasserrückhaltevermögen der Fasern betrug 54 %. Die Fasern besaßen wiederum eine Kern-Mantel-Struktur. Der Flächenanteil des Mantels betrug

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ca. 18 % der gesamten Querschnittsfläche. Der mittlere Porendurchmesser lag bei 4ooo - 8000 S und die innere Oberfläche betrug 27 qm/g.

Anfärbbarkeit: Farbstoffmehrverbrauch zu der handelsüblichen Acrylfaser ./· 17o %,

Erhöhte man die Lufttemperatur bis auf maximal 4oo C, so trat keine weitere wesentliche Änderung der Hydrophilie, der Porengröße und der Anfärbbarkeit der Fasern auf.

Beispiel 6 (Vergleich)

Ein Acrylnitrilcopolymerisat wie in Beispiel 1 beschrieben wurde analog mit DMF und Tetraäthylenglykol versetzt, gelöst, filtriert und wie in Beispiel 1 angegeben bei 3o° C Schachttemperatur und 4o° C Lufttemperatur versponnen. Die Luftmenge betrug 2 rar pro Stunde. Schon nach kurzer Zeit tropfte aus dem Schachtende kondensiertes DMF heraus, was zu Verklebungen auf den Spulen führte. Ab einer Luftmenge von Io nr* pro Stunde wurde der Spinnverlauf besser und bei 4o rar Luft projstunde war der Spinnverlauf einwandfrei. Die Spinnlösungsmittel-Kondensation am Schachtende hörte vollkommen auf.

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Claims (9)

Patentansprüche

1) Verfahren zur Herstellung von hydrophilen, gut anfärbbaren Fäden und Fasern aus fadenbildenden synthetischen Polymeren durch Verspinnen einer Lösung, die neben einem geeigneten Lösungsmittel noch 5 - 5o Gew.#, bezogen auf Lösungsmittel und Polymer, einer Substanz enthält, die für das Polymere im wesentlichen ein Nichtlösungsmittel darstellt und die mit dem Spinnlösungsmittel gut mischbar ist, und anschließendes Entfernen des Nichtlösungsmittels, dadurch gekennzeichnet, daß man die Spinnlösung bei einer Temperatur unterhalb des Siedepunktes des verwendeten Spinnlösungsmittels verspinnt.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymere ein Acrylnitrilpolymerisat ist.

3) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Acrylnitrilpolymerisat zu mindestens 5o Gew.% aus Acrylnitrileinheiten besteht.

4) Verfahren nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Spinnlösungsmittel Dimethylformamid ist.

5) Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spinnschachttemperatur maximal 15o° C beträgt.

6) Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spinnlufttemperatur maximal 2oo° C beträgt.

7) Gut anfärbbare hydrophile Fasern und Fäden aus fadenbildenden synthetischen Polymeren, die eine Kern-Mantel-Struktur mit einem stark mikroporösen Kern und einem im wesentlichen kompakten Mantel aufweisen und ein WasserrUckhaltevermögen von mindestens Io % haben, dadurch gekennzeichnet, daß die Poren im Kern einen mittleren Porendurchmesser in Richtung des Faserquerschnitts von maximal 4ooo *λ aufweisen.

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ORIGINAL INSPECTED

8) Fäden und Fasern nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymere ein Acrylnitrilpolymerisat ist.

9) Fäden und Fasern nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Acrylnitrilpolymerisat zu mindestens 5o Gew.% aus Acrylnitrileinheiten besteht.

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