DE3040970A1

DE3040970A1 - Trockengesponnene polyacrylnitril-profilfasern und -faeden und ein verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE3040970A1
Application number: DE19803040970
Authority: DE
Inventors: Kurt Bernklau; Hans-Karl 4040 Neuß Burghartz; Toni 4047 Dormagen Herbertz; H.-Josef 4048 Grevenbroich Jungverdorben; Ulrich Dipl.-Chem. Dr. Reinehr
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1980-10-30
Filing date: 1980-10-30
Publication date: 1982-06-03
Also published as: DE3171719D1; EP0051189B2; EP0051189A1; US4810448A; EP0051189B1; JPS57106713A; JPH0214443B2

Description

BAYER AKTIENGESELLSCHAFT 509 0 Leverkusen, Bayerwerk

Zentralbereich ** "kL l9W

Patente, Marken und Lizenzen Jo/m-c

Trockengesponnene Polyacrylnitril-Profilfasern und -fäden und ein Verfahren zu ihrer Herstellung

Die Herstellung von Synthesefasern mit modifizierten Faserquerschnitten nach der Schmelzspinn- und Naßspinn-Technologie ist schon seit vielen Jahren bekannt. So werden z.B. bevorzugt Polyamid- und Polyesterfasern nach dem Schmelzspinnverfahren aus profilierten Spinndüsen hergestellt, um besondere Effekte im Hinblick auf Glanz, Griff, Lüster und Warenausfall zu erzielen. Welche Auswirkungen die Veränderung der Fadenquerschnittsform von Synthesefasern im einzelnen auf den Ausfall und das Verhalten von Fertigwaren besitzt, geht beispielsweise aus den Berichten von F. Bolland in Chemiefasern 13 (1963), Seiten 42-45 und 106-109 sowie aus dem Artikel von H. Bieser und R. Hesse in Chemiefasern 17 (1967), Seiten 262-268 hervor, über verbesserte Gebrauchseigenschaften und modische Effekte bei der Herstellung von Profilgarnen aus Nylon 6 mit triangulärem Profil berichtet H. Knopp in den Lenzinger Berichten 36 (1974) Seiten 160-167. über das verbesserte

Le A 20 550

O.u ωα/υ

H-

Anschmutzverhalten textiler Bodenbeläge aus Polyamid-6,6-Garnen mit tief gelappter triloha,ler Querschnittsform berichten A. Lehnen und G. Satlow in Chemiefasern und Textilindustrie März 1975 Seiten 251-254. Neben der Schmelzspinn-Technologie lassen sich auch nach dem Naßspinnverfahren querschnittsmodifizierte Synthesefasern, beispielsweise querschnittsmodifizierte Acrylfasern, herstellen. So sind Acrylfasern mit triangulärem Faserquerschnitt auf dem Markt, die sich durch

10 hohe Farbbrilianz auszeichnen.

Bisher hat es ^aueh nicht an Versuchen gefehlt, profilierte Acrylfasern nach einem Trockenspinnprozeß aus einer Spinnlösung herzustellen. So soll beispielsweise nach US-PS 3 760 053 das Profilspinnen von Polyacryl-

15 nitril nach dem Trockenspinnverfahren bekannt sein,

ein experimenteller Beleg fehlt jedoch. Weiterhin nennt die US-PS 3 340 571 unter den trockenspinnbaren Polymeren, die mit Profildüsen Profilfasern ergeben, auch Acrylnitrilhomo- und -copolymerisate, tatsächlich werden Experimente aber nur für Celluloseacetat vorgelegt.

Für die Herstellung querschnittsmodifizierter Acrylfasern nach dem Trockenspinnverfahren ist jedenfalls bis heute kein technisches Verfahren bekannt geworden. Beispiels- · weise erhält man beim Trockenspinnen von Polyacryl-

25 nitrilspinnlösungen in üblicher Konzentration

mit Profildüsen immer nur einen hantelförmigen Querschnitt, so z.B. mit einem Acrylnitrilcopolymerisat aus 93,6 Gew.-% Acrylnitril, 5,7 Gew.-% Acrylsäuremethylester und 0,7 Gew.-% Natriummethallylsulfonat mit dem K-Wert aus einer 32 Gew.-%igen Spinnlösung in Dimethylformamid. Versucht man den Feststoffgehalt weiter anzuheben, so

Le A 20 550

ORIGINAL INSPECTED

3.0 LO 9 7

gelieren derartige Spinnlösungen beim Abkühlen schon bei Temperaturen um 50 - 8O⁰C, so daß ein störungsfreies Spinnen unmöglich wird,.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, wegen der vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten derartiger Fasern und Fäden ein solches Trockenspinnverfahren zur Verfügung zu stellen.

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß man auch bei einem Trockenspinnverfahren jedes beliebige vorge-

10 gebene Querschnittsprofil spinnen kann, wenn man

Spinnlösungen mit einer Viskosität, die einen bestimmten Wert überschreitet, einsetzt und Profildüsen verwendet, die bestimmten Abmessungen unterliegen. Unter Fasern mit einem scharfen Querschnittsprofil sind dabei solche Fasern zu verstehen, an deren Querschnitt man die Geometrie der verwendeten Profildüse erkennen kann, wobei unter einer Profildüse jede Düsenbohrung mit Ausnahme der einfachen runden Düsenbohrung zu verstehen ist. Insbesondere werden einfache geometrische Formen verwendet.

Gegenstand der Erfindung sind daher trocken gesponnene Polyacrylnitrilfasern mit einem scharfen Querschnittsprofil. Geeignete Acrylnitrilpolymere zur Herstellung von Fäden und Fasern sind Acrylnitrilhomo- und -copolymerisate, wobei die Copolymerisate wenigstens 50 Gew.-% vorzugsweise wenigstens 85 Gew.-% einpolymerisierte Acrylnitrileinheiten enthalten.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur

Le A 20 550

Herstellung von Acrylfasern und -fäden mit einem scharfen Querschnittsprofil, dadurch gekennzeichnet, daß man die fadenbildenden synthetischen Polymeren nach einem Trockenspinnprozeß aus einer Lösung verspinnt, die eine Viskosität 5 von mindestens 120 Kugelfallsekunden, gemessen bei 8O⁰C oder von mindestens 75 Kugelfallsekunden, gemessen bei 100⁰C, aufweist, wobei die Düsenlochflache der Profildüse kleiner als 0,2 mm² und die Schenkelbreite kleiner als 0,17 mm ist.

Dem Spinnen schließen sich die üblichen weiteren Verfahrensschritte des Acrylnitriltrockenspinnverfahrens an.

Die Viskosität in Kugelfallsekunden, gemessen bei 80 oder bei 100⁰C wurde nach der Methode von K. Jost,

15 Reologica Acta, Bd. 1 (1958), Seite 303 bestimmt. Unter Schenkelbreite einer Profildüse wird der Abstand zwischen der äußeren Begrenzung der vorgegebenen Profilform in mm, nicht jedoch der Abstand zur Düsenlochmitte hin verstanden. Bei Düsenlochformen, deren Schenkel-

breite sich nicht ohne weiteres definieren läßt, beispielsweise einer Profildüse mit dreieckförmigen Löchern, wird als Schenkelbreite der Abstand zwischen zwei gegenüberliegenden Seitenmitten als mittlere Schenkelbreite definiert. Es hat sich gezeigt, daß

25 man immer dann scharfe Querschnittprofile im Sinne der Erfindung erspinnen kann, wenn die Düsenlochflache kleiner als 0,2 mm² und die Schenkelbreite kleiner als 0,17 mm ist. Besonders bevorzugt werden Schenkelbreiten

Le A 20 550

OTED

von 0,02 - 0,06 mm und Düsenlochflachen bis zu 0,1 mm² verwendet. Bei Düsenlochflachen größer als 0,2 mm² wird ein Verfließen der Querschnittsformen festgestellt. Man erhält unscharfe, knollenartige bis formlos deformierte bizarre Gebilde.

Als geeignete Profile bei der Herstellung querschnittsmodifizierter Pasern nach dem erfindungsgemäßen Verfahren haben sich folgende Formen erwiesen: Dreiecks-, Ypsilon-, Kreuz-, Pentalobal-, Hexalobal-, Octalobal- und Rechteck-Formen. Ebenso lassen sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auch andere Querschnittsmodifikationen zu erfindungsgemäßen Produkten realisieren, wie sie z.B. in Chim. Volokna 5 (1972), Seiten 58-61 von V.F. Krasnlkov oder von M. Schwab in Chemiefasern und Textilindustrie September 1977, Seite 770, beschrieben sind.

Spinnlösungen der angegebenen Viskosität, die auch eine höhere Konzentration des fadenbildenden Polymeren enthalten, werden nach DE-OS 27 06 032 erhalten, indem man entsprechend konzentrierte Suspensionen des fadenbildenden Polymeren, die leicht förderbar sind, im gewünschten Lösungsmittel herstellt und diese Suspension durch kurzzeitiges Erhitzen auf Temperaturen bis knapp unterhalb des Siedepunktes des verwendeten Spinnlösungsmittels in viskositätsstabile Spinnlösungen überführt. Die Suspensionen zur Herstellung solcher Spinnlösungen erhält man, indem man das Spinnlösungsmittel nötigenfalls mit einem Nichtlöser für das zu verspinnende

Le A 20 550

— ir — - If-

Polymere versetzt und anschließend unter Rühren das Polymere zufügt. Als Nichtlöser im Sinne der Erfindung kommen alle Stoffe infrage, die für das Polymere ein Nichtlösungsmittel sind und sich mit dem Spinnlösungsmittel in weiten Grenzen mischen lassen. Die Siedepunkte der Nichtlöser können sowohl unterhalb als auch oberhalb des Siedepunktes des verwendeten Spinnlösungsmittels liegen. Derartige Substanzen, welche in festem oder flüssigem Aggregatzustand vorliegen können, sind beispielsweise Alkohole, Ester oder Ketone sowie ein- und mehrfach substituierte Alkylether und Ester mehrwertiger Alkohole, anorganische oder organische Säuren, Salze und dergleichen. Als bevorzugte Nichtlöser werden einmal wegen seiner einfachen Handhabung und Entfernung

15. im Spinnschacht, ohne Rückstandsbildung und Rückgewinnung Wasser und zum anderen Glyzerin, Mono- und Tetraethylenglykol sowie Zuck'er eingesetzt.

Bei Verwendung von Nichtlösern, deren Siedepunkt unterhalb des Siedepunktes des Spinnlösungsmittels liegt, erhält man bei Acrylfasern die bekannten Typen mit. Wasserrückhaltevermögen unter 10 %, beispielsweise 4,5 - 6 %. Bei Verwendung von Nichtlösern, deren Siedepunkt über dem des Spinnlösungsmittels liegt, erhält man, wie bereits in DE-OS "25 54 124 beschrieben, Acrylfasern mit einem Wasserruckhaltevermögen von größer 10 %, die sich durch besondere Tr.ageeigenschaften auszeichnen. Während im ersten Falle der Nichtlöser im Spinnschacht entfernt wird, muß im zweiten Falle der Nichtlöser im Anschluß an den Spinnprozeß in einem

30 weiteren Verfahrensschritt aus der verfestigten Faser ausgewaschen werden.

Le A 20 550

Im Falle der Verwendung von Wasser als Nichtlöser konnten bei Einsatz des auf Seite 2 erwähnten Acrylnitrilcopolymerisats vom K-Wert 81 von einer Feststoffkonzentration von 36 Gew.-% an Spinnlösungen der geforderten Viskosität erhalten werden. Die daraus ersponnenen Fäden zeigten im Sinne der Erfindung scharfe Faserquerschnitte nach dem Trockenspinnverfahren.

Der Wasseranteil derartiger Suspensionen aus Polyacrylnitril und Dimethylformamid liegt im Bereich zwischen 2 und 10 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtsuspension.

Unterhalb von 2 Gew.-% Wasser erhält man keine fließfähige, transportfähige Suspension mehr, sondern einen dicken, tragen Brei. Beträgt der Wassergehalt andererseits mehr als 10 Gew.-%, so zerplatzen die Fäden beim Spinnprozeß unterhalb der Düse wegen des zu hohen Wasserdampfpartialdruckes beim Austritt aus den Düsenlöchern. Der prozentuale Wasseranteil in der Spinnlösung beeinflußt, wie aus Tabelle II für eine 35 %ige Spinnlösung bzw. für eine 36 %ige Spinnlösung hervorgeht, nur in geringem Maße die Profilgebung an der Düse. Entscheidend ist, daß die Spinnlösung die angegebene Mindestviskosität aufweist. Bei Feststoffgehalten bis zu 40 % haben sich Wasseranteile von 2-3 Gew.-% als optimal erwiesen, um noch fließfähige transportable Suspensionen bei Raumtemperatur zu erhalten. Verwendet man anstelle von Wasser einen anderen Nichtlöser, beispielsweise Propanol oder Butanol, so kommt man zu den gleichen Ergebnissen.3ei Acrylnitrxlpolymeren mit einem K-Wert von 81 erhält man, wie vorstehend schon

Le A 20 550

/S-

gezeigt, Spinnlösungen der geforderten Mindestviskosi'-tät von einer Konzentration von 36 Gew.-% an an fadenbildendem Polymer. Für Acrylnitrilcopolymerisate mit K-Werten, die kleiner sind, lassen sich die geforderten Mindestviskosiäten der Spinnlösung erst bei höheren Konzentrationen erzielen. So kann man beispielsweise aus einem Acrylnitrilcopolymerxsat aus 92 % Acrylnitril 6 % Acrylsäuremethylester und 2 % Natriummethallylsulfonat vom K-Wert 60, eine Suspension aus 45 % Copolymerisatfeststoff, 4 % Wasser und 51 % Dimethylformamid herstellen, die noch bei Raumtemperatur fließfähig ist und durch Erhitzen eine Spinnlösung ergibt, die eine Viskosität von 142 KugelfallSekunden bei 80⁰C aufweist. Das Verspinnen dieser Spinnlösung aus Profildüsen ergibt Fasern mit scharfem Querschnittsprofil im Sinne dieser Erfindung. Andererseits kann man bei Verwendung von Polymerisaten mit höheren K-Werten auch bei niedrigerer Feststoffkonzentration die geforderte Viskosität der Spinnlösung erreichen. So ergibt beispielsweise bereits eine 27,5 %ige Spinnlösung eines Acrylnitrilhomopolymerisates vom K-Wert 91 in DMF gelöst * eine Viskosität von 138 Kugelfallsekunden. Beim Trockenspinnen aus Profil-.düsen werden scharfe Querschnittsprofile erhalten.

Im Falle der Verwendung von Monoethylenglykol als Nichtlöser konnten bei Verwendung des auf Seite 2 erwähnten Acrylnitrilcopolymerisates Spinnlösungen mit Feststoffkonzentration von 36 Gew.-% oder größer hergestellt werden, deren Viskositäten wenigstens 75 Kugelfallsekunden, gemessen bei 100°C, betrugen. Aus diesen Spinnlösungen wurden Fasern mit scharfen Querschnittsprofilen

Le A 20 550

ORIGINAL INSPECTED

304097G

ersponnen, die sich nach dem Auswaschen des Nichtlösers und der üblichen Nachbehandlung durch hohe Wasserrückhaltevermögen auszeichneten. Der Nichtlöseranteil derartiger Suspensionen aus Polyacrylnitril, Dimethyl-

5 formamid und Monoethylenglykol muß, wie in DE-OS

25 54 124 bereits mitgeteilt, mindestens 5 Gew.-%, bezogen auf Lösungsmittel und Peststoff, betragen, damit die Fäden und Pasern ein Wasserrückhaltevermögen von mindestens 10 % aufweisen. Wie aus Tabelle IV hervorgeht, beeinflußt der prozentuale Gehalt an Nichtlöser in der Spinnlösung die Profilgebung an der Düse nicht.

Entscheidend ist jedoch, daß eine Mindestviskosität der Spinnlösung vorliegt. Bei Peststoffgehalten bis 40 Gew.-% haben sich Nichtlöseranteile von 5-10 Gew.-% als optimal erwiesen, um profilierte Acrylfasern mit einem Wasserrückhaltevermögen größer als 10 % zu erhalten. Die Fasern besitzen neben einem modifizierten, in der Form einheitlichen Querschnitt, auch noch eine Kern-Mantelstruktur. Die Stärke des Fasermantels läßt sich durch das Verhältnis Polymerfeststoff zu Nichtlöseranteil in weiten Grenzen variieren. Entsprechend den Ausführungen bei der Verwendung von Wasser als Nichtlöser gilt auch bei der Verwendung von Nichtlösern, deren Siedepunkt oberhalb des Siedepunktes des Spinnlösungsmittels liegt, daß Acrylnitrilcopolymerisate mit K-Werten kleiner als 81 in höherer Konzentration und Acrylnitrilcopolymerisate mit K-Werten größer als 81 in geringerer Konzentration in der Spinnlösung die geforderte Mindestviskosität ergeben.

Le A 20 550

Die Ermittlung der Mindestviskosität kann bei zwei unterschiedlichen Temperaturen, nämlich bei 8O⁰C und 100⁰C vorgenommen werden. Piese Maßnahme trägt der Tatsache Rechnung, daß einerseits die Bestimmung der

Viskosität bei Spinnlösungen, die als Michtlöser Wasser enthalten, wegen der Verdampfung des Wassers bei 100⁰C schwierig ist, während hingegen die Bestimmung der Viskosität bei anderen Spinnlösungen, die als Nichtlöser eine Substanz enthalten, deren Siedepunkt über der des Spinnlösungsmittels liegt, bei 8O⁰C wegen auftretender Gelierneigung problematisch werden kann. Die Bestimmung der Viskosität wasserhaltiger Spinnlösungen kann jedoch auch bei 100⁰C vorgenommen werden, wenn in geschlossenem System gearbeitet wird.

Solange die zu verspinnende Spinnlösung einen endlichen Kugelfallsekundenwert ergibt, ist die Herstellung von profilierten Fasern aus dieser Spinnlösung im Prinzip möglich. Aus wirtschaftlichen Gründen jedoch lassen sich bei herkömmlichen Spinnanlagen Spinnlösungen mit Viskositäten über 300 Kugelfallsekunden, gemessen bei 80 oder 100⁰C nicht mehr unproblematisch verarbeiten, so daß sich hieraus eine natürliche Obergrenze des Viskositätsbereiches ergibt.

Das Wasserrückhaltevermögen (WR) wird in Anlehnung an DIN-Vorschrift 53 814 (vergleiche Melliant "Textilberichte" 4, 1973, Seite 350) bestimmt.

Die Faserproben werden 2 Stunden in Wasser getaucht, das 0,1 % eines Netzmittels enthält. Dann werden die

Le A 20 550

ORIGINAL INSPECTED

Fasern 10 Min. zentrifugiert mit einer Beschleunigung von 10 000 m/Sek. und die Wassermenge gravimetrisch ermittelt, die in und zwischen den Fasern zurückgehalten wird. Zur Bestimmung des Trockengewichtes, werden die Fasern bis zur feuchten Konstanz bei 105⁰C getrocknet. Das WR in Gew.-% ist:

^mf ~ ^mtr
WR = — —— χ 100

^mtr

m_f = Gewicht des feuchten Fasergutes, m. = Gewicht des trockenen Fasergutes.

Als Spinnlösungsmittel kommen neben Dimethylformamid auch die noch höher siedenden Lösungsmittel, wie Dimethylacetamid, Dimethylsulfoxid, Ethylencarbonat und N-Methylpyrrolidon, und ähnliche bei der Herstellung von Acrylfasern mit modifizierten Faserquerschnitten in Frage.

Die erfindungsgemäßen Fasern können je nach Spinnlösungsdurchsatz und Abzugsbedingungen Einzeltiter im verstreckten Zustand von 1 bis 40 dtex aufweisen.

Le A 20 550

» b i· * ■? 1 ·* » 9¹V

- ΑΛ -

Beispiel 1

59 kg Dimethylformamid (DMF) werden mit 3 kg Wasser in einem Kessel bei Raumtemperatur unter Rühren vermischt. Anschließend werden 38 kg eines Acrylnitrilcopolymerisates aus 93,6 % Acrylnitril, 5,7 % Acrylsäuremethylester und 0,7 % Natriummethallylsulfonat vom K-Wert 81 unter Rühren bei Raumtemperatur zudosiert. Die Sus¹-pension wird über eine .Zahnradpumpe in einen mit einem Rührwerk versehenen Spinnkessel gepumpt. Dann wird die

10 " Suspension, die einen Feststoffgehalt von 38 Gew.-%

und einen Wassergehalt von 3 Gew.-%, bezogen auf Gesamtlösung, aufweist, in einem doppelwandigen Rohr mit Dampf von 4,0 bar erhitzt. Die Verweilzeit im Rohr beträgt 7 Minuten. Die Temperatur der Lösung am Rohr-

15 ausgang ist 138°C. Im Rohr befinden sich mehrere

Mischkämme zur Homogenisierung der Spinnlösung. Die Spinnlösung, welche eine Viskosität von 176 Kugelfallsekunden bei 80⁰C aufweist, wird nach Verlassen der Aufheizvorrichtung ohne Zwischenkühlung filtriert

20 und direkt dem Spinnschacht zugeführt.

Die Spinnlösung wird aus einer 90-Lochdüse mit hexalobalen Düsenlöchern (vgl. Fig. 1) trocken versponnen. Die Düsenlochflache beträgt 0,0696 (mm)² und die Schenkelbreite 0,04 mm. Die Schachttemperatur liegt bei 16O⁰C und die Lufttemperatur beträgt 150⁰C. Die durchgesetzte Luftmenge ist 30m³/Stunde. Die Abzugsgeschwindigkeit liegt bei 275 m/Min. Das Spinngut vom Titer 750 dtex wird auf Spulen gesammelt und zu

Le A 20 550

ORlGi_NAL

einem Band vom Gesamttiter 187 000 dtex gefacht. Das Faserkabel wird anschließend in kochendem Wasser 1:4-fach verstreckt und auf übliche Weise zu Fasern vom Einzelendtiter 2,6 dtex nachbehandelt. Zur mikroskopischen Beurteilung der Querschnittsgeometrie werden die Faserkapillaren in Methacrylsäuremethylester eingebettet und quergeschnitten. Die im differentiellen Interferenzkontrastverfahren hergestellten lichtmikroskopischen Aufnahmen zeigen, daß die Probenquer-

10 schnitte eine vollkommen gleichmäßige hexalobale

Struktur besitzen. Die Reißfestigkeit beträgt 2,9 cN/dtex und die Reißdehnung ist 27 %.

In der folgenden Tabelle I wird die Herstellung weiterer modifizierter Faserquerschnittsformen angegeben, wie sie beim Trockenspinnen aus profilierten Düsen nach dem ■ erfindungsgemäßen Verfahren erhalten werden. In allen Fällen wird ein Acrylnitrilcopolymerisat mit der chemischen Zusammensetzung und Konzentration von Beispiel 1 verwendet. Die Spinnlösung wird wie dort beschrieben hergestellt und aus den in Tabelle 1 angegebenen profilierten Düsen zu Fasern versponnen und anschließend nachbehandelt. Es wurde jeweils aus 90-Lochdüsen gesponnen. Die Fadenquerschnittsgeometrie wird wie in Beispiel 1 angeführt bestimmt und mit

25 lichtmikroskopischen Aufnahmen belegt.

Le A 20 550

Ir¹ (O

Tabelle I

Ul O

Nr. Düsenlochform ptisenloch- Schenkel- Figur

fläche breite Nr.

(mm) (mm)

Oktalobal

Paserquerschnittsstruktur

Konturenschärfe

0,269

2	Oktalobal	0,106
3	Pentalobal	0,090
4	Pentalobal	0,045
5	Rechteck	0,105
6	Rechteck	0,204
7	Trilobal	-0,030
8	Dreieck	0,034

0,10

0,04 0,08 0,04 0,14 0,17

-0,04 0,14 undefinierbare bizarre Gebilde

oktalobal

pentalobal

rechteckförmig

Undefinierte Formen

trilobal

triangulär

keine einheitliche Quer- · schnittsform

in Ordnung in Ordnung in Ordnung in Ordnung

keine einheitliche Querschnitssform

in Ordnung in Ordnung

E

Beispiel 2

Ein Acrylnitrilcopolymerisat mit der chemischen Zusammensetzung von Beispiel 1 mit K-Wert 81 wird, wie dort beschrieben, gelöst, filtriert und aus einer

5 90-Lochdüse mit trilobalen Düsenlöchern (vgl.

Fig. 8) trocken versponnen. Die Düsenlochflache beträgt 0,03 (mm)² und die Schenkelbreite ist 0,04 mm. Die Schachttemperatur liegt bei 150⁰C und die Lufttemperatur beträgt 15O⁰C. Die durchgesetzte Luftmenge ist 30 m³/h. Die Abzugsgeschwindigkeit liegt bei 125 m/Min, Das Spinngut vom Titer 1500 dtex wird auf Spulen gesammelt, zu einem Band vom Gesami-titer 150 000 dtex gefacht und, wie in Beispiel 1 beschrieben, zu Fasern vom Endtiter 5,0 dtex nachbehandelt. Die Probenquerschnitte der Fasern zeigen ein vollkommen gleichmäßiges trilobales Querschnittsprofil. Faserfestigkeit 3,0 cN/dtex. Reißdehnung = 24 %.

In der folgenden Tabelle II werden anhand weiterer Beispiele die Grenzen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung querschnittsmodifizierter Acrylfasern nach dem Trockenspinnverfahren aufgezeigt. In allen Fällen wird wieder ein Acrylnitrilcopolymerisat mit der chemischen Zusammensetzung von Beispiel 1 verwendet und in eine Spinnlösung, wie dort beschrieben, überführt. Variiert werden die Feststoffkonzentration sowie die Art und der prozentuale Anteil des Nichtlösers für PAN. Gesponnen wird aus einer der oben beschriebenen 90-Lochdüse mit trilobalen Düsenlöchern (vgl. Fig. 8).

Le A 20 550

" ff-

Die Spinn- und Nachbehandlungsbedingungen entsprechen den Angaben aus Beispiel 2. Die Viskositäten werden, wie eingangs beschrieben, in Kugelfallsekunden bei 8O⁰C gemessen.

Le A 20 550

ORIGINAL INSPECTED

Tabelle II

Nr.	Visk.	■Nichtlöser für PÄN	Chem. Zusairmensetz der Spinnlösur PÄN !Nichtlöser	3	rung % ig DMF	Faserquer schnitt	Konturen- scharfe	1
1	61	Wasser	34	3	63	Hantelform	keine trilo- bale Faser	keine tri- lobale Faser in Ordnung
2	73	11	35	3	63	Hantel + Bohne	dto.	in Ordnung
3	120	11	36	3	61	trilobal	in Ordnung
4	176	11	38	3	59	Il	Il Il
5	243	Il	40	4	57	Il	Il Il
6	75	Il	35	5	61	Hantel + Bohne	keine trilo- bale Faser
7	79	11	35	4	60	Hantel + Bohne	dto.
8	124	Il	36	10	60	trilobal	in Ordnung
9	105	Il	30	4 4	60	kein Spinner möglich - Zerplatzen der Fäden
10 11	106 127	Butanol Il	35 36	4	61 60	Hantel + Bohne trilobal
12	233	Il	38	58

Ie A 20 550

Beispiel 3

51 kg DMF werden mit 4 kg Wasser in einem Kessel unter Rühren vermischt. Anschließend werden 45 kg eines Acrylnitrilcopolymerisates aus 92 % Acrylnitril, 6 % Acrylsäuremethylester und 2 % Natriummethallylsulfat vom K-Wert 60 unte.r Rühren bei Raumtemperatur zudosiert. Die Suspension, die eine Feststoffkonzentration von 45 % aufweist, wird, wie in Beispiel 1 beschrieben, gelöst, filtriert und aus einer 90-Lochdüse mit hexalobalen Düsenlöchern (vgl. Fig. 1) trocken versponnen. Die Viskosität der Spinnlösung beträgt 142 Kugelfallsekunden bei 80⁰C. Die Düsenlochflache beträgt wieder 0,0696 mm² und die Schenkelbreite ist 0,04 mm. Die weiteren Spinn- und Nachbehandlungsbedingungen entsprechen den Ausführungen von Beispiel 1. Die Probenquerschnitte der Fasern, die einen Endtiter von 3,1 dtex aufweisen, zeigen ein vollkommen gleichmäßiges hexalobales Querschnittsprofil. Faserfestigkeit = . 2,7 cN/dtex; Reißfestigkeit: 31 %.

20 Beispiel 4

67 kg Dimethylformamid werden mit 3 kg Wasser in einem Kessel unter Rühren vermischt. Anschließend werden 30 kg eines Acrylnitrilhomopolymerisates vom K-Wert nach Fikentscher unter Rühren bei Raumtemperatur zudosiert. Die Suspension, die eine Feststoffkonzentration von 30 % aufweist, wird wieder, wie in Beispiel 1 beschrieben, gelöst, filtriert und aus einer 90-Lochdüse

Le A 20 550

ORIGINAL INSPECTED

mit trilobalen Düsenlöchern (vgl. Fig. 8) trocken versponnen. Die Viskosität gemessen bei 80⁰C war 138 Kugelfallsekunden. Die Düsenlochflache beträgt 0,03 mm² und die Schenkelbreite 0,04 mm. Die weiteren Spinn- und Nachbehandlungsbedingungen entsprechen den Darlegungen von Beispiel 1. Die Probenquerschnitte der Fasern, die einen Endtiter von 2,0 dtex aufweisen, zeigen ein vollkommen gleichmäßiges trilobales Querschnittsprofil. Faserfestigkeit = 2,6 cN/dtex; Reiß-

10 dehnung = 19 %.

Beispiel 5

57 kg Dimethylformamid (DMF) werden mit 6 kg Monoethylenglykol in einem Kessel bei Raumtemperatur unter Rühren vermischt. Anschließend werden 37 kg eines Acrylnitril-■ copolymerisates aus 9 3,6 % Acrylnitril, 5,7 % Acrylsäuremethylester und 0,7 % Natriummethallylsulfonat vom K-Wert 81 unter Rühren bei Raumtemperatur zudosiert. Die Suspension wird über eine Zahnradpumpe in einem mit einem Rührwerk versehenen Spinnkessel gepumpt. Dann wird die Suspension, die einen Feststoffgehalt von 37 Gew.-% und einen Nichtlösergehalt von 6 Gew.-%, bezogen auf Gesamtlösung aufweist, in einem doppelwandigen Rohr mit Dampf von 4,0 bar erhitzt. Die Verweilzeit im Rohr beträgt 7 Minuten. Die Temperatur der Lösung am Rohrausgang ist 138⁰C. Im Rohr befinden sich mehrere Mischkämme zur Homogenisierung der Spinnlösung. Die Spinnlösung, welche eine Viskosität von 186 Kugelfallsekunden bei 100⁰C aufweist, wird nach Verlassen der Aufheizvorrichtung ohne Zwischenkühlung filtriert

30 und direkt dem Spinnschacht zugeführt.

Le A 20 550

OUHUO / U

Die Spinnlösung wird aus einer 90-Lochdüse mit hexalobalen Düsenlöchern (vgl. Fig. 1) trocken versponnen. Die Düsenlochflache beträgt 0,0696 (mm)² und die Schenkelbreite 0,04 ram. Die Schachttemperatur liegt

5 bei 160⁰C und die Lufttemperatur beträgt 100⁰C. Die

durchgesetzte Luftmenge ist 30 m³/Stunde. Die Abzugsgeschwindigkeit liegt bei 350 m/Min. Das Spinngut vom Titer 475 dtex wird auf Spulen gesammelt und zu einem Band vom Gesamttiter 142 500 dtex gefacht. Das Faser- ■ kabel wird anschließend in kochendem Wasser 1:4-fach vertreckt, gewaschen, bei 110⁰C getrocknet und auf übliche Weise zu Fasern vom Endtiter 1.6 dtex nachbehandelt. Zur mikroskopischen Beurteilung der Querschnittsgeometrie werden die Faserkapillaren in Methacrylsäure- methylester eingebettet und quergeschnitten. Die im differentiellen Interferenzkontrastverfahren herge-.stellten lichtmikroskopischen Aufnahmen zeigen, daß· die Probenquerschnitte eine vollkommen gleichmäßige hexalobale Kern/Mantelstruktur aufweisende Form besitzen.

Die Reißfestigkeit beträgt 2,6 cN/dtex und die Reißdehnung ist 34 %. Der Anteil der Mantelfläche liegt bei ca. 80 %. Das Wasserrückhaltevermögen beträgt 12,6 %.

In der folgenden Tabelle III wird *^ldie Herstellung weiterer, modifizierter Faserquerschnittsformen angegeben, wie sie beim Trockenspinnen aus profilierten Düsen nach dem erfindungsgemäßen.Verfahren erhalten werden. In allen Fällen wird ein Acrylnitrilcopolymerisat mit der chemischen Zusammensetzung und Konzentration von Beispiel 5

Le A 20 550

ORIGINAL INSPECTED

verwendet. Die Spinnlösung wird wie dort beschrieben hergestellt und aus den in Tabelle III angegebenen profilierten Düsen zu Fasern versponnen und anschließend nachbehandelt. Es wurde jeweils aus 90-Lochdüsen gesponnen. Die Fadenquerschnittsgeometrie wurde, wie in Beispiel 1 angeführt, bestimmt und mit lichtmikroskopischen Aufnahmen belegt.

Le A 20 550

l-l	Tabelle III	Düsenlochform	Düsenloch- flache . (itm)²	Schenkel breite (im)	WR	-	Fig. Nr.	Faserquerschnitts struktur	Kbnturen- schärfe	• * β * C ·< * f · τ, η r « £ i
,e A 20 55	Nr.	Oktalobal	0,269	0,10		r·	2	Undefinierte bizarre Gebilde	keine einheitliche Querschnittsform
O	1	Oktalobal	0,106	0,04		3	oktalobal	in Ordnung
	2	Pentalcbal	0,090	0,08		4	pentalcbal	in Ordnung
	3	Pentalcbal	0,045	0,04		• 5	pentalcbal	in Ordnung
	4	Rechteck	0,105	0,14		6	rechteckförmig	in Ordnung
	5	Rechteck	0,204	0,17		7	Undefinierte Formen	keine einheitliche ι Querschnittsform <y> J
	6	Trilobal	0,030	0,04		8	trilobal	in Ordnung _t~**
	7	Dreieck	P/034 ,	0,14		9	triangulär	In Ordnung
	8

Beispiel 6

55 kg Dimethylformamid werden mit 7 kg Tetraethylenglykol in einem-Kessel unter Rühren vermischt. Anschließend werden 38 kg eines Acrylnitrilcopolymerisates mit der chemischen Zusammensetzung von Beispiel 5 mit K-Wert 81 unter Rühren bei Raumtemperatur zudosiert. Die Suspension, die eine Feststoffkonzentration von 38 % aufweist, wird wieder, wie in Beispiel 5 beschrieben, gelöst, filtriert und aus einer 90-Lochdüse mit trilobalen Düsenlöchern (vgl. Fig. 8) trocken versponnen. Die Viskosität der Spinnlösung gemessen bei 100⁰C beträgt 152 Kugelfallsekunden. Die Düsenlochflache beträgt 0,03 mm² und die Schenkelbreite ist 0,04 mm. Die Schachttemperatur liegt bei 160⁰C und die Lufttemperatur beträgt 150⁰C. Die durchgesetzte Luftmenge ist 30m³/h. Die Abzugsgeschwindigkeit liegt bei 250 m/Min. Das Spinngut vom Titer 2100 dtex wird auf Spulen gesammelt, zu einem Band vom Gesamttiter 210 000 dtex gefacht und wie in Beispiel 5 beschrieben zu Fasern vom Endtiter 6,7 dtex nachbehandelt. Die Probenquerschnitte der Fasern, die wiederum eine Kern/Mantelstruktur besitzen, zeigen ein vollkommen gleichmäßiges trilobales Querschnittsprofil. Faserfestigkeit 2,4 cN/dtex; Reißdehnung: 34 %; Wasserrückhaltevermögen: 15,2 %.

in der folgenden Tabelle IV werden anhand weiterer Beispiele die Grenzen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung querschnittsmodifizierter Acrylfasern nach dem Trockenspinnverfahren aufgezeigt. In allen Fällen

Le A 20 550

ν « β * * w

- 24 -

wird wieder ein Acrylnitrilcopolymerisat mit der chemischen Zusammensetzung von Beispiel 5 verwendet und in eine Spinnlösung, wie dort beschrieben, überführt, Variiert werden die Feststoffkonzentration sowie die Art und der prozentuale Anteil des Nichtlösers .für PAN. Gesponnen wurde aus einer 90-Lochdüse mit trilobalen Düsenlöchern (vgl. Fig. 8). Die Spinn- und Nachbehandlungsbedingungen entsprechen den Angaben aus Beispiel 2. Die Viskosität in Kugefallsekunden wird

10 bei 100⁰C bestimmt.

Le A 20 550

ORiGiNAL

Tabelle iv

Ul Ul O

Nr.	Viskosiät	Nichtlöser für PAN	Chem. (%) d PAN	Zusammenset er Spinnlös Nichtlöser	zung ung DMF	Faserquerschnitt	nfasserrück- tialtevermö- gen %	Konturenschärfe
1	58	Tetraethy- lenglykol	34	7	59	oval bis unregel mäßig	20,3	keine trilobale Faser
2	72	Il	35	7	58	Il	18,4	Il
3	100	Il	36	7	57	trilobal	18,1	in Ordnung
4	123	Il	37	7	56	Il	16,7	Il
5	184	Il	36	10	54	Il	31,4	Il
6	55	Il	35	3	62	oval bis unregel mäßig	7,4	keine trilobale Faser .
7	48	Il	34	4	62	Il	9,7	■1
8	50	»	34	5	61	Il	13,2	II
9	61	Il	34	6	60	Il	13,3	Il
10	70	Monoethy- lenglykol	34	5	61	Il	14,1	Il
11	156	Il	36	8	56	trilobal	18,4	in Ordnung
12	168	Glycerin	36	8	56	■ι	19,0	Il

-.36 -

Beispiel 7

50 kg DMP werden mit 5 kg Glycerin in einem Kessel unter Rühren vermischt. Anschließend werden 45 kg eines Acrylnitrilcopolymerisates aus 92 % Acrylnitril, 6 % Acrylsäuremethylester und 2 % Natriummethallylsulfonat vom K-Wert 60 unter Rühren bei Raumtemperatur zudosiert. Die Suspension, die eine Feststoffkonzentration von 45 % aufweist, wird, wie in Beispiel 5 beschrieben, gelöst, filtriert und aus einer 90-Lochdüse mit hexalobalen

10 Düsenlöchern (vgl. Fig. 1) trocken versponnen. Die Viskosität der Spinnlösung beträgt 104 Kugelfallsekunden gemessen bei 100⁰C. Die Düsenlochflache beträgt wieder 0,0696 mm² und die Schenkelbreite ist 0,04 mm. Die weiteren Spinn- und Nachbehandlungs-

bedingungen entsprechen den Ausführungen von Beispiel Die Probenquerschnitte der Fasern, die einen Endtiter von 3,1 dtex aufweisen, zeigen ein vollkommen gleich-, mäßiges hexalobales Querschnittsprofil mit Kern/Mantelstruktur. Faserfestigkeit = 2,7 cN/dtex; Reißdehnung:

20 31 %. Wasserrückhaltevermögen: 10,2 %.

Beispiel 8

Ein Teil der Spinnlösung aus Beispiel 5 wird nach der Filtration einem anderen Spinnschacht zugeführt und aus einer 90-Lochdüse mit hexalobalen Düsenlöchern (vgl. Fig. 1) trocken versponnen. Die Schachttemperatur liegt bei 220⁰C und die Lufttemperatur beträgt 36O⁰C. Die durchgesetzte Luftmenge ist 40 m³/ Stunde. Die Abzugsgeschwindigkeit liegt bei 125 m/Min.

Le A 20 550

ORIGINAL IWSPgGTED

Das Spinngut vom Titer 1770 dtex wird auf Spulen gesammelt, zu einem Band vom Gesamttiter 177 000 dtex gefacht und anschließend, wie in Beispiel 5 beschrieben, zu Fasern vom Endtiter 6,7 dtex nachbehandelt. Die Probenquerschnitte der Fasern zeigen ein vollkommen gleichmäßiges hexalobales Querschnittsprofil. Sie besitzen jedoch keine Kern/Mantelstruktur mehr, da der größte Teil des Nichtlösungsmittels im Spinnschacht ausgedampft wird. D&'s Wasserrückhaltevermögen beträgt

10 4,3 %. ·..

Beispiel 9

Ein Teil des Faserkabels aus Beispiel 5 vom Gesamttiter 142 500 dtex wurde, wie dort beschrieben, verstreckt und gewaschen, anschließend jedoch bei 180⁰C in einem Trommeltrockner unter Zulassung von 20 % Schrumpf getrocknet und auf übliche Weise zu Fasern vom Endtiter 1,6 dtex nachbehandelt. Die Probenquerschnitte der Fasern zeigen ein vollkommen gleichmäßig hexalobales Querschnittsprofil. Sie besitzen jedoch keine Kern/ Mantelstruktur mehr, da das Porensystem durch die verschärften Trocknungsbedingungen eliminiert worden ist. Das Wasserrückhaltevermögen liegt bei 3,9 %.

Le A 20 550

Claims

Patentansprüche

1. Trockengesponnene Acrylnitrilfasern und -fäden mit einem scharfen Querschnittsprofil.

2. Trockengesponnene Acrylnitrilfasern und -fäden nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Dreiecks-, Ypsilon-Kreuz-, Pentalobal-, Hexalobal-, Octalobal- oder Rechteck-Form als Querschnittsprofil.

3. Trockengesponnene Acrylnitrilfasern und -fäden gemäß Anspruch 1 mit einem Einzeltiter im ver-

10 streckten Zustand von 1 bis 40 dtex.

4. Verfahren zur Herstellung von Acrylnitrilfasern und -fäden mit einem scharfen Querschnittsprofil, dadurch gekennzeichnet, daß man die fadenbildenden synthetischen Polymeren nach einem Trockenspinnprozeß aus einer Lösung verspinnt, die eine Viskosität von mindestens 120 Kugelfallsekunden, gemessen bei 80⁰C oder von mindestens 75 Kugelfallsekunden, gemessen bei 100⁰C, aufweist, wobei die Düsenlochflache der Profildüse kleiner als 0,2 mm² und die

20 Schenkelbreite kleiner als 0,17 mm ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenlochflache kleiner als 0,1 mm² ist und die Schenkelbreite 0,02 - 0,06 mm beträgt.

Le A 20 550

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Querschnittsprofil der Fäden und Fasern Dreiecks-, Ypsilon-, Kreuz-, Pentalobal-, Hexalobal-, Octalobal- oder Rechteck-Form hat.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spinnlösungen einen Nichtlöser für das Polymer, der mit dem Spinnlösungsmittel in weiten Grenzen mischbar ist, enthalten.

8. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Nichtlöser Wasser, Glyzerin, Monoethylenglykol, Tetraethylenglykol oder Zucker eingesetzt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Viskosität der Spinnlösung, gemessen bei 80⁰C, 120-300 Kugelfallsekunden und gemessen bei 100⁰C 75 - 300 Kugelfallsekunden beträgt.

Le A 20 550

ORIGINAL INSPECTED