DE887691C

DE887691C - Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Verformen, ins-besondere Verspinnen organischer Hochpolymere aus dem Schmelzfluss

Info

Publication number: DE887691C
Application number: DE1949P0000389
Authority: DE
Inventors: Alfred Dr Friederich; Guenther Dr Trautmann; Robert Dr Zoller
Original assignee: Phrix Werke AG
Current assignee: Phrix Werke AG
Priority date: 1949-12-05
Filing date: 1949-12-05
Publication date: 1953-08-27
Also published as: FR62237E; CH290224A; DE895501C; FR1026472A; NL75978C; BE499182A

Description

Die Erfindung hat ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Verformen, insbesondere Verspinnen organischer Hochpolymere zum Gegenstand, wie es z. B. bei der Erzeugung von endlosen Fäden, Borsten, Bändchen, Stapelfasern und Filmen angewendet wird. Derartige Hochpolymere werden durch Polymerisation oder Polykondensation gewisser Klassen von organischen Verbindungen gewonnen, zu welchen u. a. die Polyamide, Polyurethane, Polyharnstoffe, Polyhydrazide oder Mischkondensate dieser und ähnlicher Körper gehören. Viele dieser Hochpolymere haben die Eigenschaft, daß sie sich oberhalb ihres Schmelzpunktes, der in der Regel über 170⁰, meist bei Temperaturen zwischen 180 und 280⁰ liegt, mehr oder weniger depolymerisieren bzw. zersetzen, wobei die Rückbildung niederpolymerer Anteile mit steigender Temperatur und mit der Dauer der Temperatureinwirkung rasch anwächst. Die Folgen dieser Vorgänge sind nicht nur eine Verschlechterung der Eigenschaften des Spinngutes allgemein, sondern bisweilen auch die Bildung von Gasblasen, welche die Verformung des Gutes sehr nachteilig beeinflussen und im Spinnvorgang Unterbrechungen und Ungleichmäßigkeiten, insbesondere im Titer des erhaltenen Erzeugnisses, hervorrufen.

Es ist ein Verfahren und eine Vorrichtung bekanntgeworden, bei welchen das Gut unmittelbar nach beendeter Polymerisation einem oder mehreren Ausgleichsbehältern zugeführt und dort durch abwechselnden Über- und Unterdruck blasenfrei

gemacht werden soll. Sodann soll das Gut unter Überdruck den Spinndüsen zur Fadenbildung zugeleitet werden.

Die Ausgleichsbehälter sollen etwa 14 bis 20 1 Schmelze enthalten. Die Verweilzeit des Spinngutes in den Behältern zur Vornahme der Entgasung ist infolgedessen so lange, daß sich eine teilweise Depolymerisation nicht vermeiden läßt. Setzt man jedoch die Temperatur in diesen Ausgleichsbehältern herab, so wird durch Zunahme der Viskosität die Entgasung erschwert und zugleich der Spinnvorgang bei dieser niedrigen Temperatur erheblich verschlechtert.

Bei einem anderen sehr bekannten Verfahren geht man von Polymerisat in fester Form aus, welches mittels einer geeigneten Vorrichtung, z. B. über einem beheizten Rost, wieder aufgeschmolzen wird. Um den Schmelzvorgang zu beschleunigen, ist es erforderlich, daß die Temperatur, bei welcher das Wiederaufschmelzen erfolgt, erheblich über der Schmelztemperatur des Polymerisates liegt. Da jedoch bei diesem Verfahren die Abschmelzleistung der Vorrichtung dem wechselnden Verbrauch dadurch angepaßt wird, daß das geschmolzene Gut die Heizvorrichtung (den Rost) mehr oder weniger bedeckt und dadurch die wärmeübertragene Fläche verkleinert, so läßt sich eine intensive Überhitzung des Schmelzgutes und damit die Gefahr der Zersetzung bzw. Blasenbildung nicht vermeiden.
Allen diesen Nachteilen geht man erfindungsgemäß aus dem Wege, wenn das geschmolzene Gut, sei es unmittelbar nach Beendigung der Polymerisation, sei es nach dem Wiederauf schmelzen, sofort in einen Sammelraum gebracht und dort auf eine Temperatur abgekühlt wird, welche nur wenig über dem Schmelzpunkt des betreffenden hochpolymeren Körpers liegt. Zu diesem Zweck verwendet man vorteilhaft einen doppelwandigen Behälter, dessen Wandung von Fall zu Fall durch eine Wärme-Übertragungsflüssigkeit auf diese niedrige Temperatur eingestellt wird. Es ist auf diese Weise möglich, praktisch unbegrenzte Mengen von Schmelzgut zu sammeln und ohne merkliche Zersetzung für eine große Anzahl von Stunden aufzubewahren, wobei dieser Sammelbehälter zugleich einen elastischen Puffer zwischen der Liefermenge der Polymerisationseinrichtung bzw. Aufschmelzvorrichtung und dem Verbrauch an den Spinndüsen schafft.

Erst wenige Minuten vor dem Verspinnen, d. h. in der Spinnvorrichtung selbst, wird das Schmelzgut auf die jeweils ermittelte günstigste Spinntemperatur hochgeheizt, und zwar vorzugsweise dadurch, daß man den metallischen Block der Spinnvorrichtung selbst in geeigneter Weise, z. B. mit Hilfe einer elektrischen Heizwicklung, auf diese Temperatur einstellt. Indem man so den Vorrat an Spinngut bei niedriger Temperatur beläßt und die Erhitzung auf Spinntemperatur erst unmittelbar in der Spinnvorrichtung vor dem Austritt aus der Spinndüse vornimmt, vermeidet man auf der einen Seite alle nachteiligen Depolymerisationsvorgänge und erreicht auf der anderen Seite eine bedeutende Steigerung der Spinnsicherheit durch Einhalten der günstigsten Spinntemperatur.

Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens besteht somit im wesentlichen aus einem oder mehreren Sammelbehältern, welche das frisch gebildete oder das wieder aufgeschmolzene Polymerisat aufnehmen und in welchen es auf eine Temperatur wenig über dem Schmelzpunkt abgekühlt und temperiert wird, und einer Spinnvorrichtung, welche es gestattet, das Spinngut auf dem Wege zur Spinndüse in kurzer Zeit möglichst gleichmäßig auf die Spinntemperatur zu erhitzen.

Die Ausführungseinzelheiten dieser Vorrichtung unterscheiden sich nur insofern, als im direkten Verfahren vom flüssigen Polymerisat, im indirekten Verfahren vom wiederaufgeschmolzenen festen, stückigen oder pulverförmigen Produkt ausgegangen wird. Im ersten Falle besteht, wie in Abb. 1 und 2 schematisch in Vorder- und Seitenansicht dargestellt ist, die Vorrichtung zunächst aus einem Behälter 6, in welchem die Polymerisation bzw. die Polykondensation vorgenommen wird. Die hergestellte, durch Evakuieren blasenfrei gemachte hochpolymere Schmelze wird in Sammelbehälter 1, i', 1" abgelassen und dort mittels einer Wärmeübertragungsflüssigkeit im Mantel 2, 2!, 2"... dieser Behälter auf eine konstante, wenig über dem Schmelzpunkt des Polymerisates liegende Temperatur abgekühlt und temperiert. Aus dem Behälter gelangt die Schmelze in den Spinnblock 3 und wird dort auf dem Wege zu den Spinndüsen 5, 5', 5"... durch eine elektrische Widerstandsbeheizung 4 in kürzester Zeit auf die verlangte Spinntemperatur hochgeheizt.

Wird von fertig gebildetem, festem Polymerisat in stückiger oder Pulverform ausgegangen, so tritt an Stelle des Polymerisationsbehälters eine Aufschmelzvorrichtung 7, z. B. mit beheizter Wandung 8 und einer Lochplatte 9, durch welche die Schmelze in den unmittelbar anschließenden Sammelbehälter ι abläuft. Von hier aus ist ihr Weg durch die Spinnvorrichtung zu den Spinndüsen derselbe wie oben beschrieben.

Beispiele

1. Ein Polymerisat aus ε-Aminocapronsäure mit einer Lösungsviskosität von o,8 in Schwefelsäure und einem Schmelzpunkt von 214⁰ wird nach Beendigung der Polymerisation im Autoklav bei 240⁰ entlüftet und evakuiert, sodann in einen Zwischenbehälter abgelassen und hier bei einer Temperatur zwischen 220 und 23 5 ° während mehrerer Stunden temperiert. Sodann wird das Polymerisat einer Spinnvorrichtung zugeleitet, in welcher es unmittelbar vor dem Austritt aus den Spinndüsen auf eine Temperatur von 250 bis 270⁰ hochgeheizt wird.

2. Es wird wie nach Beispiel 1 verfahren, jedoch wird ein Polymerisat angewandt, das eineLösungsviskosität von 2,1 in Schwefelsäure besitzt. Die Temperatur beim Entlüften und Evakuieren ist 250⁰, die Temperatur im Temperierkessel 225 bis

240°, die Temperatur an der Spinndüse 275 bis

295⁰·
3. Zerkleinerte Stücke (Schnitzel) aus einem

Polymerisat aus Adipinsäure und Hexamethylendiamin werden bei einer Temperatur von 290⁰ in einem beheizten Behälter aufgeschmolzen, die Schmelze in einen Ausgleichbehälter abgelassen und dort bei 260 bis 275° während mehrerer Stunden temperiert. Die Spinntemperatur, auf welche die Schmelze vor dem Austritt aus der Spinndüse erhitzt wird, beträgt 295 bis 310⁰.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Verfahren zum kontinuierlichen Verformen, insbesondere Verspinnen organischer Hochpolymere aus dem Schmelzfluß, dadurch gekennzeichnet, daß man das Schmelzgut nach Beendigung der Polymerisation bzw. Polykondensation oder nach dem raschen Wiederaufschmelzen des festen Polymerisates in einen Sammelraum, der die für eine große Anzahl von Stunden bestimmte Menge der Spinnschmelze aufzunehmen vermag, bringt, dort auf eine Temperatur wenig höher als den Schmelzpunkt abkühlt und unmittelbar vor dem Verformen bzw. Verspinnen in der Spinnvorrichtung auf die erforderliche Spinntemperatur erhitzt.
2. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem oder mehreren Sammelbehältern (1, 1', 1"...) zur Aufnahme des Polymerisates bzw. des wieder aufgeschmolzenen Spinngutes mit einer Einrichtung, z. B. einem flüssigkeitsdurchströmten Mantel (2, 2', 2"...), zum Abkühlen der Masse und einem Spinnblock (3) mit einer Einrichtung, z. B. einer elektrischen Widerstandsheizung (4), zum Hochheizen des Spinngutes auf dem Wege bis zum Austritt aus den Spinndüsen (5, 5', 5"···)·
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bestehend aus einem Polymerisationskessel oder Rohr (6) und einem oder mehreren nachgeschalteten Sammelbehältern (1, 1', 1"...) sowie den weiteren Teilen der Vorrichtung nach Anspruch 2.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, bestehend aus einem Aufschmelzbehälter (7) mit beheizter Wandung (8) und einer Lochplatte (9) für den Abfluß des Schmelzgutes sowie den weiteren Teilen der Vorrichtung nach Anspruch 2.

Angezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 740 273, 748 253; U'SA.-Patentschrift Nr. 2 253 176;
französische Patentschrift Nr. 871 387;
Synthetic Fibre Development in Germany, 2. Teil, S. 529 und 597.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

I 5361 8.53