Die Erfindung betrifft poröse Acryl-Verbundfasern,
die die Fähigkeit der Wasserabsorption haben,
sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.
Naturfasern, wie Baumwolle, Wolle oder Seide haben
eine 20- bis 40 gew.-%ige Wasserabsorptionsfähigkeit
und absorbieren in ausreichendem Maße Schweiß, so
daß sie ein angenehmes Tragegefühl verleihen, während
synthetische Fasern schlechte antistatische Eigenschaften
und Hygroskopizität aufweisen und kein Wasser
absorbieren und eine schlechte Schweißabsorption
aufweisen und aus diesem Grund sind Synthesefasern in
der praktischen Anwendung Naturfasern unterlegen.
Insbesondere wenn Unterwäsche, Strümpfe, Decken
und Sportbekleidung, kein Wasser oder keinen Schweiß
absorbieren, kondensiert sich der Schweiß an der
Faseroberfläche und die Fasern werden klebrig und
ergeben einen kalten Griff und regulieren nur schlecht
die Körpertemperatur und insgesamt entsteht ein
unangenehmes Tragegefühl.
Zur Verbesserung der Wasser- und Schweißabsorption
bei Synthesefasern sind schon zahlreiche Versuche
unternommen worden. Die Hauptverbesserungen bestehen
in der Bildung von Mikrohöhlungen in den
Fasern oder in der Bildung von Unebenheiten an der
Faseroberfläche. So wird z. B. in der JP-OS 25 418/72,
JP-PS 6 65 549, JP-PS 7 02 476 und JP-AS 6 650/73 ein
Verfahren zur Herstellung von porösen Acrylfasern
beschrieben, bei dem man derartig milde Trocknungsbedingungen
wählt, daß Mikrohohlräume in einen
gequollenen Gelstrang während der Herstellungsstufe
von Acrylfasern zurückbleiben. Aus der JA-OS
25 416/72, den japanischen Patentveröffentlichungen
8 285/73 und 8 286/73 ist weiterhin bekannt, daß man
eine wasserlösliche Verbindung in einem gequollenen
Gelstrang während der Herstellungsstufe der Acrylfaser
einbringen kann, worauf man dann den gequollenen
Gelstrang trocknet und nachbehandelt und die wasserlösliche
Verbindung herauslöst unter Bildung von
Hohlräumen. Das gemeinsame Konzept bei diesen
Verfahren besteht darin, daß man Mikrohohlräume
während der Herstellungsstufe in den Acrylfasern
bildet, die dann in dem Endprodukt verbleiben und
poröse Acrylfasern ergeben. Die in einem gequollenen
Gelstrang gebildeten Mikrohohlräume sind thermisch
sehr instabil. Es ist deshalb nicht möglich, eine
Hochtemperaturbehandlung bei der Herstellung der
Fasern einzuschließen, insbesondere beim Trocknen,
Schrumpfen und Fixieren von Kräuseln, und die
Wärmebeständigkeit, die Formstabilität und die Kräusel
stabilität des Endproduktes sind schlecht und der
Handelswert der Produkte wird in erheblichem Maße
verringert. Der Radius der Hohlräume in den erhaltenen
Produkten ist sehr klein und liegt bei 10 bis
1000 · 10-10m. Da zahlreiche Mikrohohlräume gleichmäßig
in den Fasern verteilt sind, ist die Festigkeit und
die Dehnung der Faser niedrig, der Glanz gering und die
Färbung ist unsauber. Weiterhin ist aufgrund der
zahlreich verteilten Mikrohohlräume die Wärmebeständigkeit
der Faser niedrig und beim Hochtemperaturfärben,
bei einer Dampfbehandlung, beim Bügeln und
dergleichen gehen die Hohlräume verloren und die
Wasserabsorptionseigenschaften werden zerstört und
der Farbton verändert, die Formstabilität nimmt ab und
ebenso die Gesamtqualität.
Bei dem Versuch, durch diese Hohlräume die
Wasserabsorptionseigenschaften zu entwickeln, hat
man die Mikrohohlräume als geschlossene Hohlräume
ausgebildet, die nur durch wenige Passagen miteinander
verbunden sind, durch welche das Wasser in die Fasern
absorbiert werden kann.
Um aber ein gewisses Maß an Wasserabsorption zu
erzielen, ist eine ziemlich große Anzahl an Mikrohohlräumen
erforderlich und dadurch werden die Fasereigenschaften
und deren Handelswert weiter verschlechtert.
Man hat auch schon versucht, den Griff und die
Abfärbbarkeit durch Mischverspinnen von Celluloseacetat-
Acrylpolymeren oder Celluloseacetat-Modacryl-
Copolymeren zu verbessern. So wird in den JP-PS 2 22 873
und 2 43 556 und in der japanischen Patentanmeldung
14 029/64 das Verspinnen von Spinnlösungen, die man
durch Vermischen von Celluloseacetat mit Acrylpolymeren
oder Modacryl-Copolymeren erhalten hat, unter
Ausbildung von Fasern mit verbesserter Anfärbbarkeit
und verbessertem Griff beschrieben. Die nach diesem
Verfahren erhaltenen Fasern sind dicht und haben keine
Wasserabsorptionsfähigkeit.
Weiterhin wird in der JP-PS 4 33 941 offenbart, daß
man Celluloseacetat während der Polymerisation von
Acrylpolymeren zumischen kann, aber die Wärmebeständigkeit
von so ersponnenen Fasern ist aufgrund des
Abbaus von Celluloseacetat vermindert und es treten
Schwierigkeiten während der Faserbildungsstufe auf, so
daß man keine Produkte mit befriedigender Qualität
erhalten kann. Aus den JP-OS 1 18 027/75 und
1 18 026/75 ist bekannt, daß man Celluloseacetat oder
eine Mischung aus Celluloseacetat und Titandioxid fein
in Acrylpolymeren oder Modacrylpolymeren einmischen
kann, um dadurch tierhaarähnliche Fasern zu
erzeugen, aber auf diese Weise kann man keine porösen
Fasern mit hoher Wasserabsorptionseigenschaft erhalten,
wie es das Ziel der vorliegenden Erfindung ist.
Aus der DE-OS 29 01 778 ist bekannt, Acrylfasern mit
Wasserabsorptionseigenschaften herzustellen, die aus
einem porösen Kern mit einer großen Anzahl an
Mikrohohlräumen und Makrohohlräumen und einer
Umhüllung hoher Dichte bestehen, aber diese Fasern
haben eine große Zahl von Mikrohohlräumen, so daß
die Garneigenschaften und die Anfärbbarkeit verschlechert
sind und außerdem ist es nicht einfach,
Fasern mit gleichmäßigen Mikrohohlräumen zu erzeugen
und es ist schwierig, Fasern mit einer gleichmäßigen
Qualität und mit sehr guten Garneigenschaften,
Wärmebeständigkeit, Anfärbbarkeit und Wasser
absorptionsfähigkeit, wie dies erfindungsgemäß angestrebt
wird, zu erzielen.
Aus den vorerwähnten Gründen kann man nach dem
Stand der Technik keine porösen synthetischen
Acrylfasern mit verbesserter Wasserabsorptionseigenschaft,
Wärmebeständigkeit, Färbbarkeit und Glanz
gewinnen.
Aus der japanischen Patentveröffentlichung 6014/67 sind
acrylische Verbundfasern bekannt, die man durch
Verbundspinnen von Acrylpolymeren mit einem unterschiedlichen
Gehalt an ionischen hydrophilen Gruppen erhält und wobei man
als Verbundkomponente mit einem geringeren Gehalt an hydrophilen
Gruppen ein Acrylpolymer, das ein Cellulosepolymer
enthält, verwendet und das hergestellt wurde durch
Lösungspolymerisation eines Acrylmonomeren in Gegenwart
eines Cellulosepolymers, das in einem Lösungsmittel zur
Polymerisation von Acrylpolymeren löslich ist. Aus der
JA-PS 5 20 657 ist es bekannt, daß beim Verbundspinnen
von Acrylnitrilpolymeren, enthaltend eine saure Gruppe,
und Acrylpolymeren, enthaltend eine basische Gruppe, ein
Cellulosepolymer in der Komponente mit dem niedrigeren Schrumpf
enthalten ist. Dieses Verfahren strebt eine Verbesserung
der Kräuselfähigkeit und der Anfärbbarkeit sowie des
bauschigen Griffes des Cellulosepolymeren an, hat jedoch
nicht die Herstellung von porösen Acryl-Verbundfasern
mit verbesserter Wasserabsorptionseigenschaft zum Ziel
und man kann solche Fasern auf diese Weise auch nicht
erhalten.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine poröse Acryl-Verbundfaser
mit Wasserabsorptionseigenschaften zur Verfügung zu stellen,
sowie ein Verfahren zu deren Herstellung, das einfach und billig
durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine poröse Acryl-Verbundfaser gemäß
Patentanspruch 1 und ein Verfahren gemäß Patentanspruch 5
gelöst.
Fig. 1 ist eine Mikrofotografie (200-fache Vergrößerung)
eines Querschnitts einer üblichen
Acrylfaser.
Fig. 2 ist eine Mikrofotografie (200-fache Vergrößerung)
eines Querschnitts einer porösen
Acrylfaser mit Wasserabsorptionseigenschaften,
die Celluloseacetat enthält,
sowie eine große Anzahl von Mikrohohlräumen
zusammen mit Makrohohlräumen.
Fig. 3 ist eine Mikrofotografie (200-fache Vergrößerung)
eines Querschnitts einer porösen
Acrylfaser.
Fig. 4, 5 und 6 sind Elektronenmikrofotografien (Vergrößerung
12 000-fach) von Querschnitten
der in den Fig. 1-3 jeweils gezeigten
Fasern.
Fig. 7 ist eine Elektronenmikrofotografie
(Vergrößerung 12 000-fach) des Querschnitts
einer üblichen Acrylfaser mit
Mikrohohlräumen.
Fig. 8 ist eine Mikrofotografie (Vergrößerung
200-fach) des Querschnitts einer Acryl-
Verbundfaser gemäß der Erfindung,
worin ein Acrylpolymer (Komponente A)
mit einem Gehalt an Celluloseacetat
und ein Acrylpolymer (Komponente B)
Seite an Seite gebunden sind.
In den Fig. 2 und 3 wurden Fasern, in welche ein roter
Farbstoff imprägniert war, zur Hervorhebung der Mikrohohlräume
verwendet. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist,
enthalten übliche Acrylfasern im wesentlichen keine Hohlräume.
In Fig. 2 wird gezeigt, daß, weil in den Fasern
mit Makrohohlräumen zahlreiche Mikrohohlräume vorhanden
sind, der Farbstoff entlang des gesamten Querschnitts
der Fasern eintritt. Fasern, bei denen Makrohohlräume festzustellen
sind, während Mikrohohlräume im wesentlichen nicht
gefunden werden, werden in Fig. 3 gezeigt.
Die übliche Acrylfaser gemäß Fig. 4 ist sehr dicht und
man stellt keine Mikrohohlräume fest. Fig. 5 macht offensichtlich,
daß eine große Anzahl von Mikrohohlräumen
im inneren Teil der Fasern vorhanden ist. Andererseits
zeigt Fig. 6, daß die erfindungsgemäßen Fasern an
den Teilen, die nicht von den Makrohohlräumen eingenommen
werden, im wesentlichen die gleiche Dichte wie die
üblichen Acrylfasern hat. Die Mikrohohlraumstruktur
wird deutlich aus Fig. 7 ersichtlich, die eine übliche
Acrylfaser mit Mikrohohlraumstruktur zeigt.
Die Oberfläche der Hohlräume in der erfindungsgemäßen Verbundfaser
macht nicht mehr als 15 m²/g aus, und die gesamte Faser
hat eine Porosität von 0,05 bis 0,75 cm³/g.
Die Oberfläche A (m²/g) der Hohlräume in den
Fasern wurde wie folgt bestimmt. Stickstoffgas wurde in
den Fasern bei einer Temperatur von flüssigem
Stickstoff adsorbiert und die Gesamtoberfläche der
Faser wurde nach der BET-Gleichung bestimmt und von
dieser Zahl wurde die Oberfläche der äußeren Haut der
Fasern abgezogen. Die Menge der zu messenden Fasern
wurde so gewählt, daß der Wert der gesamten zu
messenden Oberfläche 1 m² oder mehr betrug.
Die Porosität V (cm³/g) wurde wie folgt bestimmt:
Die Dichte ρ (g/cm³) einer Folie, die so hergestellt
worden war, daß sie die gleiche Zusammensetzung wie
die Faser hatte und eine hohe Dichte aufwies, wurde
gemessen und die Durchschnittsquerschnittsfläche der
Hohlräume enthaltenden Faser wurde fotografisch
bestimmt und als S (cm²) bezeichnet und die tatsächliche
durchschnittliche Querschnittsfläche So (cm²) der Fasern
in dem Teil, in dem keine Hohlräume enthalten
waren, wurden nach der folgenden Gleichung (1)
bestimmt und die Porosität V wurde aus der folgenden
Gleichung (2) abgeleitet.
Der Anteil an Mikrohohlräumen in den Porositäten
wurde berechnet indem man den Mikrohohlraumgehalt
mittels eines Quecksilberporosimeters maß. Zunächst
wurden die Fasern geöffnet und gewägt und dann in
eine Zelle eines Quecksilberporosimeters gefüllt und ein
Druck auf eine Menge an Quecksilber wurden
aufgepreßt und aufgezeichnet, wobei das Quecksilber
bei Raumtemperatur aufgepreßt wurde. Zwischen
einem Durchmesser D (µm) der Hohlräume und
Drücken P (Pa), wie sie erforderlich sind, um Quecksilber
in die Hohlräume zu füllen, besteht die folgende
Beziehung
Durch Messen von P wird die Menge an Quecksilber,
das in dem Durchmesser D (µm) und das Volumen
(cm³/g) der Hohlräume eingepreßt wurde, gemessen.
Aus diesen Daten kann man eine Hohlraumverteilungskurve
entnehmen und die Menge an Hohlräumen, bei
denen D 0,2 µm oder weniger ist, läßt sich bestimmen
und bezieht sich auf den Gehalt an Mikrohohlräumen
(cm³/g) in 1 g der Fasern.
Ist die Porosität V kleiner als 0,05 cm³/g, so ist die
Wasserabsorptionseigenschaft nicht befriedigend, während
in dem Fall, daß die Porosität V 0,75 cm³/g
übersteigt, die Festigkeit und die Dehnbarkeit der
Fasern abnehmen und der Glanz und die Anfärbbarkeit
nachteilig beeinflußt werden.
Übersteigt die Oberfläche A der Hohlräume 15 m²/g,
dann steigen die Mikrohohlräume und die Festigkeit
und die Dehnbarkeit werden nicht nur verschlechtert,
sondern in gleicher Weise auch die Anfärbbarkeit und
die Wärmebeständigkeit.
Bei den erfindungsgemäßen Verbundfasern wird die Wasserabsorptions
eigenschaft dadurch erhalten, daß eine Komponente A, bestehend aus
2 bis 50 Gew.-% Celluloseacetat und 50 bis 98 Gew.-% eines
Acrylpolymeren, und eine Komponente B, bestehend aus
einem Acrylpolymeren, in einem Gew.-Verhältnis von
2 : 8 bis 8 : 2 längs der Faserachsenrichtung miteinander
verbunden sind.
Ein bevorzugtes Verbundverhältnis beträgt 3 : 7 bis 7 : 3 und
insbesondere 4 : 6 bis 6 : 4. Ist die Komponente A in
einer Menge von weniger als 2 : 8 in dem Verbundverhältnis
vorhanden, erzielt man keine befriedigende Wasserabsorptions
eigenschaft in der Verbundfaser, während in
dem Fall, daß das Verbundverhältnis 8 : 2 übersteigt, der Glanz
und die Farbhelligkeit nach dem Färben verlorengehen.
Wenn die Menge an Celluloseacetat, die in der Komponente A verteilt
ist, weniger als 2 Gew.-% ausmacht, so ist die Phasentrennung
von dem Acrylpolymeren nicht ausreichend und die Wasserabsorptions
eigenschaft kann man nicht erzielen, wogegen in
dem Fall, daß die Menge 50 Gew.-% übersteigt, die Festigkeit
und die Dehnbarkeit der Komponente A erheblich geringer wird
und beide Komponenten sich leicht trennen, so daß man deshalb
solche Mengen vermeiden muß.
Celluloseacetat in der Komponente A der erfindungsgemäßen
Verbundfasern ist darin in länglicher Form parallel zur Faserachse
verteilt. Die Komponente A hat nicht mehr als 30 Volumen-%
Mikrohohlräume und hauptsächlich Makrohohlräume, und diese
Makrohohlräume tragen zur Wasserabsorptionseigenschaft bei.
Fig. 8 ist eine Mikrofotografie (200-fache Vergrößerung)
des Querschnitts einer erfindungsgemäßen Acryl-Verbundfaser,
in welcher die Komponente A (Acrylpolymer, enthaltend
Celluloseacetat) und die Komponente B (Acrylpolymer)
Seite an Seite miteinander verbunden sind. Wie aus
Fig. 8 ersichtlich wird, sind in der Komponente A Makrohohlräume
vorhanden, während die Komponente B dicht ist.
Die erfindungsgemäßen Acryl-Verbundfasern haben eine
Porosität von 0,05 bis 0,75 cm³/g, vorzugsweise 0,05 bis
0,60 cm³/g und die Oberfläche der Hohlräume ist nicht mehr
als 15 m²/g und vorzugsweise 0,02 bis 10 m²/g der Gesamtfasern.
Beträgt die Porosität weniger als 0,05 cm³/g, so ist
die Wasserabsorptionseigenschaft nicht befriedigend, während
in dem Fall, daß die Porosität 0,75 cm³/g übersteigt,
die Festigkeit und die Dehnbarkeit der Fasern nicht nur
verschlechtert werden, sondern auch der Glanz und die
Anfärbbarkeit nachteilig beeinflußt werden.
Übersteigt die Oberfläche der Hohlräume 15 m²/g, so
nimmt die Anzahl der Mikrohohlräume in den Fasern zu
und die Festigkeit und die Dehnbarkeit nehmen ab und
die Anfärbbarkeit sowie die Wärmebeständigkeit werden
verschlechtert.
Das erfindungsgemäß verwendete Celluloseacetat ist
nicht besonders begrenzt, aber im allgemeinen verwendet
man ein solches mit 48 bis 63% Acetatresten und
einem Durchschnittspolymerisationsgrad von 50 bis 300.
Die erfindungsgemäß verwendeten Acrylpolymeren
bestehen vorzugsweise aus
nicht weniger als 80 Gew.-% und
vorzugsweise 85 bis 93 Gew.-% Acrylnitril und aus
weniger als 20 Gew.-% an copolymerisierbaren
Monomeren, z. B. Alkylacrylaten oder Methacrylaten,
wie Methylacrylat, Methylmethacrylat, Äthylacrylat,
Amide, wie Acrylamid, Methacrylamid, N-monosubstituierte
oder N,N-disubstituierte Amide davon, Vinylacetat,
sulfonsäuregruppenhaltige Monomere, wie Styrolsulfonsäure,
Allylsulfonsäure, Methallylsulfonsäure und
deren Salze.
Am Aufbau des Acrylpolymeren können 0,3 bis
1,5 Gew.-% eines Sulfonsäuregruppen enthaltenden
copolymerisierbaren Monomeren
beteiligt sein. Insbesondere,
wenn man 0,3 bis 1,5 Gew.-% und vorzugsweise 0,5
bis 1,2 Gew.-% Allylsulfonsäure oder Methallylsulfonsäure
oder deren Salze copolymerisiert, so erfolgt nicht
nur eine Verbesserung der Anfärbbarkeit, sondern es
wird die Ausbildung von zahlreichen Mikrohohlräumen
und dadurch ein Abbau der Wärmebeständigkeit
vermieden. Die porösen Fasern haben Makrohohlräume
und man erzielt eine ausgezeichnete
Wasserabsorptionseigenschaft.
Die synthetischen Acrylfasern haben im wesentlichen
keine Mikrohohlräume mit einem Durchmesser von
weniger als 2000 · 10-10 m, sondern hauptsächlich
Makrohohlräume, die zu den Wasserabsorptionseigenschaften
beitragen. Das Celluloseacetat liegt in länglicher
Form, wobei die längste Dimension parallel zur
Faserachse liegt und im allgemeinen Hohlräume an der
Peripherie oder im inneren Teil des Celluloseacetats
vorhanden sind, verteilt vor, wobei das Verhältnis der
Länge zum Durchmesser der länglichen Celluloseacetatfasern
im allgemeinen 10 oder mehr beträgt. Die in
dem verteilten länglichen Celluloseacetat vorhandenen
Hohlräume sind Makrohohlräume, die durch Phasentrennung
von Celluloseacetat und dem Acrylpolymer
entstanden sind und die durch das sekundäre Verstrecken
noch vergrößert werden. Die acrylische Polymerkomponente
hat im allgemeinen den gleichen Dichtegrad
wie übliche synthetische Acrylfasern und hat im
wesentlichen keine Mikrohohlräume.
Der Anteil der Makrohohlräume an der Porosität
macht wenigstens 70%, vorzugsweise wenigstens 75%,
insbesondere wenigstens 80% und ganz besonders
bevorzugt zumindest 85% aus, so daß die Mikrohohlräume
nicht mehr als 30 Vol.-% der porösen Stellen
besetzen. Celluloseacetat ist nicht nur im inneren Teil
des Querschnitts der Fasern, sondern auch an der
Faserwandung verteilt, so daß man die Makrohohlräume
auch an der Faseroberfläche feststellt. Die hohe
Wasserabsorptionseigenschaft der erfindungsgemäßen
synthetischen Acrylfaser ist vermutlich hauptsächlich
der Tatsache zuzuschreiben, daß Hohlräume mit
Öffnungen zur Faseroberfläche mit den Makrohohlräumen
im inneren Teil der Fasern in Verbindung stehen.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Acrylverbundfasern
erfolgt, indem man zwei organische Lösungen
A und B, von denen die organische Lösungsmittellösung A
2 bis 50 Gew.-% Celluloseacetat und 50 bis 98 Gew.-% eines
Acrylpolymeren, die organische Lösung B ein Acrylpolymer
enthält, miteinander im Verbund in einem Verhältnis von
2 : 8 bis 8 : 2 (bezogen auf das Gewicht) in ein Koagulierbad,
das eine wäßrige Lösung eines organischen Lösungsmittels
ist, bei einer Temperatur von nicht mehr als 30°C durch
eine gemeinsame Spinndüsenöffnung unter Bildung einer
Verbundfaser, in welcher die Bildung von Mikrohohlräumen unterdrückt
ist, verspinnt, daß man die ersponnene Faser primär
um das 2,5- bis 8-fache verstreckt, unter Bildung von wassergequollenen
Fasern mit darin enthaltenen Makrohohlräumen,
daß man die gequollenen Fasern bei einer Temperatur von
100° bis 180°C bis zu einem Wassergehalt von nicht mehr als
1,0 Gew.-% und unter Eliminierung von Mikrohohlräumen trocknet
und dann die getrockneten Fasern einer Sekundärverstreckung
unter feuchter Hitze bei einem Streckverhältnis von
nicht mehr als dem 3-fachen unter Ausbildung von Makrohohlraumstrukturen
unterwirft.
Dabei kann gemäß einer Ausführungsform das Acrylpolymer in
der Lösung A
aus dem Acrylpolymer und aus einem Acrylpolymer aus
wenigstens 70 Gew.-% Acrylnitril und 5 bis 30 Gew.-%
eines Monomeren der allgemeinen Formel
bestehen,
worin
R₁ und
R₃ oder CH₃, R₂ H, NH₄ oder ein Alkalimetall und
l und m ganze Zahlen von 0 bis 50 bedeuten und
0<l+m≦50 ist, und daß das Acryl-Copolymer nicht
mehr als 33 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtpolymeren
in der Acryl-Verbundfaser, ausmacht.
Durch den Einbau der vorerwähnten Acrylcopolymeren wird die
Dispergierbarkeit von Celluloseacetat verbessert. Bevorzugte
Monomere der oben erwähnten Formel sind Acrylsäure, Methacrylsäure
und
In dem Maße wie die Länge der Äthylenglykolketten
oder Propylenglykolketten in diesen Monomeren
größer wird, nehmen die hydrophilen Eigenschaften der
Acryl-Copolymeren zu und man kann den Gehalt
kleiner werden lassen, aber wenn l+m 50 übersteigt,
nimmt die Polymerisierbarkeit und Löslichkeit des
Acrylcopolymeren ab. Die Monomere, die mit den
Acrylcopolymeren, die anders sind als die Monomeren
der vorerwähnten Formel, copolymerisierbar sind, kann
man die vorerwähnten Monomeren bei der Polymerisation
von Acrylpolymeren verwenden, wobei das
Acrylpolymer aber wenigstens 70 Gew.-% Acrylnitril
enthält.
Als organisches Lösungsmittel kann man die üblichen
für Celluloseacetat, Acrylpolymere und Acryl-Copolymere
verwendeten einsetzen, wobei organische Lösungsmittel,
wie Dimethylformamid, Dimethylacetamid, Dimethylsulfoxid,
Äthylencarbonat wegen der leichten
Wiedergewinnbarkeit und Reinigung bevorzugt werden.
Als wäßriges Koagulationsbad kann man eine
wäßrige Lösung eines organischen Lösungsmittels
verwenden, z. B. von Dimethylformamid, Dimethylacetamid,
Dimethylsulfoxid, Äthylencarbonat, sowie andere
organische Lösungsmittel, wie Propylalkohol, oder
Kerosin, jedoch wird eine wäßrige Lösung eines
organischen Lösungsmittels, wie es zum Auflösen der
Polymeren verwendet wird, besonders bevorzugt.
Das Verfahren zum Vermischen von Celluloseacetat
und Acrylpolymeren oder zum Vermischen eines
Acryl-Copolymeren mit der Mischung ist nicht besonders
begrenzt. Zum Beispiel kann man jedes der
Polymeren in einem üblichen Lösungsmittel lösen und
die erhaltenen Lösungen werden dann miteinander
vermischt oder man kann diese Polymeren auch
gemeinsam einem gemeinsamen Lösungsmittel zugeben
und darin auflösen.
Wasser kann man zu der Spinnlösung in einem
Bereich zugeben, der keine Gelierung der Spinnlösung
verursacht. Die Zugabe von Wasser ist für die
Einstellung der Viskosität der Spinnlösung wirksam und
verhindert die Bildung von Mikrohohlräumen in den
ersponnenen Fäden.
Der primäre Verstreckungsgrad beträgt das 2,5- bis
8-fache, vorzugsweise das 3- bis 6-fache. Ist das primäre
Verstreckungsverhältnis weniger als das 2,5-fache, so ist
die Verstreckung und Orientierung in der Faser
unzureichend und deshalb wird nur eine niedrige
Festigkeit erreicht und es bilden sich Risse in den
Fasern. Übersteigt das Streckverhältnis das 8-fache, so
nimmt die Verdichtbarkeit in übergroßem Maße zu und
man erzielt keine befriedigende Wasserabsorptionseigenschaft
und die Verarbeitbarkeit wird erschwert.
Die Temperatur im Koagulationsbad darf nicht höher
als 30°C sein und liegt vorzugsweise bei nicht mehr als
25°C und insbesondere nicht mehr als 20°C, um die
Bildung von Mikrohohlräumen zu vermeiden. Beträgt
die Temperatur im Koagulationsbad mehr als 30°C, so
bildet sich eine große Anzahl von Mikrohohlräumen
und die Garneigenschaften und die Menge der
erhaltenen Fäden nehmen erheblich ab.
In den primär verstreckten Fasern wird die
Verteilung des länglichen Celluloseacetats und die
Hohlräume, die sich durch Phasentrennung von
Celluloseacetat und dem Acrylpolymer bilden, ausgeprägter.
Aber die Fasern enthalten noch eine große
Anzahl von Mikrohohlräumen, die inhärent in den
üblichen angequollenen Gelsträngen enthalten sind.
Diese Mikrohohlräume sind unerwünscht, weil sie die
Wärmebeständigkeit, die Anfärbbarkeit und den Glanz
der Fasern nachteilig beeinflussen. Infolgedessen
werden die Fasern in denen Mikrohohlräume und
Makrohohlräume zusammen vorliegen getrocknet, um
die Mikrohohlräume zu eliminieren und in diesem Falle
wird die Trocknung bei einer Temperatur von 100° bis
180°C, vorzugsweise 105° bis 150°C vorgenommen, bis
der Wassergehalt nicht mehr als 1,0 Gew.-% ausmacht.
Dadurch werden nur die Mikrohohlräume eliminiert,
während die Makrohohlräume, die aufgrund der
Phasentrennung gebildet wurden, verbleiben. Ist die
Trocknungstemperatur niedriger als 100°C, so fallen die
Mikrohohlräume in den Acrylpolymeren nicht
vollständig beim Trocknen zusammen und die Festigkeit
und Dehnbarkeit, der Glanz, die Anfärbbarkeit und die
Wärmebeständigkeit der Fasern verschlechtern sich.
Übersteigt die Trocknungstemperatur 180°C, so werden
die Fasern hart und verfärben sich. Beim
Trocknen ist es, zur Eliminierung der Mikrohohlräume
wünschenswert, einen Heißwalzentrockner zu verwenden,
bei dem die Fasern mit einer auf eine hohe
Temperatur erhitzte Metalloberfläche in Berührung
kommen. Wenn dann außerdem die Trocknung dadurch
bewirkt wird, daß man Heißluft einer Temperatur von
120° bis 170°C zusätzlich aufbläst, so kann man die
Trocknung gleichmäßiger bewirken und eine solche
Arbeitsweise ist deshalb bevorzugt. Übersteigt der
Wassergehalt 1,0%, so erfolgt eine ungleichmäßige
Trocknung der Fasern und eine große Anzahl von
Mikrohohlräumen bleibt partiell zurück und ergibt eine
Ungleichmäßigkeit beim Färben, im Glanz und in der
Festigkeit der Fasern, so daß die Gleichmäßigkeit der
Qualität verschlechtert wird. Bei der Trocknungsstufe
kann man ein Drehmoment anwenden, um zusammen
mit dem Trocknen einen Schrumpf von 5 bis 15% zu
bewirken.
Die getrockneten Fäden werden dann einer zweiten
Verstreckung unter feuchter Hitze bei einem Streckenverhältnis
von nicht mehr als dem 3-fachen, vorzugsweise
dem 1,05- bis 2-fachen, unterworfen, um die
Phasentrennung des Acrylpolymeren von dem Celluloseacetat
in den Fasern ausgeprägter zu gestalten und die
Makrohohlraumstruktur besser auszubilden und dadurch
die Wasserabsorptionseigenschaften zu verbessern
und den Fasern gleichmäßigere physikalische
Eigenschaften zu verleihen. Die zweite Verstreckung
schließt einen Streckschrumpf bei einem Streckverhältnis
von nicht mehr als 1,0 ein. Um die Makrohohlraumstruktur
zu verlängern, wird das Streckverhältnis
vorzugsweise auf wenigstens 1,05, vorzugsweise wenigstens
1,1 eingestellt. Wenn aber das Streckverhältnis das
3-fache übersteigt, so tritt Fadenbruch ein und wenn man
die Temperatur erhöht, um den Fadenbruch zu
vermeiden, so werden die Fasern klebrig und die
Wasserabsorptionseigenschaften werden erheblich verschlechtert.
Nach dem zweiten, dem sekundären
Verstrecken werden die Fäden Nachbehandlungsstufen
unterworfen, um eine gute Verspinnbarkeit und ein
gutes Verhalten zu bewirken, z. B. einer Schrumpfungsstufe
in feuchter Wärme, einer Schmierstufe, einer
Kräuselstufe und einer Kräuselfixierstufe, wobei man
dann das Endprodukt erhält.
Die erfindungsgemäßen Acryl-Verbundfasern haben eine hohe
Wasserabsorptionseigenschaft, einen hohen Wasserabsorptionsgrad,
eine ausgezeichnete Festigkeit und Dehnbarkeit beim Absorbieren
von Wasser, zeigen eine gute Anfärbbarkeit und eine sehr gute
Bauschigkeit und haben einen guten Griff. Sie sind optimal
geeignet für Kleidungsstücke, Sportbekleidung, Bettwäsche und
Vorhänge. Weiterhin können sie überall dort als Baumwollersatz
verwendet werden, wo man bisher Baumwolle verwendet hat.
In den nachfolgenden Beispielen wird die Erfindung beschrieben.
Teile und Prozentsätze sind auf das Gewicht
bezogen, wenn nicht anders angegeben. Die Wasserabsorption
der Fasern wurde gemäß DIN 53 814 gemessen und
die Kräuseleigenschaften wurden gemäß JIS L-1074 gemessen.
Beispiel 1
Eine Polymerkomponente A aus (100-C) Teilen eines Acrylpolymeren
der Zusammensetzung Acrylnitril (AN) : Methylacrylat (MA) : Natrium
methallylsulfonat (SMAS) gleich 90,6 : 9,0 : 0,4%
und C Teilen Celluloseacetat wurde in Dimethylformamid (DMF)
unter Ausbildung einer Spinnlösung A mit einem Gehalt
von 22% der Polymerkomponente A gelöst. Eine Polymerkomponente
B aus dem gleichen Acrylpolymer, das in
Polymerkomponente A verwendet wurde, wurde in DMF gelöst
unter Ausbildung einer Spinnlösung B mit einem Gehalt an
22% der Polymerkomponente B. Die Spinnlösungen A und B
wurden in einem Verbundverhältnis von 5/5 (Gew.-Verhältnis)
aus einer Spinndüse, die so gebaut war, daß sie ein
Seite-an-Seite-Verbundspinnen ermöglichte, in ein Koagulierbad
aus einer wäßrigen 65%igen DMF-Lösung von
20°C extrudiert.
Die extrudierten Fäden wurden einer primären Verstreckung
um das 6-fache der ursprünglichen Fadenlänge unterworfen.
Die primär verstreckten Fäden wurden mittels eines auf
120°C gehaltenen Heißwalzentrockners bis zu einem Wassergehalt
der Fäden von 0,7% getrocknet und dann einer zweiten
Verstreckung bei 100°C unter feuchter Wärme um das 1,1-fache
der ursprünglichen Fadenlänge unterworfen. Die
sekundär verstreckten Fäden wurden mechanisch gekräuselt, und
die Kräusel wurden fixiert.
Die erhaltenen Acryl-Verbundfasern hatten praktisch
keine latente Kräuselfähigkeit. Die Eigenschaften der
Fasern werden in Tabelle 1 gezeigt.
Beispiel 2
Eine Polymerkomponente A aus (100-C) Teilen eines Acrylpolymeren
der Zusammensetzung AN : MA : SMAS gleich 90,6 : 9,0 : 0,4%
und 10 Teile Celluloseacetat wurden in DMF
unter Bildung einer Spinnlösung A mit einem Gehalt von
22% an Polymerkomponente A gelöst. Eine Polymerkomponente B
aus einem Acrylpolymer der Zusammensetzung von
AN : MA : SMAS gleich 90,4 : 9,0/0,6 (%) wurde in DMF
unter Bildung einer Spinnlösung B mit einem Gehalt von
22% der Polymerkomponente B gelöst. Spinnlösungen A und B
wurden in unterschiedlichen Verbundverhältnissen aus
Spinndüsen, die für das Seite-an-Seite-Verbundspinnen geeignet
waren, in ein Koagulierbad aus 65% einer wäßrigen
DMF-Lösung von 20°C extrudiert. Die extrudierten Fäden
wurden in gleicher Weise wie in Beispiel 1 einer Nachbehandlung
unterworfen, wobei man Acryl-Verbundfasern
erhielt, deren Eigenschaften in Tabelle 2 gezeigt werden.
Die erhaltenen Verbundfasern hatten im wesentlichen keine
latente Kräuselfähigkeit.
Beispiel 3
Eine Polymerkomponete A aus 85 Teilen eines Acrylpolymers
der Zusammensetzung AN : MA : SMAS gleich 90,4 : 9,0 : 0,6 (%)
und 15 Teile Celluloseacetat wurden in DMF unter
Bildung einer Spinnlösung A mit einem Gehalt von 22%
der Polymerkomponente A gelöst. Eine Polymerkomponete B
aus dem gleichen Acrylpolymer, daß für die Komponente A
verwendet worden war, wurde in DMF unter Bildung einer
Spinnlösung B mit einem Gehalt von 22% der Polymerkomponente
B gelöst. Die Spinnlösungen A und B wurden aus einer
Spinndüse, die für eine Seite-an-Seite-Verspinnung geeignet
war, in einem Verbundverhältnis (Gew.-%) der Komponente
A/B von 5/5 in ein Koagulierbad aus 60% DMF und 40%
Wasser, das bei der in Tabelle 14 angegebenen Temperatur
gehalten wurde, extrudiert. Die extrudierten Fäden wurden
einer primären Verstreckung um das 5-fache der ursprünglichen
Fadenlänge unterworfen. Dann wurden die primär
verstreckten Fäden mit Wasser gewaschen, auf einem Heißwalzentrockner
bei 120°C bis zu einem Wassergehalt der
Fäden von nicht mehr als 1% getrocknet und dann einer
zweiten Verstreckung bei 110°C unter feuchter Wärme und
einem Verstreckungsgrad um das 1,2fache der ursprünglichen
Länge unterworfen. Die sekundär verstreckten Fäden
wurden mechanisch gekräuselt und die Kräusel wurden fixiert.
Die Eigenschaften der Fasern werden in Tabelle 3 gezeigt.
Die Bewertung der Anfärbbarkeit wurde in gleicher Weise wie in
Beispiel 9 vorgenommen:
Die Anfärbbarkeit (Tiefe und Brillianz) wurde nach der Farbtiefe
beurteilt, wobei eine schwarze Farbe auf der Faser in
einer Menge von 4,5%, bezogen auf die Menge der Faser, abgeschieden
wurde. Bei der Bewertung der Färbbarkeit wird die
Tiefe der Farbe einer im Handel erhältlichen Acrylfaser
mit 5 bewertet. Je größer die Bewertung,
umso tiefer und brillianter ist die Farbe der Faser.
Beispiel 4
Eine Polymerkomponete A aus 80 Teilen eines Acrylpolymeren
der Zusammensetzung AN : MA : SMAS gleich 91,5 : 8,0 : 0,5 (%)
und 20 Teilen Celluloseacetat und eine
Polymerkomponente B aus einem Acrylpolymeren der Zusammensetzung
AN : MA : SMAS gleich 89,0 : 10,5 : 0,5 (%) wurden
getrennt in DMF unter Ausbildung von Spinnlösungen
A und B, enthaltend jeweils 23% der Polymerkomponenten
A und B, gelöst. Die Spinnlösungen A und B wurden aus einer
Spinndüse in einem Verbundverhältnis (Gew.-Verhältnis) der
Komponente A/B von 5/5 in einer Seite-an-Seite-Anordnung
in ein Koagulierbad aus einer 56%igen wäßrigen DMF-Lösung
von 20°C extrudiert. Die extrudierten Fäden wurden
einer primären Verstreckung bei einem Verstreckungsgrad
wie in Tabelle 15 angegeben, unterworfen. Die primär verstreckten
Fäden wurden mit Wasser gewaschen, mit einem bei
125°C gehaltenen Heißwalzentrockner bis zu einem Wassergehalt
der Fäden unter 0,7% getrocknet und einer zweiten
Verstreckung bei 115°C unter feuchter Wärme um das 1,4fache
der ursprünglichen Länge unterworfen. Die sekundär verstreckten
Fäden wurden mechanisch gekräuselt und die Kräusel
wurden fixiert, wobei man Verbundfasern mit einer latenten
Kräuselbarkeit erhielt, deren Eigenschaften in
Tabelle 4 gezeigt werden.
Beispiel 5
Eine Polymerkomponete A aus 70 Teilen eines Acrylpolymeren
der Zusammensetzung AN : MA : SMAS gleich 90,6 : 9,0 : 0,4 (%)
und 30 Teilen Celluloseacetat und eine Polymerkomponente
B, bestehend aus dem gleichen Acrylpolymer,
das in Polymerkomponente A verwendet wurde, mit der Zusammensetzung
AN : MA : SMAS gleich 90,6 : 9,0 : 0,4 (%)
wurde in DMF aufgelöst unter Erhalt von Spinnlösungen
A und B mit einem jeweiligen Gehalt an den Polymerkomponenten
A und B von 25%. Die Spinnlösungen A und B wurden aus
Spinndüsen in einem Verbundverhältnis (Gew.-Verhältnis) von
Komponente A/B von 5/5 in Seite-an-Seite-Anordnung in
ein Koagulierbad aus einer 60%igen wäßrigen DMF-Lösung,
das bei 25°C gehalten wurde, extrudiert. Die extrudierten
Fäden wurden um das 4fache ihrer ursprünglichen Länge
primär verstreckt. Die primär verstreckten Fäden wurden
mit Wasser gewaschen, auf einen bei der in Tabelle 16
angegebenen Temperatur gehaltenen Heißwalzentrockner bis
zu einem Wassergehalt von nicht mehr als 0,8% getrocknet
und dann einer zweiten Verstreckung bei 105°C unter
feuchter Wärme um das 1,6fache der ursprünglichen Fadenlänge
unterworfen. Die sekundär verstreckten Fäden wurden
mechanisch gekräuselt und die Kräusel wurden fixiert,
wobei man 3-Denier Verbundfasern erhielt, deren Eigenschaften
in Tabelle 5 gezeigt werden.
Beispiel 6
Die gleichen mit Wasser gewaschenen Fadenstränge, die
gemäß Beispiel 5 erhalten worden waren und die mit
Wasser angequollen waren, wurden auf Heißwalzentrocknern,
die bei 120°C gehalten wurden, getrocknet, bis der Wassergehalt
in den Strängen auf die in der nachfolgenden
Tabelle angezeigten Werte verringert wurde und die
getrockneten Stränge wurden der gleichen Nachbehandlung
unterworfen wie in Beispiel 5, wobei man Fäden
erhielt, deren Eigenschaften in Tabelle 6 gezeigt
werden.
Beispiel 7
Eine Polymerkomponente A aus 70 Teilen eines Acrylpolymeren
der Zusammensetzung AN : MA : SMAS gleich 22,5 : 7,0 : 0,5 (%),
und 30 Teilen Celluloseacetat und eine
Polymerkomponente B aus einem Acrylpolymer der Zusammensetzung
AN : MA : SMAS gleich 90,5 : 9,0 : 0,5 (%)
wurden getrennt in DMF gelöst unter Ausbildung von
Spinnlösungen A und B, enthaltend 25% an Polymerkomponente
A bzw. Komponente B. Die Spinnlösungen A und B wurden
aus einer Spinndüse in einem Seite-an-Seite-Verhältnis
in einem Verbundverhältnis (Gew.-Verhältnis) von Komponente
A/B von 5/5 in ein bei 18°C gehaltenes Koagulierbad aus
einer wäßrigen Lösung von 60% DMF extrudiert. Die extrudierten
Fäden wurden um das 5fache der ursprünglichen
Länge primär verstreckt. Die primär verstreckten Fäden
wurden mit Wasser gewaschen, auf einem Heißwalzentrockner
bei 120°C und unter Aufblasen von Heißluft von 130°C
bis zu einem Wassergehalt der Fäden von 0,7% getrocknet
und dann eine zweiten Verstreckung unter den in Tabelle 7
gezeigten Bedingungen unterworfen. Die sekundär verstreckten
Fäden wurden mechanisch gekräuselt, die Kräusel
wurden fixiert, wobei man Verbundfasern mit einer latenten
Kräuselfähigkeit erhielt, deren Eigenschaften in
Tabelle 7 gezeigt werden.
Beispiel 8
Eine Polymerkomponente A aus (100-C) Teilen eines Acrylpolymeren
der Zusammensetzung AN : MA : SMAS gleich
(99,5-x) : x : 0,5 (%) und C Teilen Celluloseacetat
und eine Polymerkomponente B aus einem Acrylpolymer der
Zusammensetzung AN : MA : SMAS gleich (99,5-y) : y : 0,5 (%)
wurden getrennt in DMF unter Ausbildung von
Spinnlösungen A und B, enthaltend jeweils 23% der
Polymerkomponenten A und B, gelöst. Die Spinnlösungen A und
B wurden aus einer Spinndüse in einem Verbundverhältnis
(Gew.-Verhältnis) der Komponente A/B von 5/5 in Seite-
an-Seite-Anordnung in ein Koagulierbad, das aus einer
bei 15°C gehaltenen wäßrigen DMF-Lösung bestand, extrudiert.
Die extrudierten Fäden wurden einer primären Verstreckung
um das 4fache der ursprünglichen Fadenlänge unterworfen
und die primär verstreckten Fäden wurden mit Wasser
gewaschen, auf einem bei 125°C gehaltenen Heißwalzentrockner
bis zu einem Wassergehalt der Fäden von 0,5%
getrocknet und dann unter feuchter Hitze einer zweiten
Verstreckung bei 115°C bei einem Verstreckungsgrad der
Fäden um das 1,3fache der ursprünglichen Länge unterworfen.
Die sekundär verstreckten Fäden wurden einer primären
Schrumpfung bei 130°C unter feuchter Wärme unterworfen,
wobei die Fäden um das 0,9-fache der ursprünglichen Länge
schrumpften.
Um die Kräuselbarkeit der Fäden zu verbessern, wurden
die wie oben behandelten Fäden einer dritten Verstreckung
bei 180°C unter trockener Wärme und einem Verstreckungsgrad
der Fäden um das 1,4-fache der ursprünglichen Länge
unterworfen und die so verstreckten Fäden wurden einer
zweiten Schrumpfung bei 150°C unter trockener Wärme und
einer 0,9fachen Schrumpfung, bezogen auf die ursprüngliche
Länge, unterworfen. Die so behandelten Fäden wurden
mechanisch gekräuselt, die Kräusel wurden fixiert,
wobei man Verbundfasern mit einer latenten Kräuselbarkeit
erhielt. Die erfindungsgemäß erhaltenen Verbundfasern
hatten im wesentlichen die gleiche Kräuselbarkeit
wie die einer Vergleichsprobe und hatten eine verbesserte
Anfärbbarkeit und Wasserabsorptionseigenschaften.
Die Eigenschaften derso erhaltenen Fasern werden in
Tabelle 8 gezeigt.
Beispiel 9
Eine Polymerkomponente A aus 70 Teilen eines Acrylpolymeren
der Zusammensetzung AN : MA : SMAS gleich 91,5 : 8,0 : 0,5 (%),
30 Teilen Celluloseacetat und 10 Teilen
eines Acryl-Copolymeren mit der Zusammensetzung von
und eine Polymerkomponente B aus einem Acrylpolymer der Zusammensetzung
AN : MA : SMAS gleich 89,5 : 10,0 : 0,5 (%) wurden getrennt
in DMF gelöst unter Ausbildung von Spinnlösungen
A und B mit einem Gehalt von jeweils 23% der Polymerkomponenten
A und B. Die Spinnlösungen A und B wurden in
einem Verbundverhältnis (Gew.-Verhältnis) von Komponente
A/B von 5/5 versponnen. Das Verspinnen und die Nachbehandlung
wurden unter den gleichen Spinn- und Nachbehandlungs
bedingungen wie in Beispiel 8 durchgeführt, wobei
man Verbundfasern mit latenter Kräuselbarkeit
erhielt.
Die erhaltenen Verbundfasern hatten eine Porosität von
0,20 cm³/g, eine Oberfläche der Hohlräume von 1,3 m²/g
und eine Wasserabsorption von 27%. In den Fasern konnte
durch eine Behandlung der Faser mit siedendem Wasser
bei 100°C während 5 Minuten leicht eine Kräuselung bewirkt
werden. Die gekräuselten Fasern hatten eine Festigkeit
von 2,4 · 10-3 cN/tex, eine Dehnung von 32,3%, eine Anzahl
von 32 Kräuseln pro 2,54 cm Faserlänge, einen Kräuselgrad
von 46%, eine elastische Erholung der Kräuselung
von 74% und einen Restprozentsatz an Kräuselung von
34% und zeigten eine ausgezeichnete Bauschigkeit.