EP0098485B2 - Kontinuierliches Trockenspinnverfahren für hochschrumpffähige Acrylnitrilfäden und -fasern - Google Patents

Kontinuierliches Trockenspinnverfahren für hochschrumpffähige Acrylnitrilfäden und -fasern Download PDF

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EP0098485B2
EP0098485B2 EP83106188A EP83106188A EP0098485B2 EP 0098485 B2 EP0098485 B2 EP 0098485B2 EP 83106188 A EP83106188 A EP 83106188A EP 83106188 A EP83106188 A EP 83106188A EP 0098485 B2 EP0098485 B2 EP 0098485B2
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EP
European Patent Office
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spinning
stretching
filaments
solvent
weight
Prior art date
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EP83106188A
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EP0098485A2 (de
EP0098485A3 (en
EP0098485B1 (de
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Ulrich Dr. Reinehr
Toni Herbertz
Hermann-Josef Jungverdorben
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Bayer AG
Original Assignee
Bayer AG
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Publication of EP0098485A3 publication Critical patent/EP0098485A3/de
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Publication of EP0098485B2 publication Critical patent/EP0098485B2/de
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Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F6/00—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof
    • D01F6/02—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D01F6/18—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds from polymers of unsaturated nitriles, e.g. polyacrylonitrile, polyvinylidene cyanide

Definitions

  • the invention relates to a continuous process for the production of crimped, highly shrinkable threads and fibers from acrylonitrile copolymers with at least 40% by weight of acrylonitrile units.
  • a continuous process is understood according to the invention that the threads are spun, stretched, crimped in one operation without interruption using the method of dry spinning and optionally cut into staple fibers.
  • Acrylic fibers are usually manufactured using wet spinning, dry spinning and melt spinning technologies. While continuous processes have become known in the production of acrylic fibers by the wet spinning and melt spinning technology, for example the wet spinning process according to Textile Technology 26 (1976), pages 479-483 or the melt extrusion process according to DE-A-2 627 457, none of which Restriction with regard to the strip weights are so far only a continuous process for the production of acrylic fibers after the dry spinning process has become known, which can only be used for multifilament yarns with low strip weights, so-called acrylic silk and in which certain conditions must be met, in particular a high viscosity Spinning solution (US-A-2 811 409). This process is not suitable for the production of acrylic cables with high tape weights. It is also not suitable for the production of shrink threads and fibers.
  • Highly shrinkable threads and fibers are understood to mean threads and fibers with a shrinkage of more than 35%. Such fibers are produced at low degrees of stretch and low stretching temperatures (DE-A-1 435 611 and 2 504 079).
  • the dry spinning process is therefore interrupted before drawing, the spinning material is collected in cans, from which it is then fed to further post-treatment (Bela von Falkai, Synthesefaser, Verlag Chemie, Weinheim / Deerfield Beach, Florida / Basel (1981), 3. 204- 206; R. Wiedermann, acrylic fiber spinning and post-treatment process in chemical fibers / textile industry, June 1981, pp. 481-484, in particular p. 482 left column above).
  • the object of the present invention to provide a continuous process for the production of highly shrinkable acrylic fibers according to the dry spinning method, in which all process stages from the formation of the thread to the fiber ready for dispatch in one working process without any interruption or intermediate storage, and which can be applied to spinning cables with high strip weights.
  • the preparation of the spinning solution should be able to be integrated into the continuous process.
  • Spinning draft V is defined as the ratio of take-off speed to spray-out speed S:
  • the method of the invention it is possible to produce high-shrinkable spinning tow with a tape weight of 100,000 dtex and more with such a low content of residual solvent that after the hot stretching and the subsequent crimping process, which is carried out at a maximum of 100 ° C, the residual solvent content in the finished fiber or in the continuous cable is clearly below 5% by weight, without the spinning material coming into contact with an extracting agent for the spinning solvent, apart from the water content of the spinning preparation.
  • the threads obtained according to the invention have fiber strengths of 1.5 cN / dtex and more.
  • Suitable acrylonitrile copolymers are all acrylonitrile copolymers spinnable into so-called acrylic fibers or modacrylic fibers, preferably acrylonitrile copolymers with at least 85% by weight of acrylonitrile units.
  • the polymers are known.
  • the spinning material ie the spinning cable, which leaves the spinning shaft
  • the lubricant he allows perfect stretching of even thick cables of 100,000 dtex and more.
  • the preparation can also contain water as an ingredient, but care must be taken that the cable does not absorb more than 10% by weight of moisture. If the cable contains large amounts of water, it cools down very unevenly and during the subsequent stretching, the cable shows tears or wraps on the godets.
  • Suitable lubricants are glycols, their derivatives, silicone oils, ethoxylated fatty acids, alcohols, esters, amides, alkyl ether sulfates, and mixtures thereof.
  • the preparation can contain a corresponding commercially available preparation, for example a conventional cation-active, anion-active or non-ionic compound, such as a long-chain ethoxylated, sulfated and neutralized alcohol.
  • the preparation expediently has a temperature of 50-90 ° C. in order to prevent the hot thread sheet from cooling.
  • the chess tapes spun by a spinning machine with, for example, 20 spinning shafts with a total titer of 100,000 dtex and more are prepared in this way, bundled and fed to an inductively heatable roller pair via a take-off device.
  • a clamping point is produced by looping the pair of rollers one or more times, if necessary using a lead roller.
  • a coolable withdrawal quintet or septet serves as the second clamping point, which is arranged at a distance of approx. 3 m from the inductively heated pair of rollers and causes the cable to be stretched by a correspondingly higher speed.
  • the cooling of the rollers on the second stretching element is necessary in order to achieve the desired shrinkage level in the subsequent crimping process.
  • Septet rollers which are heatable at the beginning and coolable at the end have proven to be preferred stretching members.
  • a tube heated with superheated steam or hot air can advantageously be integrated between the septet rollers.
  • spinning take-off speeds of 50-100 m / min are completely sufficient to keep the residual solvent content in the spun material clearly below 10% by weight, so that maximum stretching speeds of 350 m / min are achieved at stretching levels of up to 350%, which is technically are manageable.
  • the crimping is preferably carried out in a stuffer box.
  • the crimped cable is then cut into staple fibers and pressed into bales.
  • the process is particularly suitable for the production of spun-dyed threads and fibers by adding soluble dyes, in particular cationic dyes or pigments, to the spinning solution, because when the color is changed due to the special work-up, considerably less rejects are obtained.
  • Solution preparation can also be easily integrated into the continuous process, using conventional solution preparations or in particular the following process:
  • a suspension is first prepared at room temperature from the spinning solvent, the polymer and optionally a non-solvent for the polymer which is miscible with the spinning solvent, for example water in an amount of 2 to 20 g per 100 g of polymer.
  • This suspension is heated to a temperature which is at least 30 and at most 60 ° C above the temperatures at which the suspension becomes optically homogeneous, i.e. a solution is formed, held at this temperature for 1 to 15 minutes and then immediately fed to the spinning.
  • solution polymerization in the spinning solvent used e.g. Dimethylformamide upstream, so that after a corresponding concentration and monomer removal via thin-film evaporator, a continuously working process for the production of high-shrinkable acrylic fibers is achieved for the first time using a dry spinning process with the highest possible degree of automation.
  • the spinning solvent used e.g. Dimethylformamide upstream
  • a great advantage of the process is that no washing process is required, which means that the drying process previously required is also eliminated.
  • the fibers obtained according to the invention have a density of over 1.165 g / cm 3 and are vacuole-stable. Since the high-shrink cable can also be crimped in the dry state, an extraordinarily high adhesion and a very high carding speed, otherwise not known for acrylic high-shrink fibers, in which rain of more than 100 m / min are achieved in the secondary spinning mill. Another advantage of dry heat drawing is the very good stack distribution with extremely low short and long fiber content. All of these advantages are not achieved in conventional processes for producing high-shrinkage fibers as a result of an intermediate washing process for removing spinning solvent.
  • dimethylformamide (DMF) are stirred in a kettle at room temperature with 300 kg of an acrylonitrile copolymer made from 93.6% acrylonitrile. 5.7% methyl acrylate and 0.7% sodium methallyl sulfonate with a K value of 81 were mixed.
  • the suspension is pumped via a gear pump into a spinning kettle equipped with an agitator. Then the suspension is heated in a double-walled tube with steam of 4.0 bar. The dwell time in the tube is 5 minutes.
  • the spinning solution which has a temperature of 138 ° C at the tube outlet and a viscosity of 19 falling ball seconds (8.3 Pa s), measured at 100 ° C, is cooled to 90 ° C after leaving the heating device, filtered and directly one Spinning plant fed with 20 spinning chutes.
  • the spinning solution is dry spun from 1264-hole nozzles, nozzle hole diameter 0.2 mm, with a take-off speed of 50 m / min.
  • the dwell time of the spinning threads in the spinning shafts is 5 seconds.
  • the shaft temperature is 200 ° C and the air temperature is 360 ° C.
  • the throughput of air is 40 m 3 / h for each shaft.
  • the spinning material with a total titer of 343,000 dtex, which still has a residual solvent content of 2.8% by weight, based on the solids content, is heated to 80-90 ° C immediately after leaving the spinning shafts and before entering the tube connected behind it , aqueous, oil-containing, antistatic preparation so wetted that the oil content of the threads 0.16 wt .-%, the antistatic content 0.04 wt .-%, and the moisture 1.1 wt .-%, based on the fiber solids content , matters.
  • the preparation is dosed via gear pumps.
  • the tube connected behind the spinning chutes is fed with hot air at 300 ° C in countercurrent to the direction of the thread to remove the DMF. Then the warm cable is sent over a roller septet heated inductively to 145 ° C. The cable assumes a strip temperature of 85 ° C, measured with the KT 15 radiation thermometer. The cable is then stretched by 250%, with a stretch septet with coolable rollers serving as the second clamping point. The strip temperature after the stretching process is 39 ° C. Immediately afterwards, the cable is crimped in a stuffer box and subjected to cold air at room temperature in a U-tube-shaped boot in order to maintain the shrinkage level. Then the high-shrinkable acrylic cable is cut into staple fibers 80 mm long and fed to a pack press.
  • the high shrinkable acrylic fibers produced in a continuous process in this way have a single fiber end titre of 5.0 dtex.
  • the fiber cooking shrinkage, determined in boiling water, is 44.4%.
  • the density before cooking is 1.174 g / cm 3 and after cooking at 1.171 g / cm 3 .
  • the fiber strength is 1.8 cN / dtex and the fiber elongation is 70%.
  • the fibers are vacuole stable and have a completely smooth, structureless fiber surface.
  • the fibers could be pre-processed on a high-performance card at 120 m / min.
  • the short and long fiber content in the stack diagram is less than 2%.
  • a suspension according to Example 1 is in the spinning kettle with 1.18% by weight, based on solids, of the red dye of the formula: and 0.11% by weight, based on solids, of the yellow dye of the formula: added to achieve a crimson color and then, as described in Example 1, heated, transferred to a spinning solution and spun to crimson high-shrinkage fibers and aftertreated.
  • the high shrinkage fibers have a single fiber end titer of 5.1 dtex.
  • the fiber cooking shrinkage was 44.8%.
  • the density of the crimson high-shrink fibers before cooking is 1.172 g / cm 3 and after cooking at 1.166 g / cm 3 .
  • the fiber strength is 1.7 cN / dtex and the fiber elongation is 66%.
  • the fibers could be processed on a high-performance card at 110 m / min.
  • a suspension according to Example 1 was mixed with 0.04% by weight of carbon black based on solids, 0.02% by weight of pigment red and 0.09% by weight of pigment yellow to achieve a beige color and, as described in Example 1, heated, transferred to a spinning solution and aftertreated. However, it was stretched 1: 3.5 times at a belt temperature of 100 ° C.
  • the beige high-shrink fibers with a final diter of 3.8 dtex have a boiling shrinkage of 35.3%.
  • the fiber strength is 2.3 cN / dtex and the elongation is 50%.
  • the density is 1.172 g / cm 3 before cooking and 1.165 g / cm 3 after cooking.
  • the fibers could be processed on the high-performance card at 100 m / min.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung gekräuselter, hochschrumpffähiger Fäden und Fasern aus Acrylnitrilcopolymerisaten mit mindestens 40 Gew.-% Acrylnitrileinheiten, Unter kontinuierlichem Verfahren wird erfindungsgemäß verstanden, daß die Fäden in einem Arbeitsgang ohne Unterbrechung nach der Methode des Trockenspinnens ersponnen, verstreckt, gekräuselt und gegebenenfalls zu Stapelfasern geschnitten werden.
  • Die Herstellung von Acrylfasern erfolgt üblicherweise nach Naßspinn-, Trockenspinn- und Schmelzspinn-Technologien. Während bei der Herstellung von Acrylfasern nach der Naßspinn- und Schmelzspinn-Technik bereits kontinuierlich arbeitende Verfahren bekannt geworden sind, beispielsweise der Naßspinnprozeß nach Textiltechnik 26 (1976), Seiten 479-483 oder das Schmelzextrusionsverfahren nach DE-A-2 627 457, die keinerlei Beschränkung hinsichtlich der Bandgewichte unterworfen sind, ist bisher nur ein kontinuierlich arbeitendes Verfahren zur Erzeugung von Acryliasern nach dem Trockenspinnprozeß bekannt geworden, das nur für Multifilamentgarne mit niedrigen Bandgewichten, sogenannter Acrylseide anwendbar ist und bei dem bestimmte Bedingungen erfüllt sein müssen, insbesondere eine hohe Viskosität der Spinnlösung (US-A-2 811 409). Dieses Verfahren ist zur Herstellung von Acrylkabeln mit hohen Bandgewichten nicht geeignet. Es ist ferner nicht zur Erzeugung von Hochschrumpffäden und -fasern geeignet.
  • Unter « hochschrumpffähigen » Fäden und Fasern werden Fäden und Fasern mit einem Kochschrumpf von über 35 % verstanden. Solche Fasern werden bei niedrigen Verstreckgraden und niedrigen Verstrecktemperaturen hergestellt (DE-A-1 435 611 und 2 504 079).
  • Die beiden heute großtechnisch verwendeten Verfahren, daß Naß- und das Trockenspinnverfahren, sind im Laufe ihrer Entwicklung unterschiedliche Wege gegangen. Beim Naßspinnverfahren, bei dem die Spinnlösung in ein Fällbad gesponnen wird, wo sie zu Fäden koaguliert, die ohne Unterbrechung des Verfahrens gewaschen, verstreckt, getrocknet und präpariert werden, werden Düsen mit hoher Lochzahl von ca. 10 000 verwendet. Die Spinngeschwindigkeit ist mit 5 bis 20 m/min relativ niedrig. Beim Trockenspinnverfahren kann wegen der Gefahr der Verklebung der Fäden im mehrere Meter langen Spinnschacht nur mit Düsen niedrigerer Lochzahlen, normalerweise 200 bis 1000 Loch, gesponnen werden, jedoch sind wesentlich höhere Abzugsgeschwindigkeiten, üblicherweise zwischen 200 und 1 000 m/min möglich, so daß im Prinzip ähnlich hohe Produktionsleistungen wie beim Naßspinnverfahren erzieltwerden. Wegen der hohen Spinngeschwindigkeiten ist es jedoch beim Trockenspinnverfahren bisher nicht möglich gewesen, das Gesamtverfahren bei hohen Bandgewichten kontinuierlich durchzuführen, da es in der kurzen Zeit nicht gelang, den Lösungsmittelgehalt unter bestimmte geforderte Werte zu senken. Das Trockenspinnverfahren wird daher vor der Verstreckung unterbrochen, das Spinngut wird in Kannen gesammelt, aus denen es dann derweiteren Nachbehandlung zugeführt wird (Bela von Falkai, Synthesefasern, Verlag Chemie, Weinheim/Deerfield Beach, Florida/Basel (1981), 3. 204-206; R. Wiedermann, Acrylfaser Spinn- und Nachbehandlungsverfahren in Chemiefasern/Textilindustrie, Juni 1981, S. 481-484, insbesondere S. 482 linke Spalte oben).
  • Da die Ablage des Spinngutes in Kannen bezüglich der Gleichmäßigkeit des Spinngutes, als auch aus ökonomischen und ökologischen Gründen nachteilig ist, war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von hochschrumpffähigen Acrylfasern nach der Trockenspinnmethode zur Verfügung zu stellen, bei dem sämtliche Verfahrensstufen von der Fadenbildung bis zur versandfertigen Faser in einem Arbeitsprozeß ohne irgendeine Unterbrechung oder Zwischenlagerung ablaufen, und das sich auf Spinnkabel mit hohen Bandgewichten anwenden läßt. Vorzugsweise sollte die Herstellung der Spinnlösung in den kontinuierlichen Prozeß einbindbar sein.
  • Überraschenderweise wurde gefunden, daß diese Aufgabe gelöst werden kann, wenn man eine Spinnlösung bestimmter Viskosität verwendet, im Spinnschacht den Anteil des Lösungsmittels im Spinngut durch die Art der Lösungsmittelentfernung unter bestimmte Werte drückt, die Fäden vor dem Verstrecken mit einer Präparation versieht, die ein Gleitmittel und ein Antistatikum enthält, vorzugsweise eine wäßrige Präparation ist, wobei jedoch die Wasseraufnahme (Feuchte) der Fäden unter bestimmten Werten bleibt, und die Fäden vor und während dem Verstrecken mit keiner weiteren Lösungsmittelextraktionsflüssigkeit in Kontakt bringt.
  • Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von hochschrumpffähigen Fäden und Fasern aus Acrylnitrilcopolymerisaten mit mindestens 40 Gew.-% Acrylnitrileinheiten durch Verspinnen einer Spinnlösung des Copolymerisates in einen Spinnschacht. Verdampfen mindestens eines Teils des Spinnlösungsmittels im Spinnschacht. Präparieren, Verstrecken bei Verstrecktemperaturen von 65 bis 100 °C und Verstreckverhältnissen bis maximal 1 : 3,5, Kräuseln und gegebenenfalls Schneiden in kontinuierlicher Arbeitsweise, wobei
    • a) eine Spinnlösung versponnen wird, deren Viskosität bei 100 °C 10 bis 60 Kugelfallsekunden (4,37-26,22 Pa . s) beträgt,
    • b) die Verdampfung des Lösungsmittels im Spinnschacht so gesteuert wird, daß der Lösungsmittelgehalt der Fäden beim Verlassen des Spinnschachtes maximal 10 Gew.-%, bezogen auf Faserfeststoffgehalt, beträgt, der Spinnverzug des Verfahrens größer als 2 ist,
    • c) die Fäden vor dem Verstrecken mit einer Präparation versehen werden, die ein Gleitmittel und ein Antistatikum enthält und den Fäden einen Feuchtegehalt von maximal 10 Gew.-%, bezogen auf Faserfeststoffgehalt, verleiht
    • d) die Fäden vor und während dem Verstrecken mit keiner weiteren Extraktionsflüssigkeit für das Spinnlösungsmittel in Kontakt treten. und im Verfahren kein Waschprozeß erfolgt und ein Trocknungsprozeß entfällt, und
    • e) man die Verstreckung mit Kabin von mindestens 100 000 dtex ausführt. Der Spinnverzug des Verfahrens größer als 2, insbesondere bis 12. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Spinnlösung bei 100°C eine Viskosität von 15 bis 50 Kugelfallsekunden (6,56-21,85 Pa . s) auf, der Lösungsmittelgehalt der Fäden beim Verlassen des Spinnschachtes beträgt max. 5 Gew.-%, bezogen auf Faserfeststoffgehalt, und das Verstreckverhältnis beträgt 1 : 2 bis 1 : 3,5. Vorzugsweise treten die Fäden während des ganzen Verfahrens nicht mit einer weiteren Extraktionsflüssigkeit für das Spinnlösungsmittel in Kontakt.
  • Der Spinnverzug V ist definiert als Verhältnis von AbzugsgeschwindigkeitAzurAusspritzgeschwindigkeit S:
    Figure imgb0001
  • Die Ausspritzgeschwindigkeit S ergibt sich zu :
    Figure imgb0002
    mit
    • F= Fördermenge (cm3/min)
    • Z = Anzahl der Düsenlöcher pro Düse
    • d= Düsenlochdurchmesser (cm)
  • Die Fördermenge (Pumpenvolumen mal Umdrehungen pro Minute) laßt sich nach folgender Gleichung rechnen :
    Figure imgb0003
    mit
    • Gst = Gesamtspinntiter (dtex = g/10 000 m)
    • P = Pumpenvolumen (cm3)
    • U = Umdrehungen pro Minute (min-')
    • K = Konzentrationen der Spinnlösung (g/cm3)
    • A = Abzugsgeschwindigkeit (m/min)
  • Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, hochschrumpffähige Spinnkabel mit einem Bandgewicht von 100 000 dtex und mehr mit so niedrigem Gehalt an Restlösungsmittel zu erzeugen, daß nach der Heißverstreckung und dem anschließenden Kräuselprozeß, der bei maximal 100 °C durchgeführt wird, der Restlösungsmittelgehalt in der fertigen Faser bzw. im Endloskabel deutlich unter 5 Gew.-% liegt, ohne daß das Spinngut mit einem Extraktionsmittel für das Spinnlösungsmittel in Berührung gekommen ist, sieht man von den Wasseranteilen der Spinnpräparation ab. Die erfindungsgemäß erhaltenen Fäden weisen Faserfestigkeiten von 1,5 cN/dtex und mehr auf.
  • Als Acrylnitrilcopolymerisate sind alle zu sogenannten Acrylfasern, bzw. Modacrylfasern verspinnbaren Acrylnitrilcopolymerisate geeignet, vorzugsweise Acrylnitrilcopolymerisate mit mindestens 85 Gew.-% Acrylnitrileinheiten. Besonders bevorzugt sind Terpolymere aus 89 bis 95 Gew.-% Acrylnitril, 4 bis 10 Gew.-% eines nicht ionogenen Comonomeren, beispielsweise Acrylsäuremethylester, Methacrylsäuremethylester oder Vinylacetat und 0,5 bis 3 Gew.-% eines ionogenen Comonomeren, beispielsweise Methallylsulfonat oder Styrolsulfonat. Die Polymerisate sind bekannt.
  • Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist, daß das Spinngut, d. h. das Spinnkabel, das den Spinnschacht verläßt, einen Rest lösungsmittelgehalt von unter 10 Gew.-% insbesondere zwischen 2 und 5 Gew.-%, bezogen auf Faserstoff-Trockengewicht aufweist, denn Spinngut mit höheren Restlösungsmittelgehalten, beispielsweise an Dimethylformamid, verklebt beim anschließenden Verstrecken über Galetten bei Bandtemperaturen um etwa 100 °C oder es findet eine unerwünschte Kaltverdehnung des Materials statt d.h. eine ungleichmäßige und unvollkommene Verstreckung unter nicht exakt definierten Bedingungen. Ferner ist es erforderlich, das Spinngut vor der Verstreckung in noch heißem Zustand, vorzugsweise am Ende des Spinnschachtes, entweder innerhalb oder unmittelbar hinter dem Spinnschacht, mit einer Präparation zu benetzen, die ein Gleitmittel und ein Antistatikum enthält, und direkt ohne Abkühlung zu verstrecken. Das Gleitmittel erlaubt eine einwandfreie Verstreckung selbst dicker Kabel von 100 000 dtex und mehr. Die Präparation kann auch Wasser als Bestandteil enthalten, jedoch ist darauf zu achten, daß das Kabel nicht über 10 Gew.-% Feuchte aufnimmt. Enthält das Kabel größere Anteile an Wasser, so kühlt es stark ungleichmäßig ab und beim anschließenden Verstrecken zeigt das Kabel Abrisse oder Wickelbildungen an den Galetten.
  • Als geeignete Gleitmittel kommen Glykole, deren Derivate, Siliconöle, ethoxylierte Fettsäuren, -alkohole, -ester, -amide, -alkylethersulfate, sowie deren Mischungen infrage. Die Präparation kann als Antistatikum ein entsprechendes handelsübliches Präparat enthalten, beispielsweise ein übliche kationaktive, anionenaktive oder nichtionogene Verbindung, wie einen langkettigen ethoxilierten, sulfierten und neutralisierten Alkohol. Zweckmäßiger Weise hat die Präparation eine Temperatur von 50-90°C, um eine Abkühlung der heißen Fadenschar zu verhindern. Die von einer Spinnmaschine mit beispielweise 20 Spinnschächten ersponnenen Schachbändchen vom Gesamttiter 100 000 dtex und mehr werden auf diese Weise präpariert, gebündelt und über einem Abzugsorgan einem induktiv heizbarem Walzenpaar zugeführt. Durch ein-, oder mehrfaches Umschlingen des Walzenpaares, gegebenenfalls mittels einer Bleilaufrolle, wird ein Klemmpunkt hergestellt. Als zweiter Klemmpunkt dient ein kühlbares Abzugsquintett oder -septett, welches im Abstand von ca. 3 m zum induktiv beheizten Walzenpaar angeordnet ist und durch eine entsprechend höher eingestellte Geschwindigkeit die Verstreckung des Kabels bewirkt. Die Kühlung der Walzen am zweiten Streckorgan ist notwendig, um beim anschließenden Kräuselprozeß das gewünschte Schrumpfniveau zu erreichen. Die bei der Verstreckung entweichenden Spinnlösungsmittelreste werden abgesaugt und über ein Kühlsystem zurückgewonnen. Als bevorzugte Streckorgane haben sich Septettwalzen, die eingangs beheizbar und am Ende kühlbar sind, bewährt. Zur gleichmäßigen Durchführung des Streckvorganges, namentlich bei hohen Band gewichten, läßt sich zwischen den Septettwalzen vorteilhafterweise ein mit überhitztem Dampf oder Heißluft erwärmtes Rohr integrieren.
  • Im, allgemeinen reichen Spinnabzugsgeschwindigkeiten von 50-100 m/min vollkommen aus, um den Restlösungsmittelgehalt im Spinngut deutlich unter 10 Gew.-% zu halten, so daß bei Streckgraden bis zu 350 % maximale Endgeschwindigkeiten von 350 m/min erzielt werden, die technisch beherrschbar sind.
  • Die Kräuselung wird vorzugsweise in einer Stauchkammer durchgeführt. Das gekräuselte Kabel wird anschließend zu Stapelfasern geschnitten und in Ballen gepreßt. Das Verfahren ist insbesondere für die Herstellung spinngefärbter Fäden und Fasern durch Zusatz von löslichen Farbstoffen, insbesondere kationischen Farbstoffen oder Pigmenten zur Spinnlösung geeignet, weil beim Farbwechsel durch die spezielleAufarbeitung wesentlich weniger Ausschußmaterial anfällt.
  • Auch die Lösungsbereitung läßt sich ohne Mühe in das kontinuierliche Verfahren integrieren, wobei konventionelle Lösungsbereitungen oder insbesondere das folgende Verfahren Verwendung finden :
  • Zunachst wird bei Raumtemperatur aus dem Spinnlösungsmittel, dem Polymeren und gegebenenfalls einem Nichtlösungsmittel für das Polymer, das mit dem Spinnlösungsmittel mischbar ist, beispielsweise Wasser in einer Menge von 2 bis 20 g pro 100 g Polymer, eine Suspension hergestellt. Diese Suspension wird auf eine Temperatur augeheizt, die mindestens 30 und höchstens 60 °C über den Temperaturen liegt, bei der die Suspension optisch homogen wird, also eine Lösung entsteht, 1 bis 15 Minuten bei dieser Temperatur gehalten und danach unmittelbar der Verspinnung zugeführt.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird eine Lösungspolymerisation im verwendeten Spinnlösungsmittel, z.B. Dimethylformamid vorgeschaltet, so daß nach entsprechenderAufkonzentration und Monomerentfernung über Dünnschichtverdampfer erstmals ein kontinuierlich arbeitendes Verfahren zur Herstellung von hochschrumpffähigen Acrylfasern nach einem Trockenspinnprozeß mit höchstmöglichem Automatisierungsgrad erreicht wird.
  • Ein großer Vorteil Verfahrens besteht darin, daß kein Waschprozeß mehr erforderlich ist, was dazu führt, daß auch der bisher notwendige Trockenprozeß wegfällt.
  • Die erfindungsgemäß erhaltenen Fasern besitzen eine Dichte von über 1,165 g/cm3 und sind vakuolenstabil. Da das Hochschrumpfkabel ferner im trockenen Zustand gekräuselt werden kann, wird auch eine außerordentlich hohe Haftung und eine sonst für Acrylhochschrumpffasern nicht bekannte sehr hohe Kardiergeschwindigkeit, in der Regen über 100 m/min, in der Sekundärspinnerei erzielt. Ein weiterer Vorteil der Trockenhitzeverstreckung ist auch die sehr gute Stapelverteilung mit extrem niedrigen Kurz- und Langfaseranteilen. All diese Vorteile werden bei herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Hochschrumpffasern infolge zwischengeschalteter Waschprozesses zur Spinnlösungsmittelentfernung nicht erzielt.
  • Die Viskosität in Kugelfallsekunden, gemessen bei 100 °C, wurde nach der Methode von K. Jost, Reologica Acta, Band 1 (1958), Seite 303, bestimmt. Es gibt dabei die Umrechnungsformel : 1 Kugelfalisekunde entspricht 4.37 Poise (0.437 Pa . s).
  • Sämtliche Temperaturen, die im Zuge des kontinuierlichen Herstellprozesses von Acrylfasern ab der Spinnmaschine erfaßt wurden, sind mit dem Strahlungsthermometer KT 15 (Hersteller: Fa. Heiman GmbH, Wiesbaden, BRD) berührungslos gemessen worden.
    • Beispiel 1
  • 700 kg Dimethylformamid (DMF) werden in einem Kessel bei Raumtemperatur unter Rühren mit 300 kg eines Acrylnitrilcopolymerisates aus 93,6 % Acrylnitril. 5,7 % Acrylsäuremethylester und 0,7 % Natriummethallylsulfonat vom K-Wert 81 vermischt. Die Suspension wird über eine Zahnradpumpe in einen mit einem Rührwerk versehenen Spinnkessel gepumpt. Dann wird die Suspension in einem doppelwandigen Rohr mit Dampf von 4,0 bar erhitzt. Die Verweilzeit im Rohr beträgt 5 Minuten. Die Spinnlösung, welche am Rohrausgang eine Temperatur von 138°C aufweist und eine Viskosität von 19 Kugelfallsekunden (8,3 Pa s), 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, Düsenlochdurchmesser 0,2 mm, mit einer Abzugsgeschwindigkeit von 50 m/min trocken versponnen. Die Verweilzeit der Spinnfäden in den Spinnschächten beträgt 5 Sekunden. Die Schachttemperatur liegt bei 200 °C und die Lufttemperatur beträgt 360 °C. Die durchgesetzte Luftmenge beträgt 40 m3/h für jeden Schacht.
  • Das Spinngut vom Gesamttiter 343 000 dtex, welches noch einen Restlösungsmittelgehalt von 2,8 Gew.- %, bezogen auf den Feststoffgehalt, besitzt, wird unmittelbar nach Verlassen der Spinnschächte und vor Eintritt in das dahinter geschaltete Rohr mit einer 80-90 °C warmen, wäßrigen, ölhaltigen, antistatischen Präparation derart benetzt, daß der Ölgehalt der Fäden 0,16 Gew.-%, der Gehalt an Antistatikum 0,04 Gew.-%, und die Feuchte 1,1 Gew.-%, bezogen auf den Faserfeststoffgehalt, ausmacht. Die Dosierung der Präparation geschieht über Zahnradpumpen.
  • Das hinter den Spinnschächten geschaltete Rohr wird im Gegenstrom zur Fadenlaufrichtung mit heißer Luft von 300 °C zur DMF-Entfernung beschickt. Dann wird das warme Kabel über ein induktiv auf 145 °C beheiztes Walzenseptett geschickt. Das Kabel nimmt dabei eine Bandtemperatur von 85 °C, gemessen mit dem Strahlungsthermometer KT 15, an. Das Kabel wird anschließend um 250 % verstreckt, wobei als zweiter Klemmpunkt ein Streckseptett mit Kühlbaren Walzen dient. Die Bandtemperatur nach dem Streckvorgang beträgt 39 °C. Unmittelbar hierauf wird das Kabel in einer Stauchkammer gekräuselt und in einem U-Rohr-förmigen Stiefel zwecks Beibehaltung des Schrumpfniveaus mit kalter Luft von Raumtemperatur beaufschlagt. Dann wird das hochschrumpffähige Acrylkabel zu Stapelfasern von 80 mm Länge geschnitten und einer Packpress zugeführt.
  • Die auf diese Art und Weise in einem kontinuierlichen Prozeß hergestellten hochschrumpffähigen Acrylfasern haben einen Einzelfaserendtitervon 5,0 dtex. Der Faserkochschrumpf, ermittelt in kochendem Wasser, beträgt 44,4 %. Die Dichte vor dem Kochen liegt bei 1,174 g/cm3 und nach dem Kochen bei 1,171 g/cm3. Die Faserfestigkeit beträgt 1,8 cN/dtex und die Faserdehnung 70 %. Die Fasern sind vakuolenstabil und besitzen eine völlig glatte strukturlose Faseroberfläche. Die Fasern ließen sich auf einer Hochleistungskarde mit 120 m/min - vorarbeiten. Der Kurz- bzw. Langfaseranteil im Stapeldiagramm liegt unter 2 %.
  • In der beiliegenden Tabelle I istfür Spinngutvom gleichen Gesamttiter343 000 dtexfürverschiedene Bandtemperaturen und Streckgrade das Schrumpfverhalten wiedergegeben. Die Herstellung der Hochschrumpffasern entsprach ansonsten den Angaben von Beispiel 1.
  • Wie man der Tabelle entnehmen kann, wird nur bei Streckgraden bis zu 350 % und Bandtemperaturen bis 100 °C ein Faserkochschrumpf über 35 % erzielt. Bei sehr niedrigen Bandtemperaturen, z.B. bei 60 °C wird das Spinngut nur kalt verdehnt. Es kommt häufig zu Aufläufern und Abrissen im Streckbereich. In allen Fällen wird wiederum eine Dichte von Größer als 1,165 g/cm3 vor und nach dem Kochen gefunden.
    Figure imgb0004
    • Beispiel 2
  • Eine Suspension gemäß Beispiel 1 wird im Spinnkessel mit 1,18 Gew.-%, bezogen auf Feststoff, des roten Farbstoffes der Formel :
    Figure imgb0005
    und 0,11 Gew.-%, bezogen auf Feststoff, des gelben Farbstoffes der Formel :
    Figure imgb0006
    zur Erzielung eines karminroten Farbtones versetzt und dann, wie im Beispiel 1 beschrieben, erhitzt, in eine Spinnlösung überführt und zu karminroten Hochschrumpffasern versponnen und nachbehandelt. Die Hochschrumpffasern haben einen Einzelfaserendtiter von 5,1 dtex. Der Faserkochschrumpt betrug 44,8 %. Die Dichte der karminroten Hochschrumpffasern vor dem Kochen liegt bei 1,172 g/cm3 und nach dem Kochen bei 1,166 g/cm3. Die Faserfestigkeit beträgt 1,7 cN/dtex und die Faserdehnung 66 %. Die Fasern ließen sich auf einer Hochleistungskarde mit 110 m/min verarbeiten.
    • Beispiel 3
  • Eine Suspension gemäß Beispiel 1 wurde mit 0,04 Gew.-% Ruß bezogen auf Feststoff, 0,02 Gew.-% Pigmentrot und 0,09 Gew.-% Pigmentgelb zur Erzielung eines beigen Farbtones versetzt und, wie in Beispiel 1 beschrieben , erhitzt, in einer Spinnlösung überführt und nachbehandelt. Verstreckt wurde jedoch 1 : 3,5 fach bei einer Bandtemperaturvon 100 °C. Die beigefarbenen Hochschrumpffasern vom Einzelendtiter 3,8 dtex besitzen eine Kochschrumpf von 35,3 %. Die Faserfestigkeit liegt bei 2,3 cN/dtex und die Dehnung bei 50 % . Die Dichte beträgt 1,172 g/cm3 vor dem Kochen und 1,165 g/cm3 nach dem Kochen. Die Fasern ließen sich auf der Hochleistungskarde mit 100 m/min verarbeiten.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung von hochschrumpffähigen Fäden und Fasern aus Acrylnitrilcopolymerisate mit mindestens 40 Gew.-% Acrylnitrileinheiten durch Verspinnen einer Spinnlösung des Copolymerisate in einen Spinnschacht, Verdampfen mindestens eines Teils des Spinnlösungsmittels im Spinnschacht, Präparieren, Verstrecken bei Verstrecktemperaturen von 65 bis 100 °C und Verstreckverhältnissen bis maximal 1:3,5, Kräuseln und gegebenenfalls Schneiden in kontinuierlicher Arbeitsweise, wobei
a) eine Spinnlösung versponnen wird, deren Viskosität bei 100°C 10-60 Kugelfallsekunden (4,37-26,22 Pa.s) beträgt,
b) die Verdampfung des Lösungsmittels im Spinnschacht so gesteuert wird, daß der Lösungsmittelgehalt der Fäden beim Verlassen des Spinnschachtes maximal 10 Gew.-%, bezogen auf Faserfeststoffgehalt, beträgt, der Spinnverzug des Verfahrens größer als 2 ist,
c) die Fäden dem Verstrecken mit einer Präparation versehen werden, die ein Gleitmittel und ein Antistatikum enthält und den Fäden einen Feuchtegehalt von maximal 10 Gew.-%, bezogen auf Faserfeststoffgehalt verleiht,
d) die Fäden vor und während dem Verstrecken mit keinerweiteren Extra ktionsfiüssigkeit für das Spinnlösungsmittel in Kontakt treten und im Verfahren Kein Waschprozeß erfolgt und ein Trocknungsprozeß entfällt, und
e) man die Verstreckung mit Kabeln von mindestens 100 000 dtex ausführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Spinnlösung eine Viskosität von 15-50 Kugelfallsekunden (6,56-21,85 Pa.s) bei 100°C aufweist, der Lösungsmittelgehalt der Fäden beim Verlassen des Spinnschachtes maximal 5 Gew.-%, bezogen auf Faserfeststoffgehalt, und das Verstreckverhältnis 1:2 bis 1:3,5 beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Spinnlösungsherstellung in den kontinuierlichen Prozeß eingebunden wird.
4. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Spinnlösung durch Lösungspolymerisation im verwendeten Spinnlösungsmittel hergestellt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei man der Spinnlösung lösliche Farbstoffe oder Pigmente zusetzt und Spinngefärbte Fäden und Fasern erzeugt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei man auf das Spinngut vor der Verstreckung, in noch heißem Zustand, innerhalb oder unmittelbar hinter dem Spinnschacht, eine Präparation von 50-90°C aufbringt.
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