DE4027063C2 - Verfahren zur Herstellung von besonders hochmolekularen Polyamidfasern sowie nach diesem Verfahren herstellbare Polyamidfasern - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von besonders hochmolekularen Polyamidfasern sowie nach diesem Verfahren herstellbare PolyamidfasernInfo
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Description
Die Erfindung betrifft den in den Patentansprüchen angegebenen Gegenstand
insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von
besonders hochmolekularen Polyamidfasern
und nach diesem Verfahren
herstellbare Polyamidfasern.
Die sogenannten technischen Polyamidfasern werden u. a. für
Netz- und Tauwerk, Transportbandgewebe,
Industriemaschinenfilze, Filter, Angeldrähte, technische
Gewebe und Abspanndrähte sowie Borsten verwendet. Da
alipathische Polyamide im allgemeinen eine gute
Chemikalienbeständigkeit aufweisen, eignen sie sich
hervorragend für Papiermaschinenbespannungen. Hierbei werden
neben allgemeinen guten mechanischen Eigenschaften, wie z. B.
hoher Reißfestigkeit, hohe Anforderungen speziell an
Eigenschaften, die einem Biegeprozeß unterliegen, wie z. B.
Biegesteifigkeit und Scheuerbeständigkeit, gestellt.
Letztere sind stark von der Molmasse des Polymeren abhängig.
Je höher der Polymerisationsgrad des Polymeren ist, desto
beständiger sind die Fasern gegenüber Biegebeanspruchung.
Nach dem Stand der Technik wird, um Polyamidfasern mit hohen
Molmassen herstellen zu können, das Polyamidgranulat vor dem
Verspinnen zu Fasern einer Festphasenkondensation
unterworfen, wie z. B. in der US-PS 3 420 804 oder in der
EP-PS 0 098 616 beschrieben. Nachteil dieser Vorgehensweise
ist, daß das hochmolekulare Spinngranulat eine sehr hohe
Schmelzviskosität besitzt und sich deshalb infolge eines
hohen Druckaufbaus vor der Spinndüsenplatte nur noch
schlecht verspinnen läßt. Außerdem tritt in der Schmelze von
hochmolekularem Granulat während des Spinnprozesses ein
unkontrollierter Molmassenabbau ein.
Aus der EP 0 098 616 sind Polyamid 6.6-Fasern mit einer
relativen Viskosität in Ameisensäure von 70 bis 150 und einem
Stabilitätskoeffizienten der Molekülbindung von mindestens
0,20, einer prozentualen Schrumpfung von höchstens 4% bei
160°C in trockener Hitze bei 30 Min. und einer Zähigkeit von
mindestens 17,66 N/tex% bekannt.
Die US-PS 3 420 804 beansprucht ein Verfahren zur
Nachkondensation von Polyamid-Granulat, wobei die
Nachkondensation durch überhitzten Dampf durchgeführt werden
soll.
Die CH-PS 359 286 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung
von hochmolekularen
Polyamidgranulat nach dem Nachkondensationsprinzip in
2 Schritten.
Dabei werden die Nachkondensationskatalysatoren in die
Schmelze des Polyamidausgangsmaterials eingearbeitet und
anschließend die Nachkondensation der durch Spritzguß oder
Strangpreßverformung erhaltenen Kunststoffteile
nachkondensiert. Diese Verfahrensweise ist für die
Herstellung von hochmolekularen Polyamidfasern ungeeignet,
da die eingearbeiteten Katalysatoren die Nachkondensation
bereits in der heißen Polyamidspinnschmelze in unkontrol
lierter Weise auslösen.
Die japanische Auslegeschrift 27 719/76 beschreibt die
Nachkondensation von in Katalysatorlösung getauchten
Polyamidformteilen in fester Phase zur Erhöhung der
Lebensdauer von stark beanspruchten Formteilen durch die
Überführung des zweidimensionalen Molekülverbandes in einen
dreidimensionalen, das heißt, durch Vernetzung des Polyamids
an der Oberfläche. Oberflächlich vernetzte Fasern sind
jedoch in der Anfärbung und bei Dauerbiegebelastung stark
benachteiligt. (Abweichend zum WPI-Abstract nennt die
japanische Auslegeschrift 27 719/76 keine Fasern, sondern
Formteile, wie Ringläufer und Schieberolle).
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, besonders
hochmolekulare und unvernetzte Polyamidfasern mit hoher
Dauerbiegebelastbarkeit und guter Scheuerbeständigkeit
herzustellen.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zur Herstellung von
Polyamidfasern mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch Polyamidfasern nach Anspruch 16 gelöst.
Die Erfindung stellt insbesondere ein Verfahren zur
Nachkondensation schmelzgesponnener Polyamidfasern in fester
Phase in Gegenwart von Nachkondensationskatalysatoren sowie
die nach diesem Verfahren hergestellten Fasern zur Verfügung.
Es wurde festgestellt, daß sich überraschenderweise Polyamidfasern
in fester Phase nachkondensieren lassen ohne zu vernetzen
und damit ohne die nach dem Stand der Technik zu erwartenden
nachteiligen Eigenschaften für ihre Verwendung zu zeigen.
Normalviskose Polyamidfasern sind solche mit relativen
Lösungsviskositäten in H2SO4 von maximal 4,2, bevorzugt
bis 4,0, besonders bevorzugt solche der Viskositätsbereiche
um 3,4 und 3,8, besonders bevorzugt um 3,8. Sie sind
hergestellt aus ω-Aminocarbonsäuren oder Lactamen mit 4
bis 12 Kohlenstoffatomen oder deren Gemischen, bevorzugt
aber PA 4, PA 6, PA 11 und PA 12, oder aus aliphatischen
Diaminen mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen und aliphatischen
Dicarbonsäuren mit 5 bis 12 Kohlenstoffatomen oder aus deren
Gemischen, bevorzugt aber PA 4,6, PA 6,6, PA 6,10 und
PA 12,12.
Als Nachkondensationskatalysatoren werden anorganische
Phosphorverbindungen, bevorzugt Salze oder Ester der
phosphorigen Säure oder der Orthophosphorsäure oder
diese Säuren selbst eingesetzt, besonders bevorzugt
aber H3PO4, H3PO3, Na2HPO4 · 12 H2O,
Na2HPO3 · 5 H2O sowie NaH2PO4.
Die normalviskosen Polyamidfasern werden in bekannter
Weise, z. B. in einer Flotte, imprägniert, wobei der
Katalysatorgehalt, bezogen auf die nachzukondensierenden
Fasern maximal 0,5% beträgt, bevorzugt 0,1 bis 0,3%,
besonders bevorzugt 0,2% (die Bezeichnung "%" bedeutet
Gew.-%).
Die Nachkondensation wird bei Temperaturen von 160 bis
200°C, bevorzugt 170 bis 190°C, in Inertgasatmosphäre oder
im Vakuum, während 5 bis 48 Stunden, bevorzugt 6 bis 24
Stunden, besonders bevorzugt 8 bis 12 Stunden, ausgeführt.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat folgende Vorteile:
- - Es kann chargenweise, z. B. in einem Taumeltrockner, oder mittels geeigneter Förderelemente kontinuierlich, z. B. in einem geneigten Drehrohrtrockner, ausgeführt werden.
- - Ausgehend von normalviskosen, bevorzugt handelsüblichen Polyamidfasern lassen sich besonders hohe Molmassen mit Lösungsviskositäten in H2SO4 von mindestens 7,0, bevorzugt mindestens 9,0 erreichen. Fasern mit so extrem hohen Viskositäten können nicht mehr mit konventionellen Verfahren gesponnen werden.
- - Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Polyamidfasern mit hervorragender Scheuerbeständigkeit herstellen, dabei lassen sich um 200% erhöhte Werte der Drahtscheuertouren erreichen. Es lassen sich Fasern aus vernetzungsfreiem Polyamid herstellen, die gut löslich sind und keine Versprödung zeigen, d. h. Fasern, die keine verschlechterten Eigenschaften aufweisen, wie z. B. eine Erniedrigung der Reißdehnung. Damit darf angenommen werden, daß die erzielte Erhöhung der Molmasse durch weitere Amidbindungen im Polyamid und nicht durch Vernetzung erreicht wird.
Die nachfolgenden Beispiele zeigen Ausführungsformen der
Erfindung. Die Ergebnisse der
Prüfuntersuchungen sind tabellarisch zusammengefaßt.
Die in den Tabellen 1 bis 3 zusammengestellten Ergebnisse
belegen, daß durch das erfindungsgemäße
Nachkondensationsverfahren ein Anstieg der
Lösungsviskosität, welche ein Maß für die Molmasse ist, und
ein Anstieg der Drahtscheuertouren, die ein Maß für die
Scheuerbeständigkeit sind, erreicht wird, ohne daß andere
erwünschte Fasereigenschaften, wie z. B. Titer,
Reißfestigkeit und Reißdehnung, negativ beeinflußt werden.
Die in den Beispielen und Tabellen angegebenen PA-Fasertypen
sind:
- - Grilon TM 26 R (EMS-CHEMIE AG/Schweiz): eine gekräuselte Polyamid 6-Faser mit einer relativen Lösungsviskosität von ca. 3,40,
- - Grilon TM 26/2 R (EMS-CHEMIE AG/Schweiz): eine gekräuselte Polyamid-6-Faser mit einer relativen Lösungsviskosität von ca. 3,80,
- - Grilon TM 26 hochviskos, eine gekräuselte Polyamid-6-Faser mit einer relativen Lösungsviskosität von ca. 4,80,
- - Nylon/T 310 (DuPont/USA): eine gekräuselte Polyamid-6.6-Faser mit einer relativen Lösungsviskosität von ca. 3,10.
Alle Polyamidtypen enthalten handelsübliche
Hitzestabilisatoren der Firma Ciba-Geigy/Schweiz vom Typ
Irganox, ausgenommen Grilon TM 26 hochviskos.
Die relativen Lösungsviskositäten werden als 1%ige Lösung in
98%iger Schwefelsäure gemäß DIN 53 727 bei 20°C gemessen.
17 dtex-PA-6-Fasern vom Typ Grilon TM 26 R mit 11 Bögen pro
cm und relativen Lösungsviskositäten von 3,36 werden bei
180°C im Vakuum während der in Tab. 1 angegebenen Zeiten
ohne Katalysator thermisch nachkondensiert.
17 dtex-PA-6-Fasern vom Typ Grilon TM 26 R mit 11 Bögen pro
cm und relativen Lösungsviskositäten von 3,36 werden mit
einer wäßrigen Lösung von Orthophosphorsäure
(Flottenverhältnis 1 : 20) ohne Netzmittel 30 Minuten lang bei
95°C behandelt. Die eingesetzte Säuremenge beträgt 0,2
Gew.-%, bezogen auf die nachzukondensierenden Fasern. Nach
Filtration und Lufttrocknung erfolgt die Nachkondensation
der so imprägnierten niederviskosen PA-6-Fasern bei 180°C im
Vakuum während der in Tabelle 1 angegebenen Zeiten.
Verfahren gemäß Beispiel 2 unter Verwendung von phosphoriger
Säure.
Verfahren gemäß Beispiel 2 unter Verwendung von NaH2PO4.
Verfahren gemäß Beispiel 1 unter Verwendung von Fasern des
Typs TM 26/2R-1 mit relativen Lösungsviskositäten von 3,72.
Verfahren gemäß Beispiel 2 unter Verwendung von Fasern des
Typs TM 26/2R-1 mit relativen Lösungsviskositäten von 3,72 und
phosphoriger Säure.
Verfahren gemäß Beispiel 6 unter Verwendung von
Orthophosphorsäure.
Verfahren gemäß Beispiel 1 unter Verwendung von Fasern des
Typs TM 26/2R-2 mit relativen Lösungsviskositäten von 3,86.
Verfahren gemäß Beispiel 2 unter Verwendung von Fasern des
Typs TM 26/2R-2 mit relativen Lösungsviskositäten von 3,86 und
phosphoriger Säure.
Verfahren gemäß Beispiel 9 unter Verwendung von
Othophosphorsäure.
Verfahren gemäß Beispiel 1 unter Verwendung von Fasern des
Typs TM 26/2R-3 mit relativen Lösungsviskositäten von 3,88.
Verfahren gemäß Beispiel 2 unter Verwendung von Fasern des
Typs TM 26/2R-3 mit relativen Lösungsviskositäten und
phosphoriger Säure.
Verfahren gemäß Beispiel 12 unter Verwendung von
Orthophosphorsäure.
Verfahren gemäß Beispiel 1 unter Verwendung von Fasern des
Typs TM 26/2R-4 mit relativen Lösungsviskositäten von 3,85.
Verfahren gemäß Beispiel 2 unter Verwendung von Fasern des
Typs TM 26/2R-4 mit relativen Lösungsviskosiäten von 3,85 und
phosphoriger Säure.
Verfahren gemäß Beispiel 15 unter Verwendung von
Orthophosphorsäure.
Prüfresultate von gekräuselten PA-6-Fasern mit 11 Bögen pro
cm mit relativer Lösungsviskosität von 4,70, ohne
Nachkondensation, die aus einer hochmolekularen, industriell
nicht mehr verspinnbaren PA-Extrusionsgranulat-Type (Grilon TM 26
hochviskos) mit relativen Lösungsviskositäten von 5,02 zu Fasern
mit dem Titer von etwa 17 dtex versponnen werden.
Prüfresultate von 17 dtex PA-6.6-Fasern vom Typ Nylon T310
mit 11 Bögen pro cm und relativen Lösungsviskositäten von
3,07.
17 dtex-PA-6.6-Fasern vom Typ Nylon T310 mit 11 Bögen pro cm
und relativen Lösungsviskositäten von 3,07 werden mit einer
wäßrigen Lösung von Orthophosphorsäure (Flottenverhältnis
1 : 20) ohne Netzmittel 30 Minuten lang bei 95°C behandelt.
Die eingesetzte Säuremenge beträgt 0,2 Gew.-% bezogen auf
die nachzukondensierenden Fasern. Nach Filtration und
Lufttrocknung wird 8 h bei 170°C im Vakuum nachkondensiert.
Verfahren gemäß Beispiel 19 unter Verwendung von
phosphoriger Säure.
Claims (16)
1. Verfahren zur Herstellung von besonders hochmolekularen
Polyamidfasern,
dadurch gekennzeichnet,
daß man normalviskose Polyamidfasern mit Lösungen von
Nachkondensationskatalysatoren imprägniert, trocknet und
nachfolgend unter Sauerstoffausschluß unterhalb des
Schmelzpunktes des Polyamids in fester Phase thermisch
nachkondensiert,
wobei die nachzukondensierenden Polyamidfasern übliche
verarbeitungsbedingte und eigenschaftsverbessernde
Additive enthalten künnen.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß man normalviskose Polyamid (PA)-Fasern mit
relativen Lösungsviskositäten in H2SO4 von maximal
4,2, bevorzugt 2,4 bis 4,0, einsetzt.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß man als normalviskose PA-Fasern lineare
aliphatische PA-Fasern aus ω-Aminocarbonsäuren oder
Lactamen mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen oder aus deren
Gemischen, bevorzugt
PA 4, PA 6, PA 11 und PA 12, einsetzt.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß man als normalviskose PA-Fasern aliphatische
PA-Fasern aus aliphatischen Diaminen mit 4 bis 12
Kohlenstoffatomen und aliphatischen Dicarbonsäuren mit 5
bis 12 Kohlenstoffatomen oder aus deren Gemischen
einsetzt, bevorzugt PA 4,6, PA 6,6, PA 6,10 oder PA
12,12.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß man die normalviskosen PA-Fasern bis zu
Endlösungsviskositäten in H2SO4 von mindestens 7,0,
bevorzugt mindestens 9,0, nachkondensiert.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß man als Nachkondensationskatalysatoren anorganische
Phosphorverbindungen einsetzt.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß man als anorganische Phosphorverbindungen
phosphorige Säure oder Orthophosphorsäure oder Salze
oder Ester davon einsetzt, bevorzugt H3PO4,
H3PO3, Na2HPO4 · 12 H2O, Na2HPO3 · 5 H2O
oder NaH2PO4.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß man die Nachkondensationskatalysatoren als wäßrige
Lösungen auf die PA-Fasern appliziert.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die eingesetzte Katalysatormenge maximal 0,5%,
bevorzugt 0,1 bis 0,3%, besonders bevorzugt 0,2 Gew.-%,
beträgt, bezogen auf die nachzukondensierende
Fasermenge.
10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß man die Nachkondensation der PA-Fasern in
Inertgasatmosphäre oder im Vakuum durchführt.
11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß man die Nachkondensation im Temperaturbereich von
160 bis 200°C, bevorzugt von 170 bis 190°C.
12. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß man die Nachkondensation über einen Zeitraum von 5
bis 48 h, bevorzugt 8 bis 24 h, besonders bevorzugt 8 h,
durchführt.
13. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß man es kontinuierlich durchführt.
14. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß man es chargenweise durchführt.
15. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß man PA-6-Fasern mit wäßrigen Lösungen von H3PO3
oder H3PO4 (0,2 Gew.-% bezogen auf die
nachzukondensierende Fasermenge) bei 180°C im Vakuum 8 h
lang nachkondensiert.
16. Polyamidfasern mit einer relativen Lösungsviskosität in
H2SO4 von mindestens 7, bevorzugt mindestens 9,0, herstellbar
nach dem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden
Ansprüche 1 bis 15.
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