DE2759101A1

DE2759101A1 - Hochschrumpffaehige, hydrophile acrylfasern

Info

Publication number: DE2759101A1
Application number: DE19772759101
Authority: DE
Inventors: Alfred Dr Nogaj; Ulrich Dr Reinehr
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1977-12-30
Filing date: 1977-12-30
Publication date: 1979-07-12

Description

Hochschrumpffähige, hydrophile Acrylfasern
Die Erfindung betrifft hochschrumpffähige, hydrophile Acrylfasern oder -fäden, die eine Kern-Mantelstruktur besitzen sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.
Aus der DT-OS 25 54 124 ist bekannt, hydrophile Fäden und Fasern aus fadenbildenden, synthetischen Polymeren herzustellen, indem man dem Spinnlösungsmittel 5 bis 50 Gew.-%, bezogen auf Lösungsmittel und Feststoff, einer Substanz zusetzt, die für das Polymere im wesentlichen ein Nichtlösungsmittel darstellt,die einen höheren Siedepunkt hat als das verwendete Lösungsmittel und die mit dem Spinnlösungsmittel und einer als Waschflüssigkeit für die Fäden geeigneten Flüssigkeit gut mischbar ist und anschließend dieses Nichtlösungsmittel aus den hergestellten Fäden wieder auswäscht. Bevorzugte Nichtlösungsmittel in diesem Verfahren sind mehrwertige Alkohole, wie Glycerin, Zucker und Glykole.
Die nach diesem Verfahren erhältlichen Fäden und Fasern weisen eine ausgezeichnete Hydrophilie auf, sind jedoch nicht hochschrumpfend, was für eine Reihe von Einsatzzwecken wUnschenswert wäre.
Es wurde nun gefunden, daß man den in der DT-OS 25 54 124 beschriebenen Fäden und Fasern ausgezeichnete Hochschrumpfeigenschaften verleihen kann, wenn man sie im Zuge ihrer Herstellung bestimmten Nachbehandlungsbedingungen unterwirft.
Die Erfindung betrifft daher hochschrumpffähige, hydrophile, Kern-Mantel struktur aufweisende Fäden oder Fasern aus hydrophoben, fadenbildenden, synthetischen Polymeren mit einem Schrumpfvermögen von mindestens 35 %, einer Porosität von mindestens 10 % und einem Wasserrückhaltevermögen von mindestens 10 %.
Die verwendeten Polymeren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Fäden und Fasern sind insbesondere normalerweise hydrophobe Polymerisate, wie beispielsweise Polyamide, insbesondere aromatische Polyamide, Polyester, Polyvinylhalogenide vorzugsweise jedoch Acrylnitrilpolymerisate, die zu mindestens 40 Gew.-Yo und ganz besonders bevorzugt zu mindestens 85 Gew.-0/o aus Acrylnitrileinheiten aufgebaut sind.
Die Fäden und Fasern nach der Erfindung weisen eine Kern-Mantelstruktur auf. Erfindungsgemäß wird unter Kern-Mantelstruktur eine solche Struktur verstanden bei der im Rasterelektronenmikroskop nach üblichen Techniken präparierte Proben (z.B. Gefrierbruch, Ionenätzung und Goldbedampfung) im Faserquerschnitt eine Kern-Mantelstruktur erkennen lassen, wobei die im Kern erkennbaren Poren im Mittel deutlich größer sind als die Poren im Mantel. Der Mantel kann insbesondere kompakt erscheinen, d.h. er weist im wesentlichen keine Poren über 300 Q Durchmesser auf.
Die Manteldicke an der Faseroberfläche wird bestimmt als der Abstand des Faseräußeren (von außen senkrecht nach innen schreitend) bis zu der Stelle, an der der geschilderte Strukturunterschied erkennbar wird.
Die erfindungsgemäßen Fasern zeigen Faserquerschnitte, bei denen der Mantel einen Flächenanteil von 5 - 80 %, vorzugsweise 10 - 50 %, ausmacht. Im speziellen weisen die Fäden und Fasern nach der Erfindung einen mittleren Porendurchmesser von max. 10 000 W, vorzugsweise max. 4 000 Q, und ganz besonders bevorzugt max. 2 000 *, auf, wobei die Poren im Kern untereinander ein durchgängiges System bilden (keine Inselporen), welches für Flüssigkeiten, beispielsweise Wasser, auch durch den Mantel zugänglich ist.
Es ist nämlich für die Wasseraufnahmefähigkeit der erfindungsgemäßen Fasern und Fäden von Bedeutung, daß die Aufnahme von Flüssigkeiten und insbesondere Wasser nicht nur durch die Faserschnittenden erfolgt, sondern auch direkt lurch Kanäle im Mantel.
Die Porosität der erfindungsgemäßen Fäden beträgt mindestens 10 % und vorzugsweise mehr als 17 %. Das Wasserrückhaltevermögen liegt vorzugsweise über 20 %.
Die erfindungsgemäßen hochschrumpffähigen Fäden und Fasern werden hergestellt, indem man nach einem an sich bekannten Trockenspinnverfahren eine-Lösung verspinnt, die neben dem Polymeren und dem Spinnlösungsmittel 5 - 50 Gew.-%, bezogen auf Lösungsmittel und Polymerfeststoff, einer Substanz zusetzt, die für das verspinnende Polymere im wesentlichen ein Nichtlösungsmittel darstellt, die mit dem Spinnlösungsmittel und mit Wasser oder anderen, das Polymere nichtlösenden Flüssigkeit. die als Waschflüssigkeit geeignet ist, gut mischbar ist und dafür Sorge trägt, daß diese in der Spinnlösung enthaltende Substanz während des Spinnprozesses nicht ausdampft und diese Substanz aus den gesponnenen Fäden anschließend auswäscht.
Bei der Verwendung Von Acrylnitrilpolymerisaten kann die Hydrophilie der Fasern noch dadurch gesteigert werden, daß man Copolymerisate einsetzt welche Comonomere mit hydrophilen Gruppen enthalten. Besonders geeignete Verbindungen sind beispielsweise Acrylsäure, Methacrylsäure, Methallylsulfonsäure und ihre Salze sowie Acrylamide.
Als Spinnlösungsmittel kommen die zum Trockenspinnen bekannten Lösungsmittel in Frage, z.B. Dimethylacetamid, Dimethylsulfoxid, IT-Methylpyrolidon, vorzugsweise aber Dimethylformamid.
Die dem Spinnlösungsmittel zuzusetzende Substanz muß folgende Bedingungen erfüllen: Sie muß sowohl mit dem Spinnlösungsmittel als auch mit Wasser bzw. einer anderen, als Waschflüssigkeit geeigneten Flüssigkeit mischbar sein, vorzugsweise in jedem Verhältnis mischbar, und sie muß für das verwendete Polymere im praktischen Sinne ein Nichtlösungsmittel sein, d.h. daß sich das Polymere nicht oder nur in sehr geringem Umfange in dieser Substanz löst.
Solche Substanzen sind z.B. die ein- und mehrfach substituierten Alkyläther und -ester mehrwertiger Alkohole, wie beispielsweise Diäthylenglykolmono- oder -Dimethyl-, -äthyl- und -butyläther, Diäthylenglykol, Triäthylenglykol, Tripropylenglykol, Triäthylenglykoldiazetat, Tetraäthylenglykol, Tetraäthylenglykolmethyläther, Glykolätherazetate wie z.B. Butylglykolazetat. Ferner sind hochsiedende Alkohole wie 2-Äthylcyclohexanol, Ester oder Ketone oder auch Gemische solcher Verbindungen geeignet.
Vorzugsweise wird Glyzerin oder Tetraäthylenglykol verwendet. Ebenso lassen sich Feststoffe wie Zucker oder feste mehrwertige Alkohole vorteilhaft verwenden.
In einer besonderen Ausführungsform wird Wasser in einer Menge von 2 - 25 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmischung, als Spinnlösungszusatz verwendet. In diesem Falle wird die Spinnmischung auf eine Temperatur erhitzt, die mindestens der Temperatur entspricht, bei der eine klare Lösung entsteht, und dann bei einer Temperatur versponnen, die oberhalb des Gelierungspunktes dieser Lösung liegt. Vorzugsweise betragen bei einem solchen Spinnprozeß die Schacht-und Lufttemperaturen maximal den Wert der Temperatur der Spinnlösung. Liegt das Mischungsverhältnis von Polymerfeststoff zu Wasser bei mindestens 4 : 1, so ist es vorteilhaft, wenn die Schacht- und Lufttemperatur beim Spinnprozeß über der Spinnlösungstemperatur liegt.
Es ist weiterhin von Vorteil, Substanzen zu verwenden, die mit dem eingesetzen Spinnlösungsmittel keine azeotropen Gemische bilden, so daß sie wie im Falle DMF-Glyzerin oder DMF-Diäthylenglykolmischungen nahezu vollständig durch fraktionierte Destillation zurückgewonnen werden können.
Diese Substanzen werden dem Spinnlösungsmittel in Mengen von 5 - 50, vorzugsweise 10 - 20 Gew.-%, bezogen auf Lösungsmittel und Feststoff, zugesetzt. Der obere Grenzgehalt an zumischbarer Substanz wird in der Praxis durch die Spinnbarkeit der Polymerlösung bestimmt. Je höher der Gewichtsanteil an zugesetzter Substanz zum Spinnlösungsmittel ist, desto stärker wird die Porosität im Faserkern und um so höher das Wasserrückhaltevermögen der Fäden, die aus derartigen Spinnlösungagemischen hergestellt werden.
Um erfindungsgemäße Fäden und Fasern mit möglichst hoher Porosität zu erhalten, wählt man die Spinnbehandlung so, daß möglichst wenig der zugemischten Flüssigkeit während des Trockenspinnprozesses im Spinnschacht verdampft bzw.
durch das verdampfende Spinnlösungsmittel mitgerissen wird.
Möglichst niedrige Spinnschachttemperaturen, die nur knapp oberhalb des Siedepunktes des zu verdampfenden Spinnlösungsmittel liegen, kurze Spinnschächte und hohe Spinnabzüge und somit kurze Verweilzeiten im Spinnschacht, haben sich als äußerst vorteilhaft erwiesen. Die Spinnschachttemperatur soll aus diesen Gründen maximal 80 oC vorzugsweise 5 - 30 °C über der Siedetemperatur des verwendeten Spinnlösungsmittels liegen.
Durch diese Maßnahme bleibt der wesentliche Anteil (in der Regel etwa 90 %) der zugemischten Substanz im Spinnband bzw. in den Fäden. Er wird erst im Zuge der Nachbehandlung durch Auswaschen entfernt und die Faser in herkömmlicher Weise zur gebrauchsfertigen Faser weiterverarbeitet.
Eine weitere Möglichkeit, die erforderliche Porosität und Kern-Mantelstruktur zu erzeugen, besteht darin, daß man in an sich bekannter Weise eine Polymerlösung nach einem Trockenspinnprozeß verspinnt, wobei man die Fäden unmittelbar nach deren Austritt aus der Spinndüse, spätestens aber zu einem Zeitpunkt, wo die Fadenverfestigung noch nicht abgeschlossen ist, mit Wasserdampf oder dem Dampf einer anderen1 die Fäden koagulierenden Flüssigkeit in Berührung bringt.
Dieses Spinnverfahren ist im Prinzip ein herkömmliches Trockenspinnverfahren, vorzugsweise aus stark polaren organischen Lösungsmitteln wie Dimethylformamid, Dimethylacetamid und Dimethylsulfoxid. Es können aber auch Mischungen aus Polymeren, Spinnlösungsmittel und Nichtlöser für das Polymere, wie sie oben beschrieben worden sind, versponnen werden.
Für diese Verfahrensweise geeignete Dämpfe zur Koagulation c.er noch nicht verfestigten Fäden sind neben Wasserdampf alle Dämpfe von Substanzen, die für die versponnenen Polymerisate, insbesondere Acrylnitrilpolymerisate, ein Nichtlösungsmittel darstellen, wie beispiel;weise im Falle von Acrylnitrilpolymerisaten, ein-und mehrfach substituierte Alkyläther und Ester mehrwertiger Alkohole, wie Diäthylenglykol, Triäthylenglykol, Tripropylenglykol, Triäthylenglykoldiazetat, Tetraäthylenglykol, Glykolätherazetate. Ferner sind Alkohole wie 2-Xthylcyclohexanol, Glyzerin, Ester oder Ketone oder Gemische, z.B. aus Äthylenglykolazetaten, geeignet. Besonders bevorzugt sind neben Wasser solche Substanzen, die sich leicht verdampfen lassen, deren Flammpunkt hoch liegt und deren Brennbarkeit gering ist, beispielsweise Methylenchlorid und Tetrachlorkohlenstoff.
Je nach Ort und Intensität der Dampfeinblasung auf die Polymerfäden sowie den thermischen Bedingungen in Spinnschacht lassen sich sowohl die Querschnittsstrukturjals auch die Breite der Mantelfläche und die Hydrophilie der Fäden steuern. So erhält man immer dann Kern-Mantel-Fasern mit runden bis kreisförmigen Querschnittsformen und sehr dünner Mantelfläche von maximal ca. 25 % der gesamten Querschnittsfläche und einem extrem hohen Wasserrückhaltevermögen von ca. 60 Xo und mehr, wenn man die Yerspinnung bei niedriger Schachttemperaturen von maximal 140 °C, vorzugsweise von 20 - 120 OC, durchführt.
Bei höheren Schachttemperaturen, vorzugsweise oberhalb 160 OC, erhält man Kern-Mantel-Fasern mit ovalen bis trilobalen Querschnittsformen und Wasserrückhaltewerten von ca. 20 - 60 %, wobei die Mantelfläche ca. 60 % der gesamten Querschnttsfläche ausmachen kann.
Die Dicke und somit die Saumbreite der Mantelfläche läßt sich nach dieser Verfahrensweise durch die Wahl des Verhältnisses von Luft zu Dampfgemisch derart steuern, daß bei hohem Dampf und niedrigen Luftmengen überwiegend Kern-Mantel-Fasern mit großer Saumbreite der Mantelfläche, die bis zu 80 % der gesamten Querschnittsfläche ausmachen kann, erzeugt werden.
Setzt man nur wenig Dampf im Verhältnis zur Luftmenge ein, so erhält man umgekehrt Kern-Mantel-Fasern, die sich mehr und mehr der beim Trockenspinnprozeß üblichen Hantelform nähern und die ein entsprechend niedriges Wasserrückhaltevermögen aufweisen, wobei die Saumbreite des Mantels zunehmend geringer wird.
Um eine zu starke Kondensation von Wasserdampf und Lösungsmittelgemischen im Spinnschacht zu vermeiden, hat sich eine Schachttemperatur von über 100 OC, vorzugsweise 105-140 OC, bei möglichst kurzen Schachtlängen, beispielsweise von im Länge, als optimal erwiesen.
Um bei den erfindungsgemäßen Fäden die Mindestporosität von 10 9' zu erhalten, setzt man bei Anwendung des Herstellungsverfahrens, bei dem dem Spinnlösungsmittel Nichtlöser zugesetzt wird, diesen in einer Menge von mindestens 10 Gew.-%, bezogen auf Polymerfeststoff, zu, trägt während des Spinnprozesses dafür Sorge, daß der Nichtlöser im wesentlichen nicht verdampft und behandelt die erhaltenen Fäden thermisch so schonend nach, daß die entstandenen Poren nicht kollabieren.
Das Wasserrückhaltevermögen von mindestens 10 96 ergibt sich bei den auf die beschriebene Weise hergestellten Fasern wenn die Porosität mindestens 10 % beträgt.
Die erfindungsgemäßen Fäden und Fasern haben mittlere Porendurchmesser von höchstend 10 000 i. Die Porengröße kann beeinflußt werden durch die Spinn- und Nachbehandlungsbedingungen. Bei dem beschriebenen Verfahren unter Zusatz von Nichtlösern werden bei Zusatz von hochsiedenden Nicht lösungsmittel wie Glyzerin oder Tetraäthylenglykol Porengrößen von etwa 4 000 i erhalten, wenn die Schachttemperatur ca. 180 0C und die Lufttemperatur etwa 350 °C beträgt.
Kleinere Poren werden erhalten, wenn die Schacht- und Lufttemperaturen abgesenkt werden. Mittlere Porengrößen von unter etwa 2 000 z erhält man, wenn die Schacht- und Lufttemperaturen unterhalb des Siedepunktes des verwendeten Spinnlösungsmittels liegen.
Durch die genannten Verfahrensweisen werden im Kern kanalnetzartig miteinander verbundene Poren erzeugt, die ein durchgängiges System bilden, wobei gleichzeitig der Mantel eine Struktur aufweist, die den Durchtritt von Wasser zum Kern ermöglicht.
Die Saumbreite des Mantels läßt sich abgesehen von der oben bereits beschriebenen Möglichkeit in folgender Weise beeinflußen: Je höher der Polymerfeststoffgehalt im Verhältnis zum eingesetzten Nichtlöser ist, desto größer wird die Saumbreite des Mantels.
Im einzeln läßt sich eine gewünschte Saumbreite durch einfache Vorversuche leicht festlegen.
Die Nachbehandlung der so hergestellten Faserbänder oder -fäden wird zur Erzeugung des Hochschrumpfes wie folgt durchgeführt.
Das Spinngut wird maximal 1:3,0-fach bei Temperaturen bis zu 89°C verstreckt, bei Temperaturen bis zu 70°C gewaschen, gegebenenfalls mit antistatischer Präparation versehen und unter Spannung bei maximal 700C getrocknet, gekräuselt und zu Stapelfasern geschnitten. Der Waschprozeß kann naturgemäß auch vor dem Streckprozeß durchgeführt werden. Derartig hergestellte hochschrumpffähige,hydrophile Kern-Mantelstruktur- aufweisende Acrylfasern haben einen Faserkochschrumpf von über 35 % und eine Faserfestigk ca. . 1,5 cN/dtex.
Will man hochschrumpffähige, hydrophile Acrylfasern mit höheren Festigkeiten unter Beibehaltung eines hohen Schrumpfniveaus von über 35 % herstellen so hat sich folgende Verfahrensweise besonders bewährt: Das trockengesponnene Gut wird im Verhältnis bis 1 : 3,0 bei 60 - 100 °C vorverstreckt und bis zu einem Verhältnis von 1 : 2,5 bei Temperaturen zwischen 60 und 90 °C nachverstreckt, wobei der Gesamtstreckgrad der in wäßrigem Milieu durchgeführten Verstreckungen mindestens 1 : 3,0 beträgt. Anschließend wird im feuchten Zustand bei Temperaturen bis maximal 900C gekräuselt und bei Temperaturen von maximal 700C getrocknet.
Die Vorverstreckung nimmt man am vorteilhaftesten im Bereich bis zu 1:3,0 bei Strecktemperaturen von 750C bis Kochtemperatur in wäßrigem Medium vor. Die Nachverstreckung kann im Bereich bis 1:2,5 bei Strecktemperaturen bis maximal 900C, vorzugsweise 60 bis 750C, , liegen. Der gesamte Verstreckungsgrad der in wäßrigem Medium durchgeführten Vor- und Nachverstrekkung soll mindestens das Dreifache der Ursprungslänge der Acrylfasern ausmachen, um die gewünschte Faserfestigkeit von mindestens 2 p/dtex zu erreichen. Die angegebenen oberen Streckverhältnisse und unteren Strecktemperaturen stellen die Grenzen des Verfahrens dar, ausserhal1) derer infolge verstärkt auftretender Störungen keine einwandfreie, kontinuierliche Herstellung von hochschrumpffähigen, trockengesponnenen Acrylfasern möglich ist.
Würde man herkömmlich trockengesponnene Acrylfasern in einem Zuge direkt 1 : 4,5 bei Temperaturen zwischen 60 und 90 OC verstrecken, so würde man wohl die gewünschte Festigkeit, in keinem Falle aber die gewünschte Schrumpfhöhe von 35 % erreichen.
Ein Vorteil ist, wie schon erwähnt, die hohe Festigkeit derartig in zwei Stufen unterschiedlicher Recktemperaturen hergestellten hochschrumpffähigen Acrylfasern oder -fäden. Besonders hohe Faserfestigkeiten erzielt man immer dann, wenn man die Vorreckung möglichst bei hohen Temperaturen, vorzugsweise bei Kochtemperatur in wäßrigem Medium vornimmt und die Nachreckung bei Temperaturen bis maximal 90 OC, vorzugsweise 60 - 75 oC durchführt.
Durch die höhere Verstreckung von Hochschrumpffasern unter Beibehaltung ihres Schrumpfniveaus wird nicht nur eine höhere Faserfestigkeit erreicht, sondern durch den höheren Streekgrad auch ein feinerer Faserendtiter.
Dies ist ein weiterer großer Vorteil, weil hochschrumpffähig Acrylfasern mit>35 % Schruipf lit feinen Titern, beispielsweise unter 3,3 dtex, sich nach dem herkö-lichen Trockenspinnprozeß infolge ihres niedrigen Streckgrades von maximal 250 % nur bei niedrigen Spinnleistungen herstellen lassen. Durch die Anwendung dieses Verfahrens lassen sich jedoch hochschrumpffähige Acrylfasern 11 Titerbereich bis zu 1,6 dtex ohne weiteres verwirklichen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden die Faserkabel vor oder nach dem ersten Streckprozeß bei Temperaturen gewaschen, die zweckmäßigerweise nicht oberhalb der Strecktemperatur liegen, um das Schrumpfniveau der Fasern beizubehalten. Natürlich kann man eine Wäsche auch noch nach dem zweiten Streckvorgang vornehmen. Hierbei darf die Waschwannentemperatur die Strecktemperatur des zweiten Reckschrittes nicht überschreiten, um die Schrumpfhöhe beizubehalten.
Anschließend werden die Faserkabel feucht gekräuselt, vorzugsweise wird die Kräuselung in einer Stauchkaimer aufgebracht. Es ist zweckmäßig, vor der Kräuselung eine antistatische Präparation aufzubringen. Zur Erzielung der gewünschten guten Hauftungseigenschalften von Rochschrumpffasern wird bei der feuchten Stauchkammerkräuselung zusätzlich mit Sprühdampf bis maximal 1 atü und mit Begleitheizung bis maximal 90 oc gearbeitet, wodurch eine stabile, intensive Kräuselung erzeugt wird.
Durch Stauchkammerkräuselung der feuchten, avivierten, verstreckten Faserbänder wird außerdem die Beibehaltung der Schrumpfhöhe gewährleistet, da bei Kräuselung trockener Faserbänder bei Sprühdampfzufuhr und Begleitheizung Schrumpiverluste auftreten.
Zur Herstellung von Fasern werden die Faserbänder anschließend zu Stapelfasern geschnitten und bei Temperaturen unterhalb 70 OC. vorzugsweise 40 OC, getrocknet.
Der Schneidprozeß kann auch wahlweise nach der Trocknung der Faserkabel vorgenommen werden.
Die Bestimmung der im vorgehenden mehrfach erwähnten physikalischen größen wurden wie nachstehend beschrieben ausgeführt. Diese Meßmethoden beziehen sich auf gefärbte bzw. blindgefärbte von Präparation befreite Fasern, Garne oder Textilflächengebilde.
Meßmethoden: Quecksilber-Dichte-Bestimmung (#Hg) Nach Ausheizen der Probe bei 50 °C unter Vakuum (10-2 mbar) wird die Hg-Dichte (mittlere scheinbare Dichte) durch Volumenmessungen in Quecksilber bei einem Überdruck von 10 bar festgestellt.
Helium-Dichte-Bestimmung (9He) Nach Ausheizen der Probe bei 50 OC unter Vakuum (10'2 bar) wird die Helium-Dichte ("wahre Dichte") durch Volumenmessung in Helium mit einem Gasvergleichspyknometer festgestellt.
Defination der Porosität (P3 R = 1- (3Hg/He) . 100 % Definition der Kern-Mantelstruktur Im Rasterelektronenmikroskop nach üblichen Techniken - mit Gefrierbruch, Ionenätzung und Goldbedampfung - präparierte Proben lassen im Faserquerschnitt eine Kern-Mantelstruktur erkennen, dadurch gekennzeichnet, daß die im Kern erkennbaren Proben im Mittel deutlich größer sind als die Poren im Mantel. Der Mantel kann insbesondere kompakt erscheinen, d.h. im wesentlichen keine Poren über 300 i Durchmesser aufweisen.
Die Manteldicke an der Faseroberfläche wird bestimmt als der Abstand des Faser-Äußeren (von außen senkrecht nach innen schreitend) bis zu der Stelle an der der geschilderte Strukturunterschied erkennbar wird.
Bestimmung des Wasserrückhaltevermögens (WR) Das Wasserrückhaltevermögen wird in Anlehnung an die DIN-Vorschrift 53 814 (vgl. Melliand Textilberichte 4 1973, Seite 350) bestimmt.
Die Faserproben werden 2 Stunden in Wasser getaucht, das 0,1 % Netzmittel enthält. Danach werden die Fasern 10 Minuten zentrifugiert mit einer Beschleunigung von 10 000 m/sec2 und die Wassermenge gravimetrisch ermittelt, die in und zwischen den Fasern zurückgehalten wird.
Zur Bestimmung des Trockengewichtes werden die Fasern bis zur Feuchtekonstanz bei 105 °C getrocknet. Das Wasserrückhaltevermögen (WR) in Gewichtsprozent ist: WR = mf mtr- x 100 mtr mf = Gewicht des feuchten Fasergutes mtr = Gewicht des trockenen Fasergutes.
Bestimmung des mittleren Porendurchmessers d Aus der Porosität P und der inneren Oberfläche 0 nach der 1-Punkt-BET-Methode mit Stickstoff (Ausgangsdruck 1 atü, Sorptionstemper,tur die des flüssigen Stickstoffes) wird d ermittelt.
Außerdem wurden elektronenmikroskopische Aufnahmen von kontrastierten Dünnschnitten und rasterelektronenmikroskopischen Bruchflächen zur Charakterisierung der Porenstruktur herangezogen; die optisch beobachteten Porendurchmesser sind im allgemeinen größer als der oben ermittelte Wert d. Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung. Teil und Prozentangaben beziehen sich, werni nicht anders vermerkt, auf das Gewicht.
Beispiel 1: A) 19,9 kg DMF wurden mit 4,8 kg Glyzerin in einem Kessel unter Rühren vermischt. Anschließend wurden 5,1 kg eines Acrylnitrilcopolymerisates aus 93,6 % Acrylnitril, 5,7 % Acrylsäuremethylester und 0,7 X Natriummethallylsulfonat unter Rühren zudosiert, 1 Stunde lang bei 80 oC gerührt, filtriert und die fertige Spinnlösung in einem Spinnschacht in an sich bekannter Weise aus einer 180-Loch-Düse trockenversponnen.
Die Schachttemperatur betrug 160 00. Die Viskosität der Spinnlösung, welche eine Feststoffkonzentration von 17 * aufwies und die einen Glyzeringehalt von 15,7 Gew.-%, bezogen auf DMF + Polyacrylnitrilpulver, besaß, betrug 85 Kugelfallcekunden. Zur Viskositätsbestimmung mit der Kugelfallmethode vergleiche: K. Jost Rheologica Acta Band 1, Nr. 2-3 (1958), Seite 303. Das Spinngut vom Titer 1 700 dtex wurde auf Spulen gesammelt und zu einem Band vom Gesamttiter 102'000 dtex gefacht. Nach Verlassen des Spinnschachtes waren noch 14,1 Gew.-% Glyzerin im Spinnband.
Der Glyzeringehalt im Spinnband wurde durch gaschromatographische Analyse bestimmt. Das Faserkabel wurde anschließend in Wasser von 75 °C 1 : 2,5 fach verstreckt, in 50 °C warmen Wasser unter geringer Spannung 3 Minuten lang gewaschen und mit antistatischer Präparation versehen. Dann wurde in einer Trockenvorrichtung unter Spannung bei maximal 40 oC getrocknet, gekräuselt und zu Fasern von 60 mm Stapellänge eingeschnitten.
Die Fasern besaßen nach Verlassen des Spinnschachtes, wie rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen bei 780-3 800-facher Vergrößerung zeigen, eine ausgesprochene Kern-Mantelstruktur bei unregelmäßiger, meist trilobaler Querschnittsform.
Die Einzelfasern vom Endtiter 4,7 dtex hatten eine Hekiumdichte von 1,155 g/cm³ und eine Quecksilber-Dichte von 0,862 g/cm' bei einem Wasserrückhaltevermögen von 32.8 % und eine Porosität von 25.4 %, die inhere Oberfläche betrug 9,7 m²/g und der mittlere Porendurchmesser 106 nm.
Die Saumbreite der Mantelfläche betrug ca. 4 #m. Durch quantitative Analyse mit dem Bildanalysengerät "Classimat" der Firma Leitz wurden über 100 Faserquerschnitte zur Bestimmung der Kern- bzw. Mantelfläche der Fasern ausgewertet. Danach entfallen im Durchschnitt 32 % der Querschnittsfläche auf die Saumbreite des Mantels.
Der Faserkochschrumpf einer Reihe von Einzelfäden beträgt 38,7 /o in siedendem Wasser. Faserfestigkeit 1,6 cN/dtex.
B) Ein Teil des Faserkabels wurde in kochendem Wasser 1 : 1,5 verstreckt und anschließend in drei hintereinander folgende Waschwannen bei 80 0 (Waschwanne 1+2) und 50 OC (Waschwanne 3) unter Spannung gewaschen.
Dann wurde 1 : 2,0 bei 75 OC Streckwannentemperatur nachgestreckt, so daß ein Gesamtstreckgrad vonn 300 % d.h. das Dreifache der ursprünglichen Kabellänge resultiert. Die Kabelgeschwindigkeit nach der zweiten Reckung beträgt 50 m/Min. Das Faserkabel wird anschliessend mit anti statischer Präparation versehen und unter Zuführung von Sprühdampf in einer Stauchkammer gekräuselt. Dann wird zu Stapelfasern geschnitten und über eine Trockenvorrichtung bei 30 - 40 0C getrocknet.
Der Einzelfaser-Endtiter beträgt 4,0 dtex. Der Faserschrumpf einer Reihe von Einzelfäden beträgt 42,9 % in siedendem Wasser.
Faserfestigkeit: 2,3 cN/dtex Heium-Dichte: 1,17 g/cm3 Quecksilber-Dichte: 0,862 g/cm3 Wasserrückhaltevermögen: 27,9 % Porosität: 26,3 % Innere Oberfläche: 10,8 m²/g Beispiel 2: A) 10,4 kg DMF wurden mit 2,15 kg Glyzerin in einem Kessel unter Rühren vermischt. Anschließend wurden 2,85 kg eines Acrylnitrilcopolymerisates aus 90 % Acrylnitril, 5 % Acrylamid und 5 % N-Methoxymethylacrylamid unter Rühren zudosiert, 1 Stunde lang bei 80 0C gerührt, filtriert und die fertige Spinnlösung wie in Beispiel 1 beschrieben versponnen.
Die Viskosität der Spinnlösung, die einen Feststoffgehalt von 15 Gew.-% bei einem Glyzeringehalt von 14,5 Gew.-%, bezogen auf DMF und PAN-Feststoff, aufwies, betrug 65 Kugelfallsekunden.
Das Spinngut vom Titer 1 700 dtex wurde wieder zu einem Kabel gefacht und wie in Beispiel 1 A dargelegt nachbehandelt.
Die Fasern besaßen wieder einen unregelmäßigen, meist trilobalen Querschnitt mit ausgeprägter Kern-Mantelstruktur.
An den Einzelfasern vom Endtiter 4,6 dtex wurden die folgenden physikalischen Meßdaten bestimmt: Hclium-Dichte: 1,16 g/cm3 Quecksilber-Dichte: 0,857 g/cm3 Porosität: 26,1 % Wasserrückhaltevermögen: 34.9 % Innere Oberfläche: 7,6 m2/g Mittlerer Porendurchmesser: 145 nm Mantelflächenanteil: 35 96 Faserkochschrumpf: 41,3 % Faserfestigkeit: 1,5 cN/dtex B) Ein Teil des Faserkabels wurde in kochendem Wasser gewaschen und dann um das 1,75-fache seiner Ausgangslänge bei Kochtemperatur in Wasser verstreckt. Dann wurde in drei hintereinander folgenden Waschwannen bei 50 °C nachgewaschen und bei 75 °C 1 : 1,87-fach nachverstreckt, so daß ein Gesamtstreckgrad von 330 % resultiert. Das Faserkabel wurde wie in Beispiel 1 B präpariert, gekräuselt, bei 30 - 40 OC getrocknet und zu Stapelfasern eingeschnitten. Der Einzelfaser-Endtiter beträgt 3,5 dtex. Der Faserschrumpf einer Reihe von Einzelfäden beträgt 41,7 % in siedendem Wasser.
Faserfestigkeit: 2,5 cN/dtex Helium-Dichte: 1,18 g/cm³ Quecksilber-Dichte: 0,822 g/cm3 Wasserrückhaltevermögen: 29,3 * Porosität: 30,3 % Innere Oberfläche: 8,4 m2/g In der folgenden Tabelle I wird eine Auswahl von verschiedenen Streck- und Temperaturbedingungen angeführt, bei der für hydrophile Kern-Mantelstruktur aufweisende Acrylfaserkabel mit der chemischen Zusammensetzung von Beispiel 2 Faserschrumpfwerte von mindestens 35 % und Faserfestigkeiten von mindestens 2 cN/dtex erzielt werden. Die Nachbehandlung der Faserkabel wurde wie in Beispiel 1 B dargelegt, durchgeführt. Die Faserschrumpfwerte wurden jeweils an einer Serie von mindestens 10 Einzelkapillaren in sie dendem Wasser mehrfach bestimmt.
Wie man der Tabelle entnehmen kann, nimmt mit zunehmenden Streckgrad das Wasserrückhaltevermögen ab.
Tabelle I Versuch Vorver- Streck- Nachver- Streck- Gesamt- Einzelfaser Faserfestig. Faser- WR streckung temp. streckung temp. verstr. Titer dtex cN / dtex schrumpf % % 1 1:1,5 100° 1:2,25 75° 1:3,38 3,4 2,2 46,4 31,4 2 1:3,0 100° 1:1,5 75° 1:4,5 2,6 3,1 35,7 25,3 3 1:1,75 75° 1:1,75 75° 1:3.06 3,9 2,0 45,1 32,9 4 1:2,0 75° 1:1,75 75° 1:3,5 3,3 2,1 41,8 28,1 Beispiel 3 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 0,7 % 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 30 0C, die Lufttemperatur 40 OC. Die eingesetzte Luftmenge betrug 40 m3 pro Stunde. Das Spinngut vom Titer 2 440 dtex wurde auf Spulen gesammelt und zu einem Band vom Gesamttiter 1'707'000 dtex gefacht. Das Faserkabel wurde anschließend in 75 0C warmen Wasser 1 : 2,5-fach verstreckt, bei 50 OC mit Wasser gewaschen, mit antistatischer Präparation versehen und unter Spannung bei 40 OC getrocknet. Anschließend wurde gekräuselt und zu Stapelfasern von 100 mm Länge geschnitten. Die Einzelfasern vom Endtiter 17 dtex hatten ein Wasserrückhaltevermögen nach DIN 53 814 von 49 %. Die Fasern besaßen eine ausgesprochene Kern-Mantelstruktur.
Der Flächenanteil des Mantels betrug ca. 5 % der gesamten Querschnittsfläche. Der mittlere Porendurchmesser war ca.
1 000 2 und die innere Oberfläche, nach der BET-Methode ermittelt, betrug 57,1 (qm/g).
An den Einzelfasern vom Endtiter 17 dtex wurden die folgenden physikalischen Meßdaten bestimmt: Faserkochschrumpf: 37,4 % Faserfestigkeit: 1,5 cN/dtex Helium-Dichte: -,18 g/cm3 Quecksilber-Dichte: 0,834 g/cm3 Porosität: 29,3 % Wasserrückhaltevermögen: 38 % Innere Oberfläche: 56,2 m²/g Mittlerer Porendurchmesser: 25 mm Mantelflächenanteil: 5 % Beispiel 4 Ein Acrylnitrilcopolymerisat aus 93,6 °h Acrylnitril, 5,7 % Acrylsäuremethylester und 0,7 % Natriummethallylsulfonat mit K-Wert 81 wurde in Dimethylformamid (DMF) bei 80 °C gelöst. Die filtrierte Spinnlösung, die eine Endkonzentration von ca. 30 Gew.-° aufwies, wurde aus einer 180-Loch-Düse trockenversponnen. In den Spinnschacht (Lange 600 cm, # 30 cm) wurden oberhalb der Düse 25 kg Sattdampf pro Stunde sowie 10 cbm Luft von 150 0 pro Stunde eingeblasen. Die Schachttemperatur betrug 140 oC. Pro kg erstelltes Spinngut wurden ca. 5,8 kg Dampf verbraucht. Der DMF-Gehalt der Fäden lag bei 59 %, bezogen auf Polymerfeststoff. Die Fäden vom Gesamttiter 2 400 dtex wurden auf Spulen gesammelt und zu einem Kabel von 6844 dtex zusammengeführt. Anschließend wurde das Faserkabel 1 : 2,5-fach in 75 °C warmen Wasser verstreckt, bei 50 °C gewaschen, mit antistatischer Präparation versehen, bei 40 OC unter Spannung getrocknet, gekräuselt und zu Stapelfasern von 60 mm Länge eingeschnitten.
An den Einzelfasern vom Endtiter 5,0 dtex wurden die folgenden Meßgrößen bestimmt: Faserkochschrumpf: 39,1 % Faserfestigkeit: 1,4 cN/dtex Helium-Dichte: 1,17 g/cm³ Quecksilber-Dichte: 0,615 g/cm3 Porosität: 47,4 % Wasserrückhaltevermögen: 63 °% Innere Oberfläche: 19,2 m2/g Mittlerer Porendurchmesser: 46 nu Mantelflächenanteil: 45 % Beispiel 5 Ein Acrylnitrilcopolymerisat nach Beispiel 4 wurde analog in DMF gelöst, filtriert und versponnen. Die eingesetzte Dampfmenge in kg je kg Spinngut betrug 2,8, die Luftmenge 10 cm3/Stunde, Lufttemperatur 150 0C. Die Schachttemperatur betrug 16Ö0C. Die Fäden vom Gesamttiter 2 400 dtex wurden auf Spulen gesammelt, zu einem Kabel gefacht und analog nach Beispiel 4 nachbehandelt. Die Einzelfasern vom Endtiter 5,2 dtex hatten einen hantelförmigen Querschnitt.
Faserkochschrumpf: 37,2 % Flächenanteil des Mantels: ca. 70 % Wasserrückhaltevermögen: 12 % Helium-Dichte: 1,17 g/cm3 Quecksilber-Dichte: 1,05 g/cm3 Porosität: 11 % Innere Oberfläche: 1,9 m2/g Mittlerer Porendurchmesser: 199 nm

Claims

Patentansprüche 1) Hochschrumpffähige, hydrophile,Kern-Mantelstruktur aufweisende Fäden oder Fasern aus hydrophoben, fadenbildenden, synthetischen Polymeren, mit einem Schrumpfvermögen von mindestens 35 %, einer Porosität von mindestens 10 % und einem Wasserrückhaltevermögen von mindestens 10 %.
2) Fäden und Fasern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Faserfestigkeit von mindestens 2 cN/dtex besitzen.
3) Fäden und Fasern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittleren Porendurchmesser im Faserkern maximal 10 000 Å betragen.
4) Fäden und Fasern nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Poren untereinander ein durchgängiges System bilden.
5) Fäden und Fasern nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel durchlässig ist.
6) Fäden und Fasern nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Flächenanteil des Mantels 5 bis 80 % beträgt.
7) Fäden und Fasern nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Acrylnitrilpolymerisaten mit mindestens 40 Gew.-% Acrylnitrilanteil bestehen und daß die Porosität mindestens 17 %, das Wasserrückhaltevermögen mindestens 20 %, die Quecksilber-Dichte höchstens 1,0 g/cm3 betragen.
8) Fäden und Fasern nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Porendurchmesser im Faserkern höchstens 4000 R beträgt.