DE3001422A1

DE3001422A1 - Verfahren zur herstellung von hydrophilen faeden oder fasern

Info

Publication number: DE3001422A1
Application number: DE19803001422
Authority: DE
Inventors: Hans Prof Dr Kraessig; Juergen Dr Lenz; Heinrich Dr Schmidt; Reinhold Simharl
Original assignee: Chemiefaser Lenzing AG
Current assignee: Lenzing AG
Priority date: 1979-01-16
Filing date: 1980-01-16
Publication date: 1980-07-24
Also published as: GB2039827A; AT357260B; IT1145651B; ATA30879A; FR2446875A1; IT8047606A0

Description

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Chemiefaser Lenzing Aktiengesellschaft

Lenzing' (Oberösterreich)

Österreich

Verfahren zur Herstellung von hydrophilen Fäden oder Fasern

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Verfahren zur Herstellung von hydrophilen Fäden oder Fasern

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hydrophilen Fäden oder Fasern aus einem Acrylnitri!homopolymerisat oder Acrylnitrilcopolymerisat mit einem Gehalt von mindestens 50 Gew.% Acrylnitrilexnheiten, welche ein Wasserrückhaltevermögen von mindestens 20 %, eine Reißfestigkeit von mindestens 20 cN/tex und eine Reißdehnung von mindestens 25 % aufweisen, durch Trocken- oder Naßspinnen einer Lösung des Polymerisats in einem nicht wässerigen organischen Lösungsmittel, Koagulation der Fäden durch Ausdampfen des organischen Lösungsmittels in einem Spinnschacht oder durch Fällen in einem 'Fällungsmittel enthaltenden Spinnbad sowie nachfolgendes Verstrecken, Waschen und Trocknen.

Es sind Verfahren zur Herstellung von hydrophilen Fäden oder Fasern aus Acrylnitrileinheiten bestehenden oder diese enthaltenden Polymeren durch Trocken- oder Naßspinnen bekannt. So werden z.B. nach der DE-OS 20 61 213 hydrophile Fasern hergestellt, indem man hydrophile funktionelle Gruppen, wie Carboxyl-, Amino-, Aminomethylol- oder Hydroxylgruppen in Polyacrylnitril einpolymerisiert und das Mischpolymerisat naßverspinnt. Es können auch zur Erhöhung des hydrophilen Verhaltens der Fäden oder Fasern dem Polyacrylnitril andere Polymere, z.B. Polyäthyienoxidmethacrylat inkorporiert oder das Polyacrylnitril

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mit solchen imprägniert werden (vgl. JP-PS 73 01 322). Weiters ist es bekannt, naßgesponnene Polyacrylnitrilfasern in gequollenem Zustand mit Aldehyd und Säure zu behandeln, wie in der ÜS-PS 3,733,386 beschrieben, um die Hydrophilität zu verbessern.

Ein weiteres Verfahren zur Herstellung von hydrophilen Fäden oder Fasern nach dem Naßspinnverfahren besteht gemäß der DE-OS 26 07 996 darin, daß der Spinnlösung niedermolekulare Substanzen zugemischt werden, die mit dem Spinnlösungsmittel und Wasser gut mischbar sind und nach der Koagulation und Verstreckung aus den Fäden oder Fasern wieder ausgewaschen werden. Das auf diese Weise in den Fäden oder Fasern verbleibende Hohlraumvolumen verleiht diesen ein entsprechendes Wasserrückhaltevermögen.

Schließlich wird in der JP-PS 72 15 901 ein Verfahren beschrieben, wonach eine Porenstruktur und eine dadurch bedingte Wasseraufnahmefähigkeit dadurch erreicht wird, daß naßgesponnene Fäden nach der Verstreckung bei niedrigen Temperaturen (weniger als 60°C) getrocknet werden. Die Ausbildung einer mikroporösen Struktur erfolgt in diesem Falle dadurch, daß die in den naßkoagulierten Gelfäden vorhandene lockere Polymerstruktur bei niedrigen Trocknungstemperaturen weitgehend erhalten bleibt. Als Folge der niedrigen Trocknungstemperatur resultieren jedoch Fäden mit schlechten textiltechnologischen Eigenschaften, insbesondere mit schlechter Dehnung.

Zum Stand der Technik gehören auch Trockenspinnverfahren, bei denen, wie in den DE-OSen 22 54 124 und 26 07 654 beschrieben, entweder flüssige, mit dem Spinnlösungsmittel und Wasser mischbare Substanzen oder feste, mit dem Spinnlösungsmittel und einer Waschflüssigkeit mischbare Verbindungen der Spinnlösung zugemischt und nach dem Verstrecken wieder ausgewaschen werden.

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Die bekannten Verfahren haben den Nachteil, daß einerseits infolge des im Faden vorhandenen plastifizierend wirkenden Wassers die Anwendung der üblichen Trocknungstemperaturen zur Kollabierung der Hohlraumstruktur führt, andererseits aber niedrige Trocknungstemperaturen die textiltechnologischen Eigenschaften, insbesondere die Dehnung, verschlechtern.

Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Nachteile und stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, mit welchem Fäden oder Fasern erhalten werden, in denen die nach dem Spinnen vorhandene Porenstruktur fixiert und das Zusammenfallen der Porenhohlräume bei Anwendung von Trocknungstemperaturen oberhalb des Glasumwandlungspunktes verhindert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in den Fäden enthaltenes Wasser durch das Polymerisat nicht lösende organische Flüssigkeiten ausgetauscht wird, bevor die Fäden getrocknet werden.

Die erfindungsgemäß erhaltenen Fäden besitzen neben ihrer' Mikroporenstruktur, die für das erwünschte Wasserrückhaltevermögen maßgeblich ist, auch gute textile Eigenschäften, z.B. eine Reißfestigkeit von mindestens 20 cN/tex und eine Reißdehnung von mindestens 25 %.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung bestehen darin, daß mit Wasser ganz oder teilweise mischbare organische Flüssigkeiten bzw. wasserlösliche organische Flüssigkeiten verwendet werden, die mit Wasser ein azeotropes Gemisch bilden.

Nach einer besonderen Ausführungsform wird eine mit Wasser mischbare organische Flüssigkeit, bestehend aus einem Gemisch einer mit Wasser unmischbaren organischen Flüssig-

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kei-t und einer mit Wasser mischbaren organischen Flüssigkeit als Lösungsvermittler verwendet.

Der Austausch des in den Fäden enthaltenen Wassers durch die organische Flüssigkeit kann auch in zwei Stufen erfolgen, wobei in der ersten Stufe eine wasserlösliche organische Flüssigkeit und in der zweiten Stufe eine wasserunlösliche organische Flüssigkeit, die mit der in der ersten Stufe verwendeten organischen Flüssigkeit mischbar ist, verwendet werden.

Als wasserlösliche organische Flüssigkeiten können ein- oder mehrwertige Alkohole, Ketone oder cyclische Äther verwendet werden. Als besonders geeignet haben sich Alkohole mit bis zu vier Kohlenstoffatomen erwiesen.

Als wasserunlösliche organische Flüssigkeiten können Alkohole, Ester, Äther und aliphatische, aromatische gegebenenfalls halogenierte Kohlenwasserstoffe verwendet werden.

Vorteilhaft erfolgt der Austausch des Wassers durch die organische Flüssigkeit während oder nach dem Verstrecken der Fäden.

Die durch den Wasseraustausch bewirkte Fixierung der lockeren Porenstruktur ist darauf zurückzuführen, daß die das Wasser ersetzenden organischen Flüssigkeiten keine plastifizierenden Eigenschaften besitzen. Deshalb besteht nicht mehr■die Gefahr des Zusammenfalls der Porenhohlräume bei den anzuwendenden Trocknungstemperaturen, die 140 bzw. bis 150C betragen können.

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Bei naßgesponnenen Fäden bzw. Fasern kann erfindungsgemäß ein Wasserrückhaltevermögen bis zu 100 %, bei trockengesponnenen Fäden oder Fasern bis zu etwa 25 % erreicht werden.
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Bei Durchführung des Spinnprozesses als Trockenspinnprozeß wird z.B. eine 26 bis 30 %ige Lösung durch eine Düse in einen Trockenspxnnschacht gepreßt und das Spinnlösungsmittel, vorzugsweise Dimethylformamid oder Dimethylacetamid, ausgedampft, wobei die Fäden beim Schachtaustritt noch einen Rest-Lösungsmittelgehalt von mindestens 25 % aufweisen. Die so erhaltenen Kabeln werden in Kannen abgelegt oder aufgespult. Sodann werden die Kabein mehrerer Kannen bzw. Spulen zu einem gemeinsamen Band zusammengefaßt, gegebenenfalls durch ein das Spinniösungsmittel selbst oder ein anderes Lösungs- oder Quellmittel in wässeriger Lösung enthaltendes Quellbad geleitet, um das Polymergefüge noch weiter aufzulockern, dann in dasselbe Lösungsmittel oder Quellmittel enthaltenden Bädern verstreckt und schließlich in warmem Wasser gewaschen.

Dieses der Faser anhaftende und in den Poren enthaltene Wasser wird erfindungsgemäß durch das organische Lösungsmittel ausgetauscht.

Bei Durchführung des Spinnprozesses als Naßspinnprozeß wird eine 18 bis 23 %ige Spinnlösung in ein Fällbad geleitet, wobei durch die Naßkoagulation eine gequollene Gelstruktur erhalten wird. Die Fäden werden verstreckt und gewaschen, wobei der erfindungsgemäße Austausch des Wassers durch eine organische Flüssigkeit vor dem Trocknen erfolgt.

In den folgenden Beispielen wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert:

Das für die Hydrophilität der Fäden maßgebliche Wasser-

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rückhaltevermögen wurde nach DIN 53 814 bestimmt.

Beispiel 1: Eine 20 %ige Polyacrylnitrillösung in Dimethylformamid (DMF) wird durch eine 200-Loch-Düse in ein Spinnbad'mit 15 C, bestehend aus einer Lösung von 50 % DMF in Wasser, gepreßt. Die Fäden werden abgezogen, in einer siedenden Lösung von 16 % DMF in Wasser 7-fach verstreckt, in siedendem Wasser gewaschen und schließlich zur Extraktion des Wassers bei 20 C durch zwei Wannen, gefüllt mit i-Propanol, wobei letztere einen Avivage-Zusatz enthält, geleitet. Zuletzt wird bei 140°C getrocknet und in der herkömmlichen Weise gestaucht und geschnitten.

Die erhaltenen Fasern zeigen im Lichtmikroskop einen nierenförmigen bis kreisförmigen Querschnitt mit einer gleichmäßigen Porenstruktur.

Bei einem Titer von 3,3 dtex werden die folgenden textlien Daten erhalten:
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Wasserrückhaltevermögen: 30 %
Festigkeit: 21 cN/tex

Dehnung: 28 %

Beispiel 2: Eine 18 %ige Polyacrylnitrillösung in DMF wird durch eine 200-Loch-Düse in ein auf 15 C temperiertes Spinnbad, bestehend aus 60 % DMF in Wasser, gepreßt. Die Fäden werden abgezogen, in einer siedenden Lösung von 20 % DMF in Wasser 8-fach verstreckt, in siedendem Wasser gewaschen und dann zwecks Extraktion des Wassers bei 20 C durch zwei Wannen, gefüllt mit Äthanol, wobei letztere einen Avivagezusatz enthält, geleitet. Zuletzt wird bei 110 C getrocknet und in der herkömmlichen Weise gestaucht und geschnitten.

Die erhaltenen Fasern zeigen im Lichtmikroskop einen bohnenförmigen bis nierenförmigen Querschnitt mit einer gleich-

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mäßigen Porenstruktur.

Bei einem Titer von 3,3 dtex werden die folgenden textlien Daten erhalten:
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Wasserrückhaltevermögen: 70 %
Festigkeit: 25 cN/tex

Dehnung: 25 %

Beispiel 3: Eine 30 %ige Polyacrylnitrillösung in DMF wird durch eine 240-Loch-Düse in einen Spinnschacht gepreßt, wobei Spinngasmenge und -temperatur so gewählt werden, daß die am Schachtende abgezogenen Fäden einen Rest-DMF-Gehalt von ca. 30 % aufweisen. Die auf 20 Spulen gesammelten Kabeln werden sodann zu einem Band von 50 640 dtex zusammengefaßt, durch ein auf 20 C temperiertes Quellbad, bestehend aus 80 % DMF in Wasser, geleitet, in 60 C heißem 75 %igem DMF 4-fach verstreckt, mit Wasser bei 30 C gewaschen und schließlich zwecks Extraktion des Wassers durch zwei Wannen, gefüllt mit i-Propanol, wobei letztere einen Avivagezusatz enthält, geleitet. Zuletzt wird bei 130 C getrocknet ι
gestaucht und geschnitten.

wird bei 130 C getrocknet und in der herkömmlichen Weise

Die erhaltenen Fasern zeigen im Lichtmikroskop einen hanteiförmigen Querschnitt mit einer gleichmäßigen Porenstruktur.

Bei einem Titer von 3,3 dtex werden die folgenden textilen Daten erhalten:

Wasserrückhaltevermögen: 20 %
Festigkeit: 25 cN/tex

Dehnung: ' 30 %

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Claims

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Patentansprüche:

Verfahren zur Herstellung von hydrophilen Fäden ier Fasern aus einem Acrylnitrilhomopolymerisat oder Acrylnitrilcopolymerisat mit einem Gehalt von mindestens 50 Gew.% Acrylnitrileinheiten, welche ein Wasserrückhaltevermögen von mindestens 20 %, eine Reißfestigkeit von mindestens 20 cN/tex und eine Reißdehnung von mindestens 25 % aufweisen, durch Trocken- oder Naßspinnen einer Lösung des Polymerisats in einem nicht wässerigen organischen Lösungsmittel, Koagulation der Fäden durch Ausdampfen des organischen Lösungsmittels in einem Spinnschacht oder durch Fällen in einem Fällungsmittel enthaltenden Spinnbad sowie nachfolgendes Verstrecken, Waschen und Trocknen, dadurch gekennzeichnet, daß in den Fäden enthaltenes Wasser durch das Polymerisat nicht lösende organische Flüssigkeiten ausgetauscht wird, bevor die Fäden getrocknet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit Wasser ganz oder teilweise mischbare organische Flüssigkeiten verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wasserlösliche organische Flüssigkeiten verwendet werden, die mit Wasser ein azeotropes Gemisch bilden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit Wasser mischbare organische Flüssigkeit,

bestehend aus einem Gemisch einer mit Wasser unmischbaren organischen Flüssigkeit und einer mit Wasser mischbaren organischen Flüssigkeit als Lösungsvermittler verwendet wird.
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5. Verfahren nach Anspruch 1_y dadurch gekennzeichnet, daß der Austausch des in den Fäden enthaltenen Wassers

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durch die organische Flüssigkeit in zwei Stufen erfolgt, wobei in der ersten Stufe eine wasserlösliche organische Flüssigkeit und in der zweiten Stufe eine wasserunlösliche organische Flüssigkeit, die mit der in der ersten Stufe verwendeten organischen Flüssigkeit mischbar ist, verwendet werden.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als wasserlösliche organische Flüssigkeiten ein- oder mehrwertige Alkohole, Ketone oder cyclische Äther verwendet werden.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1,4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß als wasserunlösliche organische Flüssigkeiten Alkohole, Ester, Äther und aliphatische, aromatische, gegebenenfalls halogenierte Kohlenwasserstoffe verwendet werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Austausch des Wassers durch die organische Flüssigkeit während oder nach dem Verstrecken der Fäden erfolgt.

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