DE3225267C2

DE3225267C2 -

Info

Publication number: DE3225267C2
Application number: DE3225267A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl.-Chem. Dr. Reinehr; Toni 4047 Dormagen De Herbertz; H. Josef 4048 Grevenbroich De Jungverdorben; Hans Dipl.-Ing. Dr. 5659 Solingen De Uhlemann
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1982-07-06
Filing date: 1982-07-06
Publication date: 1990-11-08
Also published as: US4505870A; EP0098484A3; JPS5921712A; DE3225267A1; DE3369350D1; EP0098484A2; EP0098484B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Trockenspinnverfahren zur Herstellung von lösungsmittelarmen Polyacrylnitril-Spinnfäden nach dem Oberbegriff des Anspruchs, vgl. US 28 11 409. Derartig hergestelltes restlösungsmittelarmes Spinngut läßt sich beispielsweise in einem Arbeitsgang ohne jedwede Unterbrechung direkt Verstrecken, Kräuseln, Relaxieren und Schneiden und somit auf kontinuierliche Weise in fertige Fasern überführen.

Spinngut aus trockengesponnenen Acrylfasern weist üblicherweise einen Lösungsmittelgehalt von ca. 15-50 Gew.-% auf. Dieser Restlösungsmittelanteil, beispiels weise an Dimethylformamid, wird durch einen Waschprozeß vor, während oder auch nach der Verstreckung nahezu quantitativ entfernt.

Die lösungsmittelhaltigen Waschwässer werden aus ökono mischen und ökologischen Gründen destillativ aufgear beitet. In der US 28 11 409 wird ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Acrylfäden mit niedrigen Restlösungsmittelgehalten aus Spinndüsen niedriger Lochzahl von max. 200 Loch und sehr langen Spinn schächten bis zu 9 m mit mehreren Heißlufteinlässen unter Verwendung von Acrylnitrilcopolymerisaten mit hohen Viskositäten beschrieben.

Wie aus den Beispielen ferner hervorgeht, werden für den Spinnprozeß Spinndüsen mit extrem feinen Bohrungen von z. B. 0,08 mm Durchmesser eingesetzt, was zu äußerst niedrigen Spinnverzügen führt. Diese niedrigen Spinn verzüge sind offenbar notwendig, um bei den hohen Viskositäten der Spinnlösungen und den hohen Energie belastungen im Spinnschacht Abrisse und Aufläufer auf den Spulen zu vermeiden.

Nach diesem Verfahren lassen sich lediglich Acrylseiden mit niedrigen Gesamttitern herstellen.

Außerdem treten nach dem Verfahren der US-PS bei Rest lösungsmittelgehalten unter ca. 5 Gew.-% an DMF starke statische Aufladungen der Fäden ein.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, ein kontinuierlich durchführbares Verfahren zur Herstellung von lösungsmittelarmen Poly acrylnitril-Spinnfäden nach einem Trockenspinnprozeß mit hohen Gesamttitern von 100 000 dtex und mehr zur Verfügung zu stellen, welches ohne ein Extraktions mittel für das Spinnlösungsmittel auskommt und statische Aufladungen vermeidet.

Wie dem Fachmann bekannt ist, läßt sich beim Trockenspinnen der Restlösungsmittelgehalt im Spinngut über verschiedene Parameter steuern. Geeignete Einflußgrößen sind die Temperaturen des Schachtes und der zu verwendenden Spinn luft, die Luftmenge und die Verweilzeit im Spinnschacht. Diese wiederum läßt sich durch die Spinnschachtgeometrie und Spinngeschwindigkeit beeinflussen. Die vorstehend definierte Aufgabe läßt sich mit dem bekannten Wissen allein jedoch nicht lösen. Vielmehr wird diese Aufgabe bei einem Verfahren eingangs genannter Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Es wurde also überraschenderweise gefunden, daß man die vorstehend definierte Aufgabe lösen kann, wenn man eine Spinnlösung bestimmter Viskosität verwendet, das Spinn gut unmittelbar am Ende des Spinnschachtes innerhalb oder unmittelbar außerhalb des Schachtendes in noch heißem Zustand mit einer Präparation, die ein Gleitmittel und ein Antistatikum enthält und den Fäden einen Feuchte gehalt (Wasser) von maximal 10%, bezogen auf Faserfest stoff, verleiht, benetzt und direkt ohne Abkühlung einer Wärmebehandlung aussetzt, z. B. indem man das Spinngut durch ein Rohr leitet, durch welches im Gegenstrom zur Fadenlaufrichtung Heißluft oder überhitzter Dampf geführt wird oder indem man die Fadenschar über einen beheizten, geschlossenen Walzenkalander mit Absaugvorrich tung für die Lösungsmittelreste führt.

Weiterhin sind zur Wärmebehandlung Heizschiene, Heiz bügel, beheizte Galetten, beheizte Walzen und beheiz bare Rohre geeignet. Als Fixiermedium kommen z. B. Kontakthitze, Heißluft oder Heißdampf infrage.

Vorzugsweise ist der Spinnverzug des Verfahrens größer als 2. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Spinnlösung bei 100°C eine Viskosität von 15 bis 50 Kugelfallsenkungen auf.

Der Spinnverzug V ist definiert als Verhältnis von Abzugsgeschwindigkeit A zur Ausspritzgeschwindigkeit S:

Die Ausspritzgeschwindigkeit S ergibt sich zu:

F = Fördermenge (cm³/min)
Z = Anzahl der Düsenlöcher pro Düse
d = Düsenlochdurchmesser (cm)

Vergleiche Faserforschung 16 (1965), Heft 9, Seite 465. Die Fördermenge (Pumpenvolumen mal Umdrehungen pro Minute) läßt sich nach folgender Gleichung errechnen:

G _ST = Gesamtspinntiter (dtex = g/10 000 m)
P = Pumpenvolumen (cm³)
U = Umdrehungen pro Minute (min^-1)
K = Konzentrationen der Spinnlösung (g/cm³)
A = Abzugsgeschwindigkeit (m/min)

Als Acrylnitrilpolymerisate sind alle zu sogenannten Acrylfasern bzw. Modacrylfasern verspinnbaren Acrylni trilhomo- und -copolymerisate geeignet, vorzugsweise Acrylnitrilcopolymerisate mit mindestens 85 Gew.-% Acrylnitrileinheiten. Die Polymerisate sind bekannt.

Die Präparation kann auch Wasser als Bestandteile ent halten. Präparationsgemische mit über 50% Feuchtegehalt werden jedoch nicht bevorzugt, weil die Fadenschar vor den anschließenden Nachbehandlungsschritten, wie Strecken, Kräusel usw., sonst zu stark gekühlt wird und eine gleich mäßige Durchwärmung des Spinngutes vor dem Strecken nicht mehr gewährleistet ist.

Als geeignete Gleitmittel kommen Glykole, deren Derivate, Siliconöle, ethoxylierte Fettsäuren, -alkohle, -ester, -amide, -alkylethersulfate, sowie deren Mischungen in Frage.

Geeignete Antistatika sind die üblichen kationaktiven, anionaktiven oder nichtionogenen Verbindungen, wie lang kettige, ethoxilierte, sulfierte und neutralisierte Alkohole.

Zweckmäßigerweise bringt man die Präparation bei erhöhten Temperaturen von 50-90 Gew.-% mit den einzelnen Faden bändchen in Berührung, um eine Abkühlung der heißen Fadenschar zu vermeiden. Die von einer Spinnmaschine mit beispielsweise 20 Spinnschächten ersponnenen Schacht bändchen vom Gesamttiter 100 000 dtex und mehr werden auf diese Weise präpariert, nach Verlassen des Fixier aggregates gebündelt und direkt einer weiteren Nachbe handlung, z. B. mit den Prozeßschritten Strecken - Kräuseln - Schrumpfen - Schneiden, zugeführt.

Ein großer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß sich derartig hergestellte, restlösungs mittelarme Spinnfäden direkt in einem kontinuierlichen Prozeß zu fertigen Acrylfasern ohne jedwede Unterbrechung nachbehandeln lassen.

Ein weiterer großer Vorteil des erfindungsgemäßen Ver fahrens zur Herstellung von restlösungsmittelarmen Spinn fäden besteht ferner darin, daß infolge des Fortfalls eines Waschprozesses auch kein Trockneraggregat mehr not wendig ist. Neben den geringeren Investitions- und In standhaltungskosten lassen sich naturgemäß auch die Energiekosten deutlich vermindern.

Im allgemeinen reichen Spinnabzugsgeschwindigkeiten bis zu 100 m/min vollkommen aus, um den Restlösungsmittel gehalt im Spinngut deutlich unter 5 Gew.-% zu halten.

Das erfindungsgemäße restlösungsmittelarme Spinnverfahren läßt sich auch auf sogenanntes düsengefärbtes Spinngut übertragen. Setzt man Spinnlösungen aus Acrylnitrilpoly merisaten Farbstoffe oder Pigmente zu, so erhält man gefärbtes Spinngut, das sich zu spinngefärbten Acrylfasern verarbeiten läßt.

Die Viskosität in Kugelfallsekunden, gemessen bei 100°C, wurde nach der Methode von K. Jost, Reologica Acta, Band 1 (1958), Seite 303, bestimmt. Es gilt dabei die Umrechnungsformel: 1 Kugelfallsekunde entspricht 4,37 Poise.

Beispiel 1

700 kg Dimethylformamid (DMF) werden in einem Kessel bei Raumtemperatur unter Rühren mit 300 kg eines Acrylnitril copolymerisates aus 93,6% Acrylnitril, 5,7% Acryl säuremethylester und 0,7% Natriummethallylsulfonat vom K-Wert 81 vermischt. Die Suspension wird über eine Zahn radpumpe in einen mit einem Rührwerk versehenen Spinn kessel gepumpt. Dann wird die Suspension in einem doppel wandigen Rohr mit Dampf von 4,0 bar erhitzt. Die Verweil zeit im Rohr beträgt 5 Minuten. Die Spinnlösung, welche am Rohrausgang eine Temperatur von 138°C aufweist und eine Viskosität von 19 Kugelfallsekunden, gemessen bei 100°C besitzt, wird nach Verlassen der Aufheizvorrichtung auf 90°C abgekühlt, filtriert und direkt einer Spinnanlage mit 20 Spinnschächten zugeführt.

Die Spinnlösung wird aus 1264-Lochdüsen mit Düsenloch durchmessern von 0,25 mm mit 50 m/min Abzugsgeschwindig keit trocken versponnen. Die geförderte Spinnlösungs menge pro Spinnschacht liegt bei 370,8 ccm/min. Die Schachttemperatur liegt bei 200°C und die Lufttemperatur beträgt 360°C. Die durchgesetzte Luftmenge beträgt 40 m³/h für jeden Schacht. Die Spinnfäden, welche mit einem Spinnverzug von 2,1 gesponnen worden sind, werden unmittelbar vor Verlassen der Spinnschächte vor Eintritt in ein dahinter geschaltetes Rohr mit einer 80-90°C warmen, ein Gleitmittel und ein Antistatikum enthaltenden wasserarmen Präparation derartig benetzt, daß der Ölge halt der Fäden ca. 0,16 Gew.-% und der Gehalt an Anti statikum 0,04 Gew.-%, bezogen auf den Feststoffgehalt, ausmacht. Die Dosierung der Präparation geschieht über Zahnradpumpen. Ein waagrecht vor der Spinnmaschine geschaltetes Rohr, durch welches die Spinnfadenschar geleitet wird, ist im Gegenstrom zur Fadenlaufrichtung mit heißer Luft von 300°C zur DMF-Entfernung beschickt. Die Verweilzeit der Spinnfäden in den Spinnschächten und dem mit Heißluft beschickten Rohr beträgt ca. 18 Sekunden. Die durch das Rohr im Gegenstrom geschickte Heißluftmenge liegt bei 600 m³/h.

Das warme Acrylkabel, welches einen Gesamttiter von 344 000 dtex aufweist, besitzt noch einen Restlösungs mittelgehalt von 1,6 Gew.-% an DMF. Das Kabel läßt sich anschließend ohne Unterbrechung verstrecken, kräuseln, schrumpfen und zu Stapelfasern schneiden.

Beispiel 2

Eine Spinnlösung wird gemäß Beispiel 1 zu Fäden ver sponnen und vor Eintritt in das dahinter geschaltete Rohr wieder mit einer 80-90°C warmen, ein Gleitmittel und ein Antistatikum enthaltenden wasserarmen Präparation benetzt. Im Gegenstrom zur Fadenlaufrichtung wird das Rohr mit überhitztem Dampf von 110°C zur DMF-Ent fernung beschickt. Die Dampfmenge beträgt 150 kg/h. Die Verweilzeit des Spinngutes in den Spinnschächten und dem mit überhitztem Dampf beschickten Rohr beträgt wiederum ca. 18 Sekunden. Das warme Acrylkabel, welches wieder einen Gesamttiter von 344 000 dtex aufweist, be sitzt noch einen Restlösungsmittelgehalt von 1,3 Gew.-% an DMF. Das Kabel läßt sich anschließend ohne Unter brechung zu fertiger Stapelfaser verarbeiten.

Beispiel 3

Eine Spinnlösung gemäß Beispiel 1 wird zu Fäden ver sponnen, die Abzugsgeschwindigkeit beträgt jedoch 100 m/min und die geförderte Spinnlösungsmenge pro Spinn schacht liegt bei 512 ccm/min. Die Spinnfäden, welche mit einem Spinnverzug von 3,0 gesponnen worden sind, werden unmittelbar vor Verlassen der Spinnschächte und vor Eintritt in das dahinter geschaltete Rohr präpariert und anschließend im Rohr im Gegenstrom zur Fadenlauf richtung mit heißer Luft von 300°C zur DMF-Entfernung beschickt. Die Verweilzeit des Spinngutes in den Spinn schächten und dem mit Heißluft beschickten Rohr beträgt ca. 9 Sekunden. Die durch das Rohr im Gegenstrom geschickte Heißluftmenge liegt bei 800 m³/h. Das warme Acrylkabel, welches einen Gesamttiter von 265 500 dtex aufweist, besitzt noch einen Restlösungsmittelgehalt von 2,2 Gew.-% an DMF. Das Kabel läßt sich anschließend ohne Unterbrechung direkt weiter zu Stapelfasern verarbeiten.

Beispiel 4

Eine Spinnlösung wurde unter den in Beispiel 1 ange gebenen Bedingungen hergestellt, versponnen und präpa riert.

Die gebündelte Fadenschar wird anschließend über einen auf 195°C elektrisch geheizten Walzenkalander mit 13 Walzen von 40 cm Durchmesser geschickt. Die Fadenschar nimmt dabei eine Temperatur von 159°C an, berührungslos gemessen mit dem Strahlungsthermometer KT 15 (Hersteller Fa. Heimann GmbH, Wiesbaden, BRD). Die Verweilzeit der Fäden auf den Kalanderwalzen beträgt ca. 10 Sekunden. Der Walzenkalander ist mit einer Abzugsvorrichtung zur Entfernung restlicher Spinnlösungsmittelmengen ausge rüstet.

Das warme Acrylkabel vom Gesamttiter 344 000 dtex besitzt noch einen Restlösungsmittelgehalt von 0,8 Gew.-% an DMF. Das Kabel läßt sich anschließend ohne Unter brechung verstrecken, kräuseln, schrumpfen und zu Stapelfasern schneiden.

Claims

1. Trockenspinnverfahren zur Herstellung lösungsmittelarmer Polyacrylnitril-Spinnfäden mit mindestens 85 Gew.-% Acrylnitrileinheiten und einem Restlösungsmittelgehalt unter 5 Gew.-% durch Verspinnen einer Spinnlösung in einem Spinnschacht und anschließende Wärmebehandlung ohne Kontaktierung mit einem Extraktionsmittel für das Spinn lösungsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß Spinnfäden mit einem Gesamttiter über 100 000 dtex hergestellt werden, indem eine Spinnlösung versponnen wird, deren Visko sität bei 100°C 10 bis 60 Kugelfallsekunden beträgt, die Fäden unmittelbar am Ende des Spinnschachtes innerhalb oder unmittelbar außerhalb des Schachtendes in noch heißem Zustand mit einer Präparation versehen werden, die ein Gleitmittel und ein Antistatikum enthält und den Fäden einen Feuchtegehalt von maximal 10 Gew.-%, bezogen auf Faser feststoffgehalt, verleiht und die Fäden direkt ohne Abkühlung der Wärmebehandlung aus gesetzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spinnverzug größer als 2 ist und die Spinnlösung eine Viskosität bei 100°C von 15 bis 50 Kugelfallsekunden aufweist.