DE1435499C - Verfahren zur Herstellung von volumino sen Garnen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von voluminösen Garnen mit Verbundfäden aus zwei verschiedenen Polyacrylnitrilomponenten, die exzentrisch zueinander in bestimmten, über die ganze Fadenlänge reichenden und an ihren Berührungsflächen innig aneinanderheftenden Zonen durch gleichlaufendes Ausspinnen, Koagulieren, Verstrecken und Wärmebehandeln der beiden verschiedenen PoIyacrylnitrilkomponenten angeordnet sind, wobei die zwei verschiedenen Komponenten einen Unterschied der thermischen Schrumpfung von wenigstens etwa 5,5% bei 115°C aufweisen und alle Wärmebehandlungen nach der letzten Verstreckung und vor der abschließenden Wärmebehandlung bei Temperaturen unter etwa 10O⁰C durchgeführt werden.

Für viele Zwecke will man stark wollähnliche, also voluminöse Garne oder Textilien aus Acrylfäden haben. Dazu werden die Fäden stark gekräuselt. Die Kräuselung kann auf verschiedene Weise erzielt werden. Man geht oft so vor, daß man zwei Fadenarten mit verschiedener Wärmeschrumpfung mischt. Die Garne und Textilien aus solchen Fadenmischungen werden dann mit heißem Wasser oder Dampf behandelt und durch die unterschiedliche Schrumpfung gebauscht. Wenn man jedoch derartige Garne oder Textilien wieder der Wärme aussetzt, z. B. beim Färben, Waschen oder Bügeln, verlieren sie an Volumen. Besonders wollähnlich sind Verbundfäden mit Schraubenkräuselung, bei denen die zwei unterschiedlichen Komponenten in einer Faser der Länge nach vereinigt sind. Stark gekräuselte Fäden, insbesondere solche mit Schraubenkräuselung, lassen sich aber sehr schlecht verspinnen. Um dem Garn oder der Ware eine genügende Bauschigkeit zu verleihen, sollten die Fäden eine Kräuselzahl von wenigstens vier und vorzugsweise mehr als acht Kräusel pro Zentimeter Faserlänge haben. Bei einer solchen Kräuselzahl sind die Fasern sehr schwierig zu verspinnen, und der Spinnprozeß muß oft unterbrochen werden.

Aufgabe der Erfindung ist nun ein Verfahren zur Herstellung von voluminösen Garnen und Textilien aus Polyacrylverbundfäden, die ein ansprechendes Aussehen haben, ohne Schwierigkeit herzustellen sind, aber bei nachfolgenden Behandlungen bei erhöhter Temperatur nicht an Volumen verlieren.

Dies wird dadurch erreicht, daß die Komponenten der frisch gesponnenen Verbundfäden einen Unterschied in der thermischen Schrumpfung von weniger als 4% hei 100⁰C aufweisen, die so erhaltenen Fasern zu Garn verarbeitet und schließlich das Garn oder das daraus hergestellte Textilerzeugnis bei einer Temperatur oberhalb U5°C abschließend wärmebchandclt wird.

Auf diese Weise kann das Verspinnen der Verbundfäden erfolgen, deren Kräuselzahl nicht größer als 2,5 pro Zentimeter ist, während in der fertigen Ware oder im fertigen Garn dann eine ausreichende Kräuselzahl, also mindestens 4 und vorzugsweise 8 pro Zentimeter vorhanden ist.

Dieser Weg weicht ab von den üblichen Herstellungsweiscn, wo /war auch Fäden mit unterschiedlichem Schrumpfvermögcn, insbesondere durch unterschiedliche Quellfähigkeit, verwendet werden, um eine stark gebauschte Fertigware zu erzielen. Gemäß der Erfindung wird die Auswahl hinsichtlich des Unterschiedes der thermischen Schrumpfung und hinsichtlich der Temperatur der Wärmebehandlung nach dem Verstrecken des Fadens und nach der Verarbeitung zu Garn oder Textilware derart getroffen, daß das Garn zunächst beim Verspinnen, Wirken oder Weben eine geringe Kräuselung aufweist, während das Garn nach den Verarbeitungsvorgängen durch die abschließende Wärmebehandlung bei über 115°C eine starke Kräuselung entwickelt. Somit werden einerseits Störungen bei den Verarbeitungsvorrichtungen durch zu starke Kräuselung vermieden; andererseits zeigt das fertige Produkt nach der Wärmebehandlung besonders gute wollartige Eigenschaften.

Die beiden Komponenten können Acrylnitrilpolymerisate, -mischpolymerisate und -pfropfmisejipolymerisate sowie Mischungen davon sein, die immer wenigstens 80 Gewichtsprozent Acrylnitril enthalten sollen. Der Unterschied in der thermischen Schrumpfung der Komponenten wird durch Einbringen eines oder mehrerer zusätzlicher Bestandteile in irgendein derartiges Polymeres kontrolliert.

Beispiele von Mischpolymerisatkomponenten, die von Wert bei der Durchführung der Erfindung an Acrylmischpolymerisaten sind, sind Verbindungen mit einer Vinylgruppe, z. B. die Vinylester, insbesondere von gesättigten aliphatischen Monocarbonsäuren, Ester von Allyl-, mit Allyl- und anderen ungesättigten einwertigen Alkoholen mit einbasischen Säuren, ungesättigten Carbonsäuren, kohlenwasserstoffsubstituierte Acrylnitril, wie Methacrylnitril und Äthacrylnitril, ungesättigte aliphatische Kohlenwasserstoffe mit einer Vinylgruppe, z. B. Isobutylen und zahlreiche andere bekannte Vinyl-, Acryl- und sonstige Verbindungen mit einer Vinylgruppe, die sich mit Acrylnitril zu thermoplastischen Mischpolymerisaten polymerisieren lassen, sowie Alkylester von a,/?-ungesättigten mehrwertigen Carbonsäuren.

Außerdem kann man in das Polymerisat andere, vinylgruppenhaltige Verbindungen einverleiben, z. B. Vinylpyridine oder ungesättigte Sulfonsäuren mit polymeren Äthylenbindungen. Bevorzugte Vinylpyridine sind die drei isomeren Formen dieser Verbindung selbst sowie die neun isomeren Formen der Methylvinylpyridine, die bevorzugt werden, aber auch die sonstigen niedrig-Alkylvinylpyridine und die niedrig- , Alkylpyridine mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen im Alkylsubstituenten. Typische ungesättigte verwendbare Sulfonsäuren sind z. B. Vinylsulfonsäure, AIIyI-sulfonsäure, Metallylsulfonsäure und Styrolsulfonsäure.

Das durchschnittlic.he Molekulargewicht des PoIy- oder Copolyacrylnitrils liegt gewöhnlich im Bereich von 25 000 oder 30 000 bis 200 000 oder. 300 000 oder noch höher, vorzugsweise jedoch zwischen 50 OOO"und 100 000, insbesondere etwa 70 000 bis 80 000, berechnet aus der Viskosität in Dimethylformamid nach der Staudinger-Gleichung gemäß der USA.-Patcntschrift 2 404713.

Die Eigenart der Kräuselung in einem Verbundfaden hängt von der Unterschiedlichkeit der Zusammensetzung und der thermischen Schrumpfung der beiden einen solchen Faden ausmachenden Komponenten, der Temperatur, bei der die Faser wärmebehandclt wird, und der Denierzahl der Faser ab. Der Grad der thermischen Schrumpfung der beiden Komponenten einer Mehrkomponentenfaser läßt sich durch Einstellung des Verhältnisses der in jeder " Komponenten enthaltenen Bestandteile, d. h. Acryl- : nitril und andere Monomere, die mit diesem misch-

polymerisiert sind und von denen Beispiele oben angegeben sindj kontrollieren. Das Schrumpfungsverhältiiis der beiden Komponenten steigt gewöhnlich an, wenn der Anteil der mit dem Acrylnitril mischpolymerisierten zweiten Vinylkompohente erhöht wird. Außerdem nimmt die Schrumpfung der beiden Komponenten zu> wenn die Temperatur, bei der die Faser wärmebehandelt wird, steigt. Es ist somit leicht möglich, Paare von Komponenten auszuwählen, die eine unterschiedliche thermische Schrumpfung von weniger als einem bestimmten Grad bei einer Temperatur und einem größeren Grad bei höherer Temperatur aufweisen.

Die Zahl der Kräuselwindungen, die bei der Wärmebehandlung solcher Verbundfaden erzeugt werden, ist eine Funktion des Unterschiedes der thermischen Schrumpfung der Komponenten sowie des Titers der Verbundfäden. Für einen Faden gegebener Stärke wird eine um so größere Zahl an Kräuselwindungen pro Längeneinheit erzeugt, je höher der Unterschied in der thermischen Schrumpfung ist. Die Auswahl eines Paares von Komponenten, die weniger als eine bestimmte Differenz in der thermischen Schrumpfung bei einer ersten Temperatur und mehr als eine höhere Differenz der thermischen Schrumpfung bei einer höheren Temperatür aufweisen, gestattet somit die Erzeugung von Fasern, die relativ wenig Kräuselwindungen haben, Wenn sie unterhalb einer bestimmten Temperatur wärmebehandelt werden, während eine nachfolgende Erhöhung der Zahl der Kräuselwindürigen möglich ist durch spätere Wärmebehandlung bei einer Temperatur oberhalb der besagten höheren Temperatur. Die Tabellen 1 und 2 zeigen die Kräuselungscharakteristiken von Verbundfäden, die aus^s*^?Mischpolymerisaten von 90% Acrylnitril und 10% iVIethylacrylat (Vorschrift A), 92% Acrylnitril und 8% Methylacrylat (Vorschrift B) und 93% Acrylnitril und 7% Methylacrylat (Vorschrift C) hergestellt wurden.

Tabelle

Temperatur der Wärme	Vorschrift ß	Schrumpfung (%)	A-B	2 den	Zahl der Kräuselwiridüngeri DrO 7*5 trim	6 den	10 den
behandlung (°C)	17,1	Vorschrift A	3,7		3 den	_	_
100	17,9	20,8	4,3		_	1
110	18,9	22,2	5,5	10,8		.	——
115	19,9	24,4	7,6	13,9	9,8	6,4	—:
120	20,9	27,5	9,5	24,2	12,6	9,7	8,0
125	24,3	30,4	14,3	—	14,2	14,9	10,9
130	37,6		19,6

Tabelle

Temperatur der Wärme	Vorschrift C	Schrumpfung (%)	A-C	2 den	Zahl der Kräuselwindurigeri pro 25 mm	6den	10 den
behandlung (0C)	16,9	Vorschrift A	3,9	2,1	3 den
100	18,0	20,8	4,2	7,8	2,1	—	-—
110	18,9	22,2	5,5	15,6	5,2	9,5	—
115	19,5	24,4	8,0	19,5	12,2	12,1	7,6
120	20,4	27,5	10,0	—	15,8	14,4	11,5
125	21,5	30,4	16,1	—	21,6	22,7	16,5
130	37,6		—

Aus den vorstehenden Tabellen ist ersichtlich, daß bei den untersuchten Verbündfäden der Unterschied in der Schrumpfung nach einer Wärmebehandlung bei 100⁰C weniger als etwa 4% und nach einer Wärmebehandlung bei 115°C öder mehr größer als etwa 5,5 % ist. Mari ersieht ferner, daß im allgemeinen für jede gegebene Temperatur der Wärmebehandlung ein Faden mit größerer Denierzahl weniger Kräuselwindungen annimmt und daß mehr Kräuselwindungen in jeden Faden von gegebenem Denier erzeugt werden, je höher die Temperatur der Wärmebehandlung ist.

Auf der Basis dieser Angaben kann die Auswahl der Zusammensetzung der beiden Acrylnitril-Polymerisat-Komponenten der Verbundfasern so getroffen werden, daß der Unterschied zwischen ihrer Schrumpfung bei 115°C wenigstens 5,5%, jedoch bei 100⁰C Weniger als 4% ausmacht. Das Auftreten einer zu großen Kräuselzahl während der Faserherstellung oder -verarbeitung wird verhindert, indem die Behandlungstemperaturen in allen Stufen des Verfahrens nach dem Spinnen und Strecken bis zum Kardieren und besonders die Temperatur, bei der die Fasern in entspanntem Zustand wärmebehandelt werden, unter 100⁰C gehalten werden, so daß die Verarbeitung der Fasern auf der Karde erleichtert wird. Das Textilprodukt wird dann bei einer Temperatur über 115° C zur Ausbildung der genügenden Kräuselzahl für die Bauschigkeit und zur Verbesserung der physikaiischen Gesamteigenschaften der Verbundfasern wärmebehandelt.

Der bevorzugte Temperaturbereich für diese abschließende Wärmebehandlung beträgt 115 bis 130⁰C, obwohl die Fasern um so mehr Kräusel ausbilden, je höher die Temperatur ist. Die Wärmebehandlung kann entweder unter trockenen oder feuchten Bedingungen durchgeführt werden, z. B. mit erhitzter Luft oder anderen Gasen, überhitztem Dampf,

gesättigtem Dampf bei Überdruck, kochendem Wasser unter Überdruck oder erhitzten nichtwässerigen Flüssigkeiten.

Bei dem nach dem Verfahren der Erfindung erhaltenen. Textilprodukt weisen die Fäden oder Fasern eine genügende Zahl von Kräuselwindungen auf, wodurch den Fasern ein gutes Volumen erteilt wird, und durch die volle Ausbildung der Kräuselung verhalten sich alle Fasern in. der gleichen Weise, so daß keine Faser die Neigung aufweist, vom Kern eines Garnbündels zu den Oberflächen zu wandern. Ferner dient die große Zahl der erzeugten Kräuselwindungen dazu, jeden Faden oder jede Faser derart mit den oder der benachbarten zu verwinden, daß es für einen Einzelfaden oder eine Einzelfaser äußerst schwierig wird, sich aus dem voluminösen Garn zu lösen.

Aus diesen Gründen ist das erfindungsgemäße Garn zusätzlich charakterisiert durch die über das ganze Garn gleichförmige Faserdichte und — was noch wichtiger ist — durch die hohe Stabilität des Volumens während nachfolgender Wärmebehandlung, da die Kräuselwindungen durch Wärmebehandlung nicht beseitigt werden, ob diese nun trocken-heiß oder feucht-heiß durchgeführt werden. Das voluminöse Garn gemäß der Erfindung fällt also nicht wieder zusammen, wenn es erst einmal voluminös gemacht ist, ungeachtet wie oft die Erhitzung wiederholt wird. Dieses Garn besitzt deshalb eine hohe Beständigkeit, so daß es wiederholten Färbungen und Waschen widerstehen kann.

Ein anderer Vorteil der Erfindung ist, daß das voluminöse Garn gemäß der Erfindung einen Anstieg der Garnfestigkeit zeigt, wenn es zwecks Erzeugung des Volumens einer Behandlung unterworfen wird, während das herkömmliche voluminöse Garn bei der gleichen Behandlung einen Verlust an Garnfestigkeit erleidet.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Wärmebehandlungen im Anschluß an die letzte Verstrickung eine Relaxation einschließen, die bei einer erhöhten Temperatur unterhalb etwa 100⁰C durchgeführt wird, insbesondere in siedendem Wasser. Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.

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Beispiel 1

Es wurde ein Mischpolymerisat aus 90% Acrylnitril und 10 % Methylacrylat und ein anderes Mischpolymerisat aus 95% Acrylnitril und 5% Methylacrylat in einer konzentrierten wässerigen Lösung von Natriumthiocyanat gelöst, so daß zwei verschiedene Spinnlösungen entstanden. Gleiche Mengen der beiden Lösungen wurden gleichzeitig in eine 8%ige wässerige Natriumthiocyanatlösung gepreßt, und zwar mit Hilfe einer Einrichtung, die der in der USA.-Patentanmeldung 208 884 vom 10. Juli 1962 mit zwei Meßpumpen ausgerüsteten Spinneinrichtung ähnlich war. Die so erhaltenen Fäden wurden mit Wasser gewaschen und mit kochendem Wasser auf 800% der ursprünglichen Länge gestreckt. Die Spinndüse hatte 500 Löcher von je 0,08 mm Durchmesser.

Die Fäden wurden dann in einer sehr feuchten Atmosphäre getrocknet, so daß die Fäden weniger als 3% Feuchtigkeit enthielten. Die Fäden wurden ferner in entspanntem Zustand 10 Minuten in kochendem Wasser behandelt und anschließend mechanisch gekräuselt, mit öl behandelt und geschnitten, um eine Mehrkomponenten-Stapelfaser C zu erzeugen.

Man stellte ein voluminöses Garn her, indem man die Verbundfasern zu Garn verspann und dies Garn 5 Minuten in gesättigtem Wasserdampf bei 120° C behandelte.

Festigkeit und Dehnung des so erhaltenen voluminösen Garns vor und nach der Auflockerungsbehandlung in gesättigtem Wasserdampf von 120° C sind in der nachstehenden Tabelle gezeigt:

Vor der Auflockerung .
Nach der Auflockerung

Zahl

2/32
2/25

Festigkeit

939
1009

Dehnung

16,3
^6,6

Das erfindungsgemäße Garn war gleichmäßig voluminös und zeigte einen guten Griff wegen der in ihm gebildeten Kräuselwindungen.

Beispiel2

Im Anschluß an das Verfahren von Beispiel 1 wurden Mischpolymerisate aus 90% Acrylnitril, 9,25 % Methylacrylat und 0,75% Methallylsulfonsäure bzw. 94% Acrylnitril, 4,5% Methylacrylat und 1,5% Methallylsulfonsäure getrennt aufgelöst.

Gleiche Mengen der Spinnlösungen wurden mittels einer Mehrkomponenten-Spinneinrichtung, die mit zwei Meßpumpen ausgerüstet war, versponnen, und Verbundfäden F von 3 Denier wurden wie im Beispiel 1 hergestellt.

Ein voluminöses Garn wurde hergestellt, indem die Fasern F in gesättigtem Wasserdampf 5 Minuten bei 125⁰C behandelt wurden, um den Fasern dreidimensionale Kräuselwindungen zu erteilen.

Das voluminöse Garn blieb in einem kochenden Färbebad, welches einen kationischen Farbstoff enthielt, überall vollkommen gleichmäßig voluminös.

B e i s ρ i el 3

Ebenso wie im Beispiel 1 wurden ein Mischpolymerisat aus 85% Acrylnitril, 8% Vinylacetat und 7% Vinylpyridin sowie ein anderes Mischpolymerisat aus 90% Acrylnitril, 5% Vinylacetat und 5% Vinyl- I pyridin getrennt aufgelöst.

Gleiche Mengen der so erhaltenen Spinnlösungen wurden gleichlaufend mit einer Einrichtung verpreßt, die der im Beispiel 1 benutzten, mit zwei Meßpumpen ausgerüsteten ähnlich war. So wurden in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 Verbundfaden I von 3 Denier erhalten.

Man erzeugte ein voluminöses Garn, indem man die Fasern I in gesättigtem Wasserdampf bei 115⁰C 5 Minuten behandelte. Das Garn aus den Verbundfasern zeigte ein volles Volumen und fiel bei der nachfolgenden Färbung nicht zusammen.

Claims (1)

1. Patentanspruch :

   Verfahren zur Herstellung von voluminösen Garnen mit Verbundfaden aus zwei verschiedenen Polyacrylnitrilkomponenten, die exzentrisch zueinander in bestimmten, über die ganze Fadenlänge reichenden und an ihren Berührungsflächen innig aneinanderhaftenden Zonen durch gleichlaufendes Ausspinnen, Koagulieren, Verstrecken

   und Wärmebehandeln der beiden verschiedenen Polyacrylnitrilkomponenten angeordnet sind, wobei die zwei verschiedenen Komponenten einen Unterschied der thermischen Schrumpfung von wenigstens etwa 5,5% bei 115°C aufweisen, und alle Wärmebehandlungen nach der letzten Verstreckung und vor einer abschließenden Wärmebehandlung bei Temperaturen unter etwa 100° C durchgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten der frisch gesponnenen Verbundfaden einen Unterschied in der thermischen Schrumpfung von weniger als 4°/o bei 100° C aufweisen und das fertige Garn oder das daraus hergestellte Textilerzeugnis bei einer Temperatur oberhalb 115⁰C abschließend wärmebehandelt wird.

   009 540/333