DE3321528A1

DE3321528A1 - Fuellstoffhaltige acrylfasern, ihre herstellung und verwendung

Info

Publication number: DE3321528A1
Application number: DE19833321528
Authority: DE
Inventors: Carlhans Dr. 5074 Odenthal Süling; Bernd Dr. 5060 Bergisch Gladbach Willenberg
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1983-06-15
Filing date: 1983-06-15
Publication date: 1984-12-20

Description

BAYER AKTIENGESELLSCHAFT 5090 Leverkusen, Bayerwerk

Zentralbereich f 3 flfi RQ

Patente, Marken und Lizenzen Jo/bc/c I A UD. öd

Füllstoffhaltige Acrylfasern, ihre Herstellung und Verwendung

Die Erfindung betrifft halogenfreie, trockengesponnene Acrylfasern, die hohe Anteile an mineralischen Füllstoffen enthalten, ein Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung.

Es ist bekannt, schwer entflammbare. Acrylfasern aus 90 bis 65 Gew.-% eines Acrylpolymers und 10 bis 35 Gew.-% Aluminiumhydroxid mit kleinem Teilchendurchmesser herzustellen, wobei das Acrylpolymer aus 40 bis 90 Gew.-% Acrylnitril, 10 bis 60 Gew.-% eines Halogen enthaltenden Monomers und weniger als 50 % anderer ungesättigter Monomerer besteht (Japanische Patentpublikation 53 052 733). Nachteilig für diese Produkte wie für alle Halogen enthaltenden Acrylfasern ist/ daß im Brandfalle, der auch, bei Schwerentflammbarkeit nicht ausgeschlossen werden kann, Halogenwasserstoff entsteht, der zwar den Zutritt von Sauerstoff an den Brandherd verhindert oder vermindert, durch dessen Einwirkung

Le A 22 188

aber ein dem eigentlichen Brandschaden vergleichbarer Schaden entstehen kann.

Halogenfreie, naßgesponnene Acrylnitrilfasern haben nicht die Eigenschaft der Schwerentflammbarkeit (Beispiel der japanischen Patentpublikation 53 052 733 mit LOI-Werten von 13,0 und 14,6).

Weiterhin ist aus der Japanischen Patent-Publikation 55-99383 bekannt, daß naßgesponnene, füllstoffhaltige Polyacrylnitrilfasern aus 70 bis 99 Gew.-% Acrylnitril

und üblichen Comonomeren, wie (Meth)Acrylsäureester oder

(Meth)Allylsulfonat, die 1 bis 30 Gew.-%, bezogen auf Gesamtfeststoff, an anorganischen Materialien aus der Reihe der Oxide, Silikate, Carbide, Sulfate, Chloride und Fluoride enthalten, geringere Neigung zum Pilling

¹^ zeigen.

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß trockengesponnene, halogenfreie Acrylfasern, gefüllt mit bestimmten anorganischen Füllstoffen von bestimmter Teilchengröße und in bestimmter Konzentration, deutlich schwerer entflammbar sind als entsprechende naßgesponnene Fasern.

Gegenstand der Erfindung sind daher füllstoffhaltige, halogenfreie Acrylfasern aus Acrylnitrilpolymerisaten mit mindestens 50 Gew.-% Acrylnitril, vorzugsweise mindestens 85 Gew.-% Acrylnitril, die als Füllstoff ein wasserunlösliches Metalloxid, -hydroxid, -carbonat, -silikat oder -sulfat mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 1 bis 1000 nm, vorzugsweise 5 bis 200 nm, in einer Menge von 15 bis 50 Gew.-%, bezogen auf Gesamtfeststoff, enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß sie trockenge-

30 spönnen sind.
Le A 22 188

—· C —

Bevorzugte Acrylnitrilpolymerisate sind Acrylnitrilhomopolymerisat und Copolymerisate mit (Meth)Acrylsäure, (Meth)Acrylsäureester, Itaconsäure, (Meth)Acrylamide, (Meth)Ällylsulfonat, Styrolsulfonat oder N,N-Dialkylaminoalkyl(meth)-acrylamid.

Bevorzugte Füllstoffe sind Siliciumdioxid, Aluminiumhydroxid und Aluminiumoxid, insbesondere Aluminiumhydroxid.

Die erfindungsgemäßen Fasern weisen LOI-Werte von 21 bis 24 auf*

Als Prüfmethode für die Entflammbarkeit und das Brennverhalten von textlien Flächengebilden wurde die Messung nach dem Limiting Oxygen Index (LOI) durchgeführt. Hierbei wird das Volumenverhältnis von Sauerstoff zur Summe aus Sauerstoff und Stickstoff in jenem Gemisch bestimmt, bei dem das Textil nach der Entzündung gerade noch von oben nach unten weiter brennt. Es gilt:

0₂(Vol.-%)

LOI = χ 100

0₂(Vol.-%) + N₂(Vol.-%)

Da Probenanordnung und Flächengewicht die Ergebnisse beeinflussen, wurden nur Vliese von ca. 200 g/m² Flächengewicht getestet, die in eine Probenhalterung geklemmt wurden. Die LOI-Wert gibt demnach die zur Verbrennung notwendige Sauerstoffkonzentration an. Je höher diese Konzentration ist, um so schwerer brennbar sind die Fäden.

Le A 22 188

Vorzugsweise verwendet man Acrylnitrilcopolymerisate, die

-4 -4

5 · 10 bis 20 · 10 val saure Gruppen/g Polymer enthalten.

Die füllstoffhaltigen Fasern werden erhalten, indem man den Füllstoff und den Faserrohstoff in das Spinnlösungsmittel einträgt, vorzugsweise einen Emulgator zur besseren Dispergierung des Füllstoffes zusetzt, die Reaktionsmischung auf Temperaturen zwischen 70 und 150⁰C, vorzugsweise zwischen 70 und 130⁰C, erwärmt, wobei sich der Faserrohstoff löst, und die Spinnlösung unter den üblichen Bedingungen des Trockenspinnens zu Fäden, verspinnt.

Bevorzugte Comonomere sind (Meth)Acrylsäure, (Meth)Acrylsäure-methyl- und -ethyl-ester und Methallylsulfonat. Bevorzugt sind auch comonomerfreie Polymerisate, sogenannte Acrylnitrilunipolymerisate.

Lösungsmittel für das Spinnverfahren sind vorzugsweise Dimethylformamid und Dimethylacetamid.

Als Emulgier- und Dispergiermittel kommen anionische Emulgatoren, wie Mersolate, Laurylsulfat oder Sulfobernsteinsäureester, kationische Emulgatoren, wie quartäre Ammoniumverbindungen oder nichtionische Emulgatoren, wie oxalkylierte Alkylphenole in Betracht.

Die füllstoffhaltigen Fasern sind schwer entflammbar und lassen sich zur Herstellung textiler Materialien, 25 wie Gewebe, Gewirke, Gestricke oder Vliese verwenden. Sie eignen sich ferner als Verstärkungsfasern in Reibmitteln, Friktionsmaterialien und Baustoffen.

Le A 22 188

e —

Beispiel 1

In 30,00 kg Dimethylformamid (DMF) wurden 2,11 kg Aluminiumhydroxid einem mittleren Teilchendurchmesser ^400 nm und 10,54 kg eines Acrylnitril-Copolymerisates, enthaltend 93,6 Gew.-% Acrylnitril, 5,7 Gew.-% Acrylsäuremethylester und 0,7 Gew.-% Natriummethallylsulfonat unter Rühren bei Raumtemperatur eingetragen, bei 8O⁰C gelöst und filtriert. Die so erhaltene Spinnlösung hatte eine Viskosität, von 111 Pa.s. Die Spinnlösung wurde trockenversponnen, dabei betrug die Schachttemperatur 160⁰C die Temperatur der Spinnluft 180⁰C. Bei einer Abzugsgeschwindigkeit von 250 m/min ergab sich ein Einzeltiter von 10 dtex. Das Spinnband wurde vierfach verstreckt, unter SchrumpfZulassung gewaschen, präpariert

15 und getrocknet.

Der Einzeltiter betrug jetzt 3,3 dtex, die feinheitsbezogene Festigkeit und die Bruchdehnung sind in Tabelle aufgeführt.

Aus dem so erhaltenen Filamentgarn wurde ein Vlies mit einem Flächengewicht von 200 g/m² hergestellt, an dem der LOI-Wert bestimmt wurde.

Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt. Beispiele 2-5

Bei sonst identischer Verfahrensweise wie in Beispiel 1 wurden lediglich die eingesetzten Mengen an Aluminium-

Le A 22 188

hydroxid auf 3,16, 4,22, 5,27 bzw. 10,54 kg erhöht entsprechend einem Füllstoffgehalt von 23,1, 28,6, 33,6 bzw. 50,0 Gew.-% bezogen auf die gesamte Faser. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt.

5 Beispiel 6

Es wurde wie in Beispiel 4 verfahren, als Acrylnitrilcopolymerisat wurde jedoch ein Copolymerisat bestehend aus 94 Gew.-% Acrylnitril und 6 Gew.-% Methacrylsäure eingesetzt.

10 Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt. Beispiel 7

Es wurde wie in Beispiel 4 verfahren, als Füllstoff wurde jedoch Siliziumdioxid mit einem mittleren Teilchendurchmesser von ^50 nm eingesetzt.

15 Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt. Beispiel 8

Es wurde wie in Beispiel 4 verfahren, als Füllstoff wurde jedoch Aluminiumoxid mit einem mittleren Teilchendurchmesser S20 nm eingesetzt.

20 Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Le A 22 188

Tabelle

Bei- Füllstoff Füllstoff gehalt spiel der Faser (T)

/Gew.-%_7

Polymerkonzen-

tration

der Spinnlsg.

/Gew.-%_7

Lösungs- Bruchkraft viskosität feinheitsbe-

zogen

/Pa.s_7

Bruchdehnung Anfangsmodul

/cN/dtex7

IDI

1 2 3 4 5 6 7 8

Al(OH)

Al (OH). SiO„

16,7 23,1 28,6 33,6 50,0 33,6 33,6 33,6

26 26 26 26 26 22 24 22

120

61

65

59

134

116

132

172

2,91 2,73 2,50 2,55 1,95 2,68 2,60 2,49

14,6 12,2 14,5 9,0 6,4

18,8 21,8 15,7

64 62 56 54 28 32 30 38

21,0	j >- f > > > > » » » * » * > > * > > » ν » \ I »
21,0 21,5 21,5 22,5	V' ■'
24,0	ι ⁱ;
20,5	/ > I
19,0	» » »

bezogen auf Gesamtfeststoff OO K)

cn

K)

00

Claims

Patentansprüche

Füllstoffhaltige Acrylfasern aus Acrylnitrilpolymerisaten mit mindestens 50 Gew.-% Acrylnitril, die als Füllstoff ein wasserunlösliches Metalloxid, -hydroxid, -carbonat, -silikat oder -sulfat mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 1 bis 1000 nm in einer Menge von 15 bis 50 Gew.-%, bezogen auf Gesamtfeststoff, enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß sie trockengesponnen sind.
2. Füllstoffhaltige Acrylfasern nach Anspruch 1 aus Acrylnitrilpolymerisaten mit mindestens 85 Gew.-% Acrylnitril und bis zu 15 Gew.-% (Meth)Acrylsäure, (Meth)Acrylsäurealkylester, Itaconsäure, (Meth)-Acrylamid, (Meth)Allylsulfonat, Styrolsulfonat oder N,N-Dialkylamino-alkyl-(meth)-acrylamid als Comonomere und Aluminiumhydroxid als Füllstoff.
3. Fasern nach Anspruch 1, wobei der mittlere Teilchendurchmesser des Füllstoffes 5 bis 200 nm beträgt.
4. Fasern nach Anspruch 1, wobei der Faserrohstoff

-4 -4
5 . 10 bis 20 . 10 val saure Gruppen/g Polymer

aufweist.

5. Verfahren zur Herstellung von füllstoffhaltigen Fasern gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Füllstoff und Faserrohstoff in das Spinnlösungsmittel einträgt, die Reaktionsmischung auf Temperaturen zwischen 70 und 150⁰C erwärmt, wobei sich der Faserrohstoff löst, und die Spinnlösung trocken verspinnt.

Le A 22 188
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man der Spinnlösung einen Emulgator zusetzt.
7. Verwendung von Fasern gemäß Anspruch 1 zur Herstellung textiler Materialien und als Verstärkungsfa-

5 sern.

Le A 22 188