EP0019870B1 - Filaments and fibres of acrylonitrile copolymer blends, and process for manufacturing them - Google Patents
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Classifications
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- 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
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- Y10S525/00—Synthetic resins or natural rubbers -- part of the class 520 series
- Y10S525/931—Blend of stated incompatibility
Definitions
- the invention relates to flame-retardant acrylic threads and fibers which, in addition to high shrinkage, in particular have low brittleness, and processes for their production.
- the thread-forming substance of these threads and fibers consists of a mixture of different acrylonitrile copolymers which do not form a homogeneous solution in the aprotic solvents used for spinning, but also do not separate.
- fibers which e.g. consist of a polymer with 60% acrylonitrile and 40% vinyl chloride, have a shrinkage of more than 30% and also have good knot strength.
- the major disadvantage of these fibers made from such copolymers is that they have a temperature resistance that is too low and that the shrinkage values are very dependent on the treatment temperature. If such threads are shrunk out, for example, by treatment in boiling water, a subsequent heat treatment leads to further severe shrinkage even at slightly higher temperatures. At temperatures around 150 ° C, the shrinkage is generally so great that a fiber structure can no longer be recognized. For example, it is impossible to use such threads or fibers for the manufacture of carpets because they do not survive the temperatures necessary for the application of the back coating.
- the properties of the threads and fibers obtained in this way can approach those of polyacrylonitrile threads.
- Such threads can again have a higher softening temperature and lower sensitivity to solvents, for example, but their shrinkage values are also low.
- German Offenlegungsschrift 2,340,463 describes non-flammable fibers made from two acrylonitrile-vinylidene chloride copolymers which, however, have only a slight shrinkage.
- threads which, according to German Offenlegungsschrift 1,669,566, consist of a thread-forming polymer mixture, preferably more than 90% of this mixture consisting of polyacrylonitrile and less than 10% of polyvinyl chloride or a corresponding copolymer. Threads and fibers are also obtained here that show only low shrinkage values.
- threads and fibers with such a broad spectrum of properties can be produced if at least two acrylonitrile copolymers of different compositions, at least one of which contains halogen, are spun together from a solution, the polymers in the solvents used being incompatible with one another.
- the thread-forming substance of these threads and fibers consists of a mixture of 20-70% by weight of an acrylonitrile copolymer A, which consists of at least 80% by weight of acrylonitrile units and 0.3-20% by weight of other units copolymerizable with acrylonitrile is built up and 80-30 wt .-% of an acrylonitrile copolymer B, 50-75 wt .-% of acrylonitrile units, 25-45 wt .-% of vinyl chloride and / or vinylidene chloride units and 0-5 wt .-% is composed of other units copolymerizable with acrylonitrile.
- the threads and fibers according to the invention are distinguished by a high boiling shrinkage of 20% and more and a knot strength of more than 10 cN / tex.
- the thread-forming substance is non-homogeneously soluble in N, N-dimethylformamide as a 24% by weight solution.
- Threads and fibers in which the mixture of copolymers A and B is in a weight ratio of 40:60 to 60:40 are preferred.
- the threads and fibers according to the invention preferably have a boiling shrinkage of more than 30% and a knot strength of more than 12 or even more than 15 cN / tex.
- a particularly favorable property of the threads and fibers according to the invention is that the shrinkage value shows only a slight dependence on the shrinking temperature. If, for example, the threads or fibers according to the invention, shrinkage is triggered by a temperature treatment with saturated steam at 110 ° C, the threads, however, in a subsequent further processing stage, temperatures of e.g. Exposed to 120 or 140 ° C, the additional shrinkage caused by the higher temperature above the release temperature is very low. In contrast, fibers made from a homogeneous copolymer with a comparable halogen content show strongly increasing shrinkage values at such a temperature increase, which can lead to the complete dissolution of the fiber structure.
- the acrylonitrile copolymers A and B are said to be composed of acrylonitrile units and, in the case of the copolymer B, additionally of vinyl chloride and / or vinylidene chloride units and furthermore have other units copolymerizable with acrylonitrile.
- suitable comonomers of acrylonitrile are: acrylic, ⁇ -chloroacrylic and methacrylic acid or their esters or amides, for. B. methyl methacrylate, acrylic acid methyl ester, acrylamide, methacrylonitrile, vinyl ketones such as e.g. Methyl vinyl ketone and vinyl carboxylates such as e.g.
- Vinyl acetate other compounds containing the vinyl group such as e.g. Vinylsulfonic acid, allyl- and methallylsulfonic acid, ethylene-a, ß-dicarboxylic acids and their anhydrides or derivatives, styrenes, vinyl-substituted tertiary heterocyclic amines such as vinylpyridines and vinylimidazoles and vinylhalogen compounds such as vinyl chloride, vinylidene chloride, vinyl bromide etc.
- vinylsulfonic acid allyl- and methallylsulfonic acid
- ethylene-a ß-dicarboxylic acids and their anhydrides or derivatives
- styrenes vinyl-substituted tertiary heterocyclic amines
- vinylpyridines vinylpyridines
- vinylimidazoles vinylhalogen compounds
- vinyl chloride vinylidene chloride
- Non-homogeneously soluble means the incompatibility of the copolymers used in the mixture. This incompatibility of the polymers can already be seen with the naked eye from the cloudiness of the corresponding solutions. A quantitative statement regarding the grading of the incompatibility of different copolymers is only possible with the help of spectrophotometric methods.
- the spinning process required for the production of the threads and fibers according to the invention differs significantly from the previously known processes for the production of high-shrinkage fibers from polyacrylonitrile or corresponding copolymers. It has been found that the high-shrinkage threads according to the invention do not require steam fixation before or after drying, as described, for example, in German Offenlegungsschrift 2,532,120 in their manufacture. This significantly simplifies the manufacturing process.
- This process which is new for shrink threads and fibers, essentially consists of the following work steps.
- Two copolymers of acrylonitrile A and B which are incompatible in solution are mixed in the desired ratio.
- This mixture is in an aprotic solvent, preferably in dimethylformamide or dimethylacetamide, in a stirred kettle Spinning solution of usual concentration dissolved. Usual concentrations of such spinning solutions are generally above 20% by weight; in the examples below, 24% by weight solutions were used.
- the spinning solution can also be prepared from the mixture of the copolymers by first dissolving the individual copolymers separately, then mixing this solution with the aid of a dynamic or static mixer to give the desired combination.
- a solution prepared in this way is pressed through spinnerets after the usual degassing and safety filtration with the aid of a spinning pump. It is advisable to warm the spinning solution to elevated temperatures before spinning. Depending on the spinning process used, the thread formation then takes place either by diffusion of a portion of the solvent molecules into the surrounding gas space during the dry spinning process or into the aqueous precipitation bath, which usually also contains a higher percentage of the solvent used in addition to water.
- the freshly spun threads which usually still contain a relatively large percentage of the polymer solvent, are subjected to wet drawing after solidification in the spinning bath or in the heating shaft in the dry spinning process.
- the hiding place which preferably also contains large amounts of solvent in addition to water, should have a temperature of 40--9O 0 C.
- the threads are drawn in a ratio of 1: 1 to 1: 2.5, preferably 1: 1.2 to 1: 1.7. This stretching is followed by the usual washing and finishing of the threads with surface-active agents, the so-called finish. It is advantageous to allow the threads to shrink slightly during this washing and finishing treatment. A shrinkage of up to 15% has proven to be advantageous.
- the threads are dried at temperatures below 150 ° C., preferably without further shrinkage, and then subjected to post-stretching from 1: 1.2 to 1: 4, preferably 1: 1.5 to 1: 2.3, under the action of a heating unit stretched.
- the total stretching ie the effect of the wet stretching and the post-stretching together, should be in the range from 1: 1.5 to 1: 4, preferably 1: 2 to 1: 3.
- the post-stretching takes place without the action of steam on the dried threads.
- the use of so-called contact heating sections has proven particularly advantageous.
- the heater temperature should be between 120 and 180 ° C, preferably 130 to 150 ° C.
- the threads and fibers treated in this way can then be subjected to customary further treatment steps, such as e.g. mechanical crimping, cutting into staple fibers, etc.
- the threads or fibers obtained are flame-retardant due to their halogen content. They are characterized by high shrinkage, very low brittleness and very good temperature resistance. Fibers according to the invention, when mixed with normal shrinking fibers, give yarns which can have a particularly high bulk. The flame-retardant effect of the high-shrinkage fibers according to the invention are retained in the case of fiber mixtures in particular if the non-shrinking fibers of this mixture are also correspondingly flame-retardant.
- the subsequent post-stretching was carried out in a ratio of 1: 1.8.
- the cable was in Brought into contact with a heater that had a surface temperature of 135 ° C.
- the individual filaments of the cable were then crimped in a known manner and then cut into staple fibers.
- Fibers of Example 6 were spun into a yarn and processed into a woven carpet with a pile weight of 850 g / m 2 . Such a carpet was tested for flammability in accordance with DIN 54332. The measured values obtained are summarized in Table 3 below.
- a carpet made of this material meets the requirements of the DIN standard, it is flame retardant.
- a 24% spinning solution in dimethylformamide of copolymers a and b was prepared in a ratio of 1: 1 and through a spinneret with 300 holes, hole diameter 80 pm into a precipitation bath with 51% dimethylformamide and 49% water injected.
- the temperature of the precipitation bath was 70 ° C.
- the threads were drawn from the precipitation bath at a speed of 13.5 m / min and drawn in a drawing bath with 64% dimethylformamide and 36% water. Then washed in water with partial approval of shrinkage, finished, dried on godets and stretched on a contact heater.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft flammhemmende Acrylfäden und -fasern, die neben hohem Schrumpf insbesondere eine geringe Sprödigkeit aufweisen sowie Verfahren zu ihrer Herstellung. Die fadenbildende Substanz dieser Fäden und Fasern besteht dabei aus einer Mischung verschiedener Acrylnitrilcopolymerer, die in den zur Verspinnung eingesetzten aprotischen Lösungsmitteln keine homogene Lösung bilden, sich aber auch nicht entmischen.The invention relates to flame-retardant acrylic threads and fibers which, in addition to high shrinkage, in particular have low brittleness, and processes for their production. The thread-forming substance of these threads and fibers consists of a mixture of different acrylonitrile copolymers which do not form a homogeneous solution in the aprotic solvents used for spinning, but also do not separate.
Es ist bekannt, Acrylfasern mit hohen Schrumpfwerten herzustellen. In der deutschen Offenlegungsschrift 2 532 120 wird beispielsweise ein solches Verfahren beschrieben. Derartige Hochschrumpffäden können danach durch eine Stattdampffixierung der noch nicht verstreckten Spinnfäden und eine anschliessende Verstreckung um den Faktor 1:3,5 bis 1:5,0 erhalten werden. So hergestellte Hochschrumpffasern weisen jedoch eine grosse Sprödigkeit auf, die zu erheblichen Schwierigkeiten bei der Weiterverarbeitung der Fasern und damit zu einer verminderten Gebrauchstüchtigkeit führt. Diese Acrylfasern weisen darüber hinaus keine flammhemmenden Eigenschaften auf.It is known to produce acrylic fibers with high shrinkage values. Such a method is described, for example, in German Offenlegungsschrift 2 532 120. Such high shrinkage threads can then be obtained by fixing the non-stretched spun threads instead of steam and then stretching them by a factor of 1: 3.5 to 1: 5.0. However, high-shrinkage fibers produced in this way have a high degree of brittleness, which leads to considerable difficulties in the further processing of the fibers and thus to a reduced usability. In addition, these acrylic fibers have no flame-retardant properties.
Es ist weiterhin bekannt, dass Fäden aus Copolymeren des Acrylnitrils mit steigendem Gehalt an Vinylchlorid- oder Vinylidenchlorid-Bausteinen stark zunehmende Schrumpfwerte aufweisen. Da derartige Comonomerbestandteile den Fäden und Fasern flammhemmende Eigenschaften verleihen können, hat es nicht an Versuchen gefehlt, die Gebrauchstüchtigkeit der Fasern aus derartigen Copolymerisaten zu verbessern.It is also known that threads made from copolymers of acrylonitrile have a sharply increasing shrinkage value with increasing content of vinyl chloride or vinylidene chloride building blocks. Since such comonomer constituents can impart flame-retardant properties to the threads and fibers, there has been no lack of attempts to improve the usability of the fibers from such copolymers.
Beispielsweise sind Fasern bekannt, die z.B. aus einem Polymer mit 60% Acrylnitril und 40% Vinylchlorid bestehen, einen Schrumpf von mehr als 30% aufweisen und auch eine gute Knotenfestigkeit besitzen. Der grosse Nachteil dieser Fasern aus derartigen Copolymeren besteht jedoch darin, dass sie eine zu geringe Temperaturbeständigkeit aufweisen, sowie eine sehr starke Abhängigkeit der Schrumpfwerte von der Behandlungstemperatur. Werden derartige Fäden beispielsweise durch Behandlung in kochendem Wasser ausgeschrumpft, so führt eine spätere Temperaturbehandlung bereits bei geringfügig höheren Temperaturen zu einer weiteren starken Schrumpfung. Bei Temperaturen um 150°C ist die Schrumpfung im allgemeinen so gross, dass eine Faserstruktur nicht mehr erkannt werden kann. Es ist beispielsweise unmöglich, derartige Fäden oder Fasern für die Herstellung von Teppichen zu benutzen, da sie die Temperaturen, die für die Ausführung der Rückenbeschichtung notwendig sind, nicht überstehen.For example, fibers are known which e.g. consist of a polymer with 60% acrylonitrile and 40% vinyl chloride, have a shrinkage of more than 30% and also have good knot strength. The major disadvantage of these fibers made from such copolymers, however, is that they have a temperature resistance that is too low and that the shrinkage values are very dependent on the treatment temperature. If such threads are shrunk out, for example, by treatment in boiling water, a subsequent heat treatment leads to further severe shrinkage even at slightly higher temperatures. At temperatures around 150 ° C, the shrinkage is generally so great that a fiber structure can no longer be recognized. For example, it is impossible to use such threads or fibers for the manufacture of carpets because they do not survive the temperatures necessary for the application of the back coating.
Eine Verbesserung der textiltechnologischen Gebrauchstüchtigkeit derartiger Fäden aus Acrylnitril-vinylchlorid/Vinylidenchlorid-Copolymeren ist möglich durch den Einsatz von Mischungen verschiedener Acrylnitrilcopolymerisate, bei denen die eine Komponente weitgehend aus Polyacrylnitril und die andere Komponente überwiegend aus Polyvinylchlorid oder Polyvinylidenchlorid besteht. Durch den Einsatz derartiger Mischungen ist es möglich, die Nachteile von Fäden aus Acrylnitril-Vinylhalogenid-Copolymeren, wie z.B. Klebetemperaturen unter 150°C, geringe Thermostabilität, Empfindlichkeit gegenüber gebräuchlichen Lösungsmitteln usw. zu verringern. Bei diesem Einsatz von Mischungen verschiedener Copolymerisate zur Herstellung von Acrylfasern wird gleichzeitig beobachtet, dass die Schrumpfneigung derartiger Fasern deutlich reduziert ist.It is possible to improve the usability of such threads made of acrylonitrile-vinyl chloride / vinylidene chloride copolymers in terms of textile technology by using mixtures of different acrylonitrile copolymers in which one component consists largely of polyacrylonitrile and the other component predominantly consists of polyvinyl chloride or polyvinylidene chloride. By using such mixtures it is possible to overcome the disadvantages of threads made from acrylonitrile-vinyl halide copolymers, e.g. Reduce adhesive temperatures below 150 ° C, low thermal stability, sensitivity to common solvents, etc. When using mixtures of different copolymers for the production of acrylic fibers, it is observed at the same time that the tendency of such fibers to shrink is significantly reduced.
Bei der Herstellung von Spinnlösungen aus verschiedenartigen Acrylnitrilcopolymerisaten tritt jedoch eine weitere Schwierigkeit auf, die als Unverträglichkeit der Copolymeren bezeichnet wird. Werden nämlich beispielsweise die verschiedenen Copolymeren einzeln in Dimethylformamid gelöst, so tritt bei Durchmischung der beiden Copolymerspinnlösungen häufig eine Trübung oder sogar Entmischung auf. Es bestend lange die Ansicht, dass eine derartige Unverträglichkeit der Copolymerisate in der Spinnlösung auch nachteilige Folgen für die Qualität daraus erzeugter Fäden und Fasern haben müsste. Der Literatur kann eine ganze Reihe von Vorschlägen entnommen werden, wie diese Unverträglichkeit beispielsweise durch Zusatz lösungsvermitteinder Copolymerisate (deutsche Auslegungsschrift 1 279 889), durch Einsatz von Pfropfpolymerisaten (US-Patentschrift 2 763 631) oder durch Auswahl bestimmter Mischungsbereiche ausgewählter Copolymerzusammensetzungen sowie durch besondere Gestaltung der Polymerisationsbedingungen (deutsche Auslegungsschrift 1 569153) wieder aufgehoben werden kann.Another problem arises in the production of spinning solutions from various types of acrylonitrile copolymers, which is referred to as the incompatibility of the copolymers. For example, if the various copolymers are individually dissolved in dimethylformamide, turbidity or even segregation often occurs when the two copolymer spinning solutions are mixed. It was long held that such an incompatibility of the copolymers in the spinning solution should also have negative consequences for the quality of the threads and fibers produced therefrom. A whole series of proposals can be found in the literature, such as this incompatibility, for example by adding solvent-containing copolymers (German design specification 1,279,889), by using graft polymers (US Pat. No. 2,763,631) or by selecting certain mixing ranges of selected copolymer compositions and by special design the polymerization conditions (German design specification 1 569153) can be lifted again.
Die so erhaltenen Fäden und Fasern können bei geeigneter Auswahl der Copolymeren und der Mischungsverhältnisse sich in ihren Eigenschaften denen von Polyacrylnitrilfäden nähern. Derartige Fäden können beispielsweise wieder eine höhere Erweichungstemperatur und geringere Lösungsmittelempfindlichkeit aufweisen, aber auch ihre Schrumpfwerte sind gering.With a suitable selection of the copolymers and the mixing ratios, the properties of the threads and fibers obtained in this way can approach those of polyacrylonitrile threads. Such threads can again have a higher softening temperature and lower sensitivity to solvents, for example, but their shrinkage values are also low.
In den letzten Jahren wurde erkannt, dass es auch möglich ist, miteinander unverträgliche Acrylnitrilcopolymerisate aus Lösungen zu verspinnen. So werden beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift 2 340 463 nichtentflammbare Fasern aus zwei Acrylnitril-Vinylidenchlorid-Copolymerisaten beschrieben, die jedoch nur einen geringen Schrumpf aufweisen. Das gleiche gilt auch für Fäden, die gemäss der deutschen Offenlegungsschrift 1 669 566 aus einer fadenbildenden Polymermischung bestehen, wobei vorzugsweise mehr als 90% dieser Mischung aus Polyacrylnitril und weniger als 10% aus Polyvinylchlorid oder einem entsprechenden Copolymer bestehen. Auch hier werden Fäden und Fasern erhalten, die nur geringe Schrumpfwerte zeigen.In recent years it has been recognized that it is also possible to spin acrylonitrile copolymers that are incompatible with one another from solutions. For example, German Offenlegungsschrift 2,340,463 describes non-flammable fibers made from two acrylonitrile-vinylidene chloride copolymers which, however, have only a slight shrinkage. The same also applies to threads which, according to German Offenlegungsschrift 1,669,566, consist of a thread-forming polymer mixture, preferably more than 90% of this mixture consisting of polyacrylonitrile and less than 10% of polyvinyl chloride or a corresponding copolymer. Threads and fibers are also obtained here that show only low shrinkage values.
Es bestand also nach wie vor die Aufgabe, flammhemmende Fäden und Fasern aus Acrylnitrilcopolymeren herzustellen, die sich durch einen hohen Schrumpf bei geringer Sprödigkeit auszeichnen und die ausserdem oberhalb der schrumpfauslösenden Temperatur über einen grösseren Temperaturbereich von z. B. 140-190 °C hinweg, keinen wesentlichen zusätzlichen Schrumpf mehr aufweisen und zur Herstellung schwerentflammbarer Artikel geeignet sind.So there was still the task of producing flame retardant threads and fibers from acrylonitrile copolymers, which are characterized by high shrinkage with low brittleness and which also above the triggering temperature over a larger temperature range of z. B. 140-190 ° C away, have no significant additional shrinkage and are suitable for the production of flame-retardant articles.
Überraschend wurde gefunden, dass man Fäden und Fasern mit einem derart breiten Eigenschaftsspektrum herstellen kann, wenn man wenigstens zwei Acrylnitrilcopolymere unterschiedlicher Zusammensetzung, von denen mindestens eines Halogen enthält, miteinander aus einer Lösung vorspinnt, wobei die Polymeren in den angewandten Lösungsmitteln nicht miteinander verträglich sind. Die fadenbildende Substanz dieser Fäden und Fasern besteht aus einer Mischung aus 20-70 Gew.-% eines Acrylnitrilcopolymers A, das zu wenigstens 80 Gew.-% aus Acrylnitrileinheiten und zu 0,3-20 Gew.-% aus anderen mit Acrylnitril copolymerisierbaren Einheiten aufgebaut ist und 80-30 Gew.-% eines Acrylnitrilcopolymers B, das zu 50-75 Gew.-% aus Acrylnitrileinheiten, zu 25-45 Gew.-% aus Vinylchlorid- und/oder Vinylidenchlorideinheiten und zu 0-5 Gew.-% aus anderen mit Acrylnitril copolymerisierbaren Einheiten aufgebaut ist. Die erfindungsgemässen Fäden und Fasern zeichnen sich durch einen hohen Kochschrumpf von 20% und mehr und eine Knotenfestigkeit von mehr als 10 cN/tex aus. Die fadenbildende Substanz ist in N,N-Dimethylformamid als 24gewichtsprozentige Lösung nichthomogen löslich.Surprisingly, it has been found that threads and fibers with such a broad spectrum of properties can be produced if at least two acrylonitrile copolymers of different compositions, at least one of which contains halogen, are spun together from a solution, the polymers in the solvents used being incompatible with one another. The thread-forming substance of these threads and fibers consists of a mixture of 20-70% by weight of an acrylonitrile copolymer A, which consists of at least 80% by weight of acrylonitrile units and 0.3-20% by weight of other units copolymerizable with acrylonitrile is built up and 80-30 wt .-% of an acrylonitrile copolymer B, 50-75 wt .-% of acrylonitrile units, 25-45 wt .-% of vinyl chloride and / or vinylidene chloride units and 0-5 wt .-% is composed of other units copolymerizable with acrylonitrile. The threads and fibers according to the invention are distinguished by a high boiling shrinkage of 20% and more and a knot strength of more than 10 cN / tex. The thread-forming substance is non-homogeneously soluble in N, N-dimethylformamide as a 24% by weight solution.
Bevorzugt werden Fäden und Fasern, bei denen die Mischung der Copolymeren A und B im Gewichtsverhältnis 40:60 bis 60:40 steht.Threads and fibers in which the mixture of copolymers A and B is in a weight ratio of 40:60 to 60:40 are preferred.
Vorzugsweise weisen die erfindungsgemässen Fäden und Fasern einen Kochschrumpf von mehr als 30% und eine Knotenfestigkeit von mehr als 12 oder sogar mehr als 15 cN/tex auf. Eine besonders güngstige Eigenschaft der erfindungsgemässen Fäden und Fasern besteht darin, dass der Schrumpfwert nur eine geringe Abhängigkeit von der Schrumpftemperatur zeigt. Wird bei den erfindungsgemässen Fäden oder Fasern beispielsweise der Schrumpf durch eine Temperaturbehandlung mit Sattdampf bei 110°C ausgelöst, die Fäden jedoch in einer nachfolgenden Weiterverarbeitungsstufe Temperaturen von z.B. 120 oder 140°C ausgesetzt, so ist der zusätzliche Schrumpf, der durch die höhere Temperatur über der Auslösungstemperatur verursacht wird, sehr gering. Im Gegensatz dazu zeigen Fasern aus einem homogenen Copolymer mit vergleichbarem Halogengehalt stark zunehmende Schrumpfwerte bei einer solchen Temperatursteigerung, die bis zur völligen Auflösung der Faserstruktur führen können.The threads and fibers according to the invention preferably have a boiling shrinkage of more than 30% and a knot strength of more than 12 or even more than 15 cN / tex. A particularly favorable property of the threads and fibers according to the invention is that the shrinkage value shows only a slight dependence on the shrinking temperature. If, for example, the threads or fibers according to the invention, shrinkage is triggered by a temperature treatment with saturated steam at 110 ° C, the threads, however, in a subsequent further processing stage, temperatures of e.g. Exposed to 120 or 140 ° C, the additional shrinkage caused by the higher temperature above the release temperature is very low. In contrast, fibers made from a homogeneous copolymer with a comparable halogen content show strongly increasing shrinkage values at such a temperature increase, which can lead to the complete dissolution of the fiber structure.
Die Acrylnitrilcopolymeren A und B sollen dabei aus Acrylnitrileinheiten und im Fall des Copolymers B zusätzlich aus Vinylchlorid- und/oder Vinylidenchlorideinheiten aufgebaut sein und weiterhin andere mit Acrylnitril copolymerisierbare Einheiten aufweisen. Als geeignete Comonomere des Acrylnitrils seien hier beispielsweise aufgeführt: Acryl-, a-Chloracryl- und Methacrylsäure bzw. deren Ester oder Amide z. B. Methylmethacrylat, Acrylsäuremethylester, Acrylamid, Methacrylnitril, Vinylketone wie z.B. Methylvinylketon und Vinylcarboxylate wie z.B. Vinylacetat, andere die Vinylgruppe enthaltende Verbindungen wie z.B. Vinylsulfonsäure, Allyl- und Methallylsulfonsäure, Äthylen-a,ß-Dicarbonsäuren und ihre Anhydride oder Derivate, Styrole, vinylsubstituierte tertiäre heterocyclische Amine wie Vinylpyridine und Vinylimidazole sowie Vinylhalogenverbindungen wie Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, Vinylbromid usw.The acrylonitrile copolymers A and B are said to be composed of acrylonitrile units and, in the case of the copolymer B, additionally of vinyl chloride and / or vinylidene chloride units and furthermore have other units copolymerizable with acrylonitrile. Examples of suitable comonomers of acrylonitrile are: acrylic, α-chloroacrylic and methacrylic acid or their esters or amides, for. B. methyl methacrylate, acrylic acid methyl ester, acrylamide, methacrylonitrile, vinyl ketones such as e.g. Methyl vinyl ketone and vinyl carboxylates such as e.g. Vinyl acetate, other compounds containing the vinyl group such as e.g. Vinylsulfonic acid, allyl- and methallylsulfonic acid, ethylene-a, ß-dicarboxylic acids and their anhydrides or derivatives, styrenes, vinyl-substituted tertiary heterocyclic amines such as vinylpyridines and vinylimidazoles and vinylhalogen compounds such as vinyl chloride, vinylidene chloride, vinyl bromide etc.
Bei den anderen mit Acrylnitril copolymerisierbaren Monomeren zur Herstellung des Copolymers B sind definitionsgemäss Vinylchlorid und Vinylidenchlorid in diesem Zusammenhand auszuschliessen.In the case of the other monomers copolymerizable with acrylonitrile for the preparation of the copolymer B, vinyl chloride and vinylidene chloride are by definition to be excluded in this context.
Unter nicht homogen löslich wird die Unverträglichkeit der in Mischung eingesetzten Copolymeren verstanden. Diese Unverträglichkeit der Polymeren ist bereits mit blossem Auge an der Trübung der entsprechenden Lösungen zu erkennen. Eine quantitative Aussage zur Abstufung der Unverträglichkeit verschiedener Copolymerer ist nur mit Hilfe spektralphotometrischer Methoden möglich. Eine geeignete Bestimmungsmethode besteht aus der Herstellung einer 24%igen Lösung 213der Copolymermischung oder der daraus hergestellten Fasern in N,N=Dimethylformamid. Diese Lösung wird in einer 1-cm-Glasküvette mit Hilfe des Spektralphotometers DB-GT der Firma Beckmann gegen Luft vermessen, wobei die Absorption (Messbereich 0 bis 2 A) bei 850 nm ermittelt wird. Entsprechende Messwerte, die nach dieser Messmethode erhalten wurden, werden in den Beispielen genannt. Unter den gewählten Messbedingungen ist eine Unverträglichkeit bzw. eine nicht mehr homogene Lösung in jedem Fall vorhanden, sofern ein Absorptionswert > 0,20 gefunden wird.Non-homogeneously soluble means the incompatibility of the copolymers used in the mixture. This incompatibility of the polymers can already be seen with the naked eye from the cloudiness of the corresponding solutions. A quantitative statement regarding the grading of the incompatibility of different copolymers is only possible with the help of spectrophotometric methods. A suitable method of determination consists in producing a 24% solution 213 of the copolymer mixture or the fibers produced therefrom in N, N = dimethylformamide. This solution is measured against air in a 1 cm glass cuvette using the Beckmann DB-GT spectrophotometer, the absorption (measuring range 0 to 2A) being determined at 850 nm. Corresponding measured values obtained using this measurement method are mentioned in the examples. An incompatibility or a solution that is no longer homogeneous is always present under the selected measurement conditions, provided that an absorption value> 0.20 is found.
Das zur Herstellung der erfindungsgemässen Fäden und Fasern erforderliche Spinnverfahren unterscheidet sich wesentlich von den bisher bekannten Verfahren zur Herstellung von Hochschrumpffasern aus Polyacrylnitril bzw. entsprechenden Copolymeren. Es wurde nämlich gefunden, dass die erfindungsgemässen Hochschrumpffäden bei ihrer Herstellung keiner Dampffixierung vor oder nach der Trocknung, wie sie beispielsweise in der deutschen Offeniegungsschrift 2 532 120 beschrieben wird, bedürfen. Das Herstellverfahren ist dadurch wesentlich vereinfacht.The spinning process required for the production of the threads and fibers according to the invention differs significantly from the previously known processes for the production of high-shrinkage fibers from polyacrylonitrile or corresponding copolymers. It has been found that the high-shrinkage threads according to the invention do not require steam fixation before or after drying, as described, for example, in German Offenlegungsschrift 2,532,120 in their manufacture. This significantly simplifies the manufacturing process.
Dieses für Hochschrumpffäden und Fasern neuartige Verfahren besteht im wesentlichen aus den folgenden Arbeitsschritten. Zwei in Lösung unverträgliche Copolymere des Acrylnitrils A und B werden in dem gewünschten Verhältnis gemischt. Diese Mischung wird in einem aprotischen Lösungsmittel, bevorzugt in Dimethylformamid oder Dimethylacetamid, in einem Rührkessel zu einer Spinnlösung üblicher Konzentration gelöst. Übliche Konzentrationen derartiger Spinnlösungen liegen im allgemeinen über 20 Gew.-%, in den nachfolgenden Beispielen wurden jeweils 24gewichtsprozentige Lösungen eingesetzt. Die Herstellung der Spinnlösung aus der Mischung der Copolymeren kann auch in der Weise erfolgen, dass man die einzelnen Copolymeren zunächst getrennt löst, dann diese Lösung mit Hilfe eines dynamischen oder statischen Mischers zu der gewünschten Kombination vermischt.This process, which is new for shrink threads and fibers, essentially consists of the following work steps. Two copolymers of acrylonitrile A and B which are incompatible in solution are mixed in the desired ratio. This mixture is in an aprotic solvent, preferably in dimethylformamide or dimethylacetamide, in a stirred kettle Spinning solution of usual concentration dissolved. Usual concentrations of such spinning solutions are generally above 20% by weight; in the examples below, 24% by weight solutions were used. The spinning solution can also be prepared from the mixture of the copolymers by first dissolving the individual copolymers separately, then mixing this solution with the aid of a dynamic or static mixer to give the desired combination.
Eine auf diese Weise hergestellte Lösung wird nach der üblichen Entgasung und Sicherheitsfiltration mit Hilfe einer Spinnpumpe durch Spinndüsen gepresst. Es ist dabei zweckmässig, die Spinnlösung vor dem Verspinnen auf erhöhte Temperaturen aufzuwärmen. Die Fadenbildung nach der Düse erfolgt dann je nach benutztem Spinnverfahren entweder durch Diffusion eines Anteils der Lösungsmittelmoleküle in den umgebenden Gasraum beim Trockenspinnverfahren bzw. in das wässrige Fällbad, das üblicherweise neben Wasser auch einen höheren Prozentsatz an dem benutzten Lösungsmittel enthält.A solution prepared in this way is pressed through spinnerets after the usual degassing and safety filtration with the aid of a spinning pump. It is advisable to warm the spinning solution to elevated temperatures before spinning. Depending on the spinning process used, the thread formation then takes place either by diffusion of a portion of the solvent molecules into the surrounding gas space during the dry spinning process or into the aqueous precipitation bath, which usually also contains a higher percentage of the solvent used in addition to water.
Die frischgesponnenen Fäden, die üblicherweise noch einen grösseren Prozentsatz an dem Polymerlösungsmittel enthalten, werden nach der Verfestigung im Spinnbad oder im Heizschacht beim Trockenspinnverfahren, einer Nassverstreckung unterworfen. Das Versteckbad, das vorzugsweise neben Wasser auch grössere Mengen Lösungsmittel enthält, sollte eine Temperatur von 40--9O0C aufweisen. Die Fäden werden darin im Verhältnis 1:1 bis 1:2,5, vorzugsweise 1:1,2 bis 1:1,7 verstreckt. An diese Verstreckung schliesst sich die übliche Wäsche und Ausrüstung der Fäden mit oberflächenaktiven Mittel n, die sogenannte Avivage, an. Es ist dabei von Vorteil, den Fäden während dieser Wasch- und Avivagebehandlung die Möglichkeit zu einer geringen Schrumpfung zu gestatten. Ein Schrumpf bis zu 15% hat sich als vorteilhaft erwiesen. Im Anschluss daran werden die Fäden ohne Zulassung eines weiteren Schrumpfes bei Temperaturen vorzugsweise unter 1500C getrocknet und anschliessend unter Einwirkung eines Heizaggregates einer Nachverstreckung von 1:1,2 bis 1:4, vorzugsweise 1:1,5 bis 1:2,3 verstreckt. Die Gesamtverstreckung, d. h. die Wirkung der Nassverstreckung und der Nachverstreckung zusammen, sollte im Bereich von 1:1,5 bis 1:4, vorzugsweise 1:2 bis 1:3 liegen.The freshly spun threads, which usually still contain a relatively large percentage of the polymer solvent, are subjected to wet drawing after solidification in the spinning bath or in the heating shaft in the dry spinning process. The hiding place, which preferably also contains large amounts of solvent in addition to water, should have a temperature of 40--9O 0 C. The threads are drawn in a ratio of 1: 1 to 1: 2.5, preferably 1: 1.2 to 1: 1.7. This stretching is followed by the usual washing and finishing of the threads with surface-active agents, the so-called finish. It is advantageous to allow the threads to shrink slightly during this washing and finishing treatment. A shrinkage of up to 15% has proven to be advantageous. Subsequently, the threads are dried at temperatures below 150 ° C., preferably without further shrinkage, and then subjected to post-stretching from 1: 1.2 to 1: 4, preferably 1: 1.5 to 1: 2.3, under the action of a heating unit stretched. The total stretching, ie the effect of the wet stretching and the post-stretching together, should be in the range from 1: 1.5 to 1: 4, preferably 1: 2 to 1: 3.
Die Nachverstreckung erfolgt ohne die Einwirkung von Dampf auf die getrockneten Fäden. Besonders vorteilhaft hat sich der Einsatz von sogenannten Kontaktheizstrecken bewährt. Die Heizertemperatur sollte zwischen 120 und 180°C, vorzugsweise 130 bis 150°C liegen.The post-stretching takes place without the action of steam on the dried threads. The use of so-called contact heating sections has proven particularly advantageous. The heater temperature should be between 120 and 180 ° C, preferably 130 to 150 ° C.
Die so behandelten Fäden und Fasern können dann üblichen weiteren Behandlungsschritten unterworfen werden, wie z.B. einer mechanischen Kräuselung, Zerschneiden zu Stapelfasern usw.The threads and fibers treated in this way can then be subjected to customary further treatment steps, such as e.g. mechanical crimping, cutting into staple fibers, etc.
Die erhaltenen Fäden bzw. Fasern sind aufgrund ihres Halogengehaltes flammhemmend. Sie zeichnen sich durch einen hohen Schrumpf, eine sehr geringe Sprödigkeit und eine sehr gute Temperaturbeständigkeit aus. Erfindungsgemässe Fasern ergeben in Mischung mit normalschrumpfenden Fasern Garne, die einen besonders hohen Bausch aufweisen können. Die flammhemmende Wirkung der erfindungsgemässen Hochschrumpffasern bleiben bei Fasermischungen insbesondere dann erhalten, wenn auch die nichtschrumpfenden Fasern dieser Mischung entsprechend flammhemmend sind.The threads or fibers obtained are flame-retardant due to their halogen content. They are characterized by high shrinkage, very low brittleness and very good temperature resistance. Fibers according to the invention, when mixed with normal shrinking fibers, give yarns which can have a particularly high bulk. The flame-retardant effect of the high-shrinkage fibers according to the invention are retained in the case of fiber mixtures in particular if the non-shrinking fibers of this mixture are also correspondingly flame-retardant.
Zur Verdeutlichung der Erfindung sollen die nachfolgend beschriebenen Beispiele dienen. Sofern nicht anders angegeben, beziehen sich Mengen und Prozentangaben auf Gewichtseinheiten.The examples described below are intended to illustrate the invention. Unless otherwise stated, quantities and percentages relate to weight units.
In den nachfolgend beschriebenen Beispielen wurden die folgenden Copolymere eingesetzt.
Diese Copolymerisate wurden einzeln und in Mischungen in N,N-Dimethylformamid bzw. N,N-Dimethylacetamid zu 24%igen Lösungen gelöst. Jede auf diese Weise hergestellte Lösung wurde auf 60 °C aufgeheizt und mit Hilfe einer Spinnpumpe durch eine Spinndüse mit 300 Loch und einem Lochdurchmesser von 80 µm in ein Fällbad gesponnen, das zu 49% aus Wasser und 51% aus Dimethylformamid bestand. Die Temperatur des Koagulierbades betrug 69°C. Das erhaltene Spinnkabel wurde mit 13 m/min von der Düse abgezogen und in einem Verstreckbad im Verhältnis 1:1,45 verstreckt. Die Zusammensetzung des Streckbades betrug 64% Dimethylformamid und 36% Wasser, die Temperatur lag bei 80 °C. Das so verstreckte Kabel wurde anschliessend in weiteren Bädern nach bekannten Verfahren gewaschen und aviviert, bei diesen Verfahren wurde insgesamt ein Schrumpf von 10% zugelassen. Das Kabel wurde anschliessend auf einem Walzentrockner ohne weitere Zulassung eines Schrumpfes bei 135 °C getrocknet.These copolymers were dissolved individually and in mixtures in N, N-dimethylformamide or N, N-dimethylacetamide to form 24% solutions. Each solution prepared in this way was heated to 60 ° C. and spun with the aid of a spinning pump through a spinneret with 300 holes and a hole diameter of 80 μm into a precipitation bath which consisted of 49% water and 51% dimethylformamide. The temperature of the coagulation bath was 69 ° C. The spun tow obtained was withdrawn from the nozzle at 13 m / min and drawn in a drawing bath in a ratio of 1: 1.45. The composition of the draw bath was 64% dimethylformamide and 36% water, the temperature was 80 ° C. The cable stretched in this way was then washed and finished in further baths by known processes, with a total shrinkage of 10% being permitted in these processes. The cable was then dried on a drum dryer without further shrinkage at 135 ° C.
Die anschliessende Nachverstreckung erfolgte im Verhältnis 1:1,8. Das Kabel wurde dabei in Kontakt mit einem Heizer gebracht, der eine Oberflächentemperatur von 135°C aufwies. Hieran anschliessend wurden die Einzelfilamente des Kabels in bekannter Weise stauchgekräuselt und anschliessend zu Stapelfasern zerschnitten.The subsequent post-stretching was carried out in a ratio of 1: 1.8. The cable was in Brought into contact with a heater that had a surface temperature of 135 ° C. The individual filaments of the cable were then crimped in a known manner and then cut into staple fibers.
Die bei den einzelnen Beispielen vorgenommenen Veränderungen sowie die Messwerte an der Spinnlösung und den erzeugten Fäden sind nachfolgend in der Tabelle 2 zusammengefasst worden.The changes made in the individual examples and the measured values on the spinning solution and the threads produced are summarized in Table 2 below.
Wie aus der Tabelle 2 ersichtlich, ist es bei den gewählten Spinnbedingungen möglich, auch aus reinen Copolymeren Fäden zu erzeugen, die hohe Kochschrumpfwerte zeigen. Die Knotenfestigkeit derartiger Fäden liegt jedoch sehr niedrig. Derartige Fäden sind daher nur schlecht verarbeitbar. Bei Einsatz von Mischungen aus Copolymeren, die in Lösung nicht verträglich sind (Absorption der Spinnlösung > 0,2) werden dagegen stets Knotenfestigkeiten gefunden, die grösser als 10 cN/tex und häufig sogar grösser als 12 cN/tex liegen. Bei Einsatz eines Mischungsverhältnisses von 40:60 bis 60:40 können sogar Knotenfestigkeiten von 15 und mehr cN/tex erzielt werden.
Fasern des Beispiels 6 wurden zu einem Garn versponnen und zu einem Webteppich mit 850 g/ m2 Poleinsatzgewicht verarbeitet. Ein derartiger Teppich wurde gemäss DIN 54332 auf Entflammbarkeit geprüft. Die erhaltenen Messwerte sind in der nachfolgenden Tabelle 3 zusammengefasst worden.
Ein Teppich aus diesem Material entspricht den Forderungen der DIN Norm, er ist schwer entflammbar.A carpet made of this material meets the requirements of the DIN standard, it is flame retardant.
In Anlehnung an die Beispiele 1 bis 14 wurde eine 24%ige Spinnlösung in Dimethylformamid der Copolymeren a und b im Verhältnis 1:1 1 hergestellt und durch eine Spinndüse mit 300 Loch, Lochdurchmesser 80 pm in ein Fällbad mit 51 % Dimethylformamid und 49% Wasser eingespritzt. Die Temperatur des Fällbades betrug 70°C. Die Fäden wurden mit einer Geschwindigkeit von 13,5 m/min aus dem Fällbad abgezogen und in einem Streckbad mit 64% Dimethylformamid und 36% Wasser verstreckt. Anschliessend in Wasser unter teilweiser Zulassung von Schrumpf gewaschen, aviviert, auf Galetten getrocknet und auf einem Kontaktheizer verstreckt. Es wurde die Nassverstreckung, die Temperatur des Verstreck-und der Waschbäder, der Nassschrumpf, die Nachverstreckung, die Temperatur des Kontaktheizers bei der Nachverstreckung sowie die Gesamtverstreckung variiert. Die genauen Werte sind in der Tabelle 4 zusammengefasst worden. Diese Tabelle enthält auch die Kochschrumpfwerte der so erhaltenen Fäden sowie in einigen ausgewählten Fällen auch die Knotenfestigkeit dieser Fäden. Die Ergebnisse der Beispiele 16 bis 30 zeigen, dass es bei dem erfindungsgemässen Verfahren sowohl für den Wert der Nassverstrekkung als auch für den der Nachverstreckung einen optimalen Bereich gibt und dass insbesondere die Temperatur des Heizers bei der Nachverstrekkung einen erheblichen Einfluss auf die Grösse des Kochschrumpfs und möglicherweise auch auf die Knotenfestigkeit hat.Based on Examples 1 to 14, a 24% spinning solution in dimethylformamide of copolymers a and b was prepared in a ratio of 1: 1 and through a spinneret with 300 holes, hole diameter 80 pm into a precipitation bath with 51% dimethylformamide and 49% water injected. The temperature of the precipitation bath was 70 ° C. The threads were drawn from the precipitation bath at a speed of 13.5 m / min and drawn in a drawing bath with 64% dimethylformamide and 36% water. Then washed in water with partial approval of shrinkage, finished, dried on godets and stretched on a contact heater. The wet drawing, the temperature of the drawing and washing baths, the wet shrinking, the post-drawing, the temperature of the contact heater during the post-drawing and the total drawing were varied. The exact values are summarized in Table 4. This table also contains the boiling shrinkage values of the threads thus obtained and, in some selected cases, also the knot strength of these threads. The results of Examples 16 to 30 show that there is an optimum range both for the value of the wet stretching and for the post-stretching in the method according to the invention and that in particular the temperature of the heater during the post-stretching has a considerable influence on the size of the cooking shrinkage and possibly also on the knot strength.
Claims (7)
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AT80102876T ATE4553T1 (en) | 1979-06-02 | 1980-05-23 | THREADS AND FIBERS OF ACRYLIC NITRILE COPOLYMER COMPOUNDS AND PROCESS FOR THEIR MANUFACTURE. |
Applications Claiming Priority (2)
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