DD204953A1 - Verfahren zur herstellung von polyacrylnitrilfaserstoffen mit verbesserten textilphysikalischen eigenschaften - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polyacrylnitralfaserstoffen mit verbesserten textilphysikalischen Eigenschaften.Ziel und Aufgabe ist es, eine hohe Gleichmaessigkeit der textilphysikalischen Eigenschaften aller Einzelkapillaren zu erreichen bei einem Minimum an aufzuwendender Energie und Ausruestungen beim Trocknungsprozess. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe geloest, wenn die Trocknung des Faserkabels, das nach an sich bekannter Nassspinntechnologie hergestellt wurde, zunaechst im Siebtrommeltrockner nach dem Durchlueftungsprinzip so unvollstaendig durchgefuehrt wird, dass noch das Verhaeltnis DF durch SD = 1 gilt, wobei D tief F = Dampfdruck des feuchten Fasergutes und S tief D = Saettigungsdruck des Dampfes bei der herrschenden Temperatur bedeuten und anschliessend zur Kompaktierung eine Schockbehandlung auf beheizten rotierenden Metalloberflaechen erfolgt. Der Restfeuchtegehalt des nach dem Durchlueftungsprinzip unvollstaendig getrockneten Kabels sinkt von einem Feuchtegehalt von 3 bis 30 % auf einen Restgehalt von 0,1 bis 1,5 %.

Description

Titel_n der_ Erfindung

Verfahren zur Herstellung von Polyacrylnitrilfaserstoffen mit verbesserten textilphysikalischen Eigenschaften

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Pasern, Fäden und ähnlichen Artikeln aus Acrylnitrilcopolymerisaten mit einer verbesserten Gleichmäßigkeit der textilphysikalischen Eigenschaften, die besonders zur Herstellung hochwertiger Erzeugnisse geeignet sind.

Gharakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zur Herstellung textilverarbeitbarer Acrylnitrilcopolymerisatfaserstoffe sind eine Vielzahl von Verfahren bekannt· Heben der Zusammensetzung der Acrylnitrilcopolymeren und der Strukturprägung während des ErSpinnens kommt insbesondere der Fixierung der Faserendstruktur durch entsprechende nachbehandelnde Verfahren eine entscheidende Bedeutung zu.

Insbesondere der Trocknungsvorgang spielt zur Prägung erwünschter Verarbeitungs- und Gebrauchseigenschaften eine bedeutende Rolle.

Zur möglichst energiearmen Gestaltung des Trocknungsvorganges durch Vermeidung einer allzu großen Wasserverdampfung bei der !Trocknung werden die Kapillarscharen mehr oder •weniger vollständig z. B· durch Abquetschen vom Kapillarnasser befreit, bevor sie in die Trocknungseinrichtung eingeführt werden» Der Rest des Kapiliarvsassers und das sogenannte Quellwasser müssen durch den Trocknungsprozeß entfernt werden. Die Dauer dieses Prozesses hängt entscheidend vom Energieangebot und Trocknungsprinzip ab.

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Ziel des Trocknungsprozesses ist ea, dem zu trocknenden Fasermaterial die v/ichtigen Funktionseigenschaften, die für die spätere Verarbeitung und den Gebrauchewert der Fertigerzeugnisse notwendig sindjfür alle Einzelkapillaren möglichst gleichmäßig zu erteilen» Die bekannten Trocknungs» verfahren, wie Gleichstrom-, Gegenstrom-, Querstrom- bzvj. Kontaktprinzip und die dazu verwendeten Trocknungseinrichtungen haben den Nachteil, daß die textilphysikalischen Eigenschaften der einzelnen Fasern, aus denen der kabeiförmige Faserverband besteht, keine genügende Gleichmäßigkeit aufweisen und diese Verfahren zum Teil auch unwirtschaftlich sind (Chern, Process. Eng. 52 (1971) 3 45-48)* Aus der Literatur sind kontinuierliche Verfahren zur Herstellung schrumpfarmer synthetischer Faserstoffe bekannt. Die Trocknung des Fasermaterials erfolgt kontinuierlich und spannungsarm nach dem Siebtrommeltrocknerprinzip (DD WP 65 004).. Dieses Verfahren hat den Uachteil, daß sich in der Praxis über die Kabellänge und -breite unterschiedlich verteilt Bereiche ausbilden, in denen unterschiedliche Verhältnisse des Dampfdrucks des feuchten Gutes zum Sättigungsdruck des Dampfes bei der jeweiligen Temperatur bestehen, d. h. es treten Zonen auf, in denen das Trocknergut die Temperatur der es umgebenden Luft annimmt und wiederum Zonen, in denen noch eine Wasserverdampfung vonstatten geht. Dadurch kommt es zu erheblichen Unterschieden in der Strukturausbildung über Kabellänge und -breite und damit zu nicht erwünschten Streuungen der textilphysikalischen Eigenschaften der einzelnen Kapillaren, wie z. B, Schwankungen der Krumpfung, des Farbstoffaufnahmeveniiögens und der Festigkeit. Aus diesen Qualitätsmängeln resultieren markante Nachteile für die Weiterverarbeitung in der Textilindustrie,

Weitere bekannte Verfahren zur Verbesserung der Qualität von Polyacrylnitrilfaserstoffen beruhen auf einer sich an die Trocknungsstufe anschließenden Wasserdampfbehandlung

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(US - PS 3 101 245, DE - OS 2 100 705). Teilweise wird der Wasserdampfbehandlung eine weitere Trocknungsstufe nachgeschaltet.

Biese Verfahren haben den lachteil, daß sie energieaufwendig und technologisch schwer beherrschbar sind und daher Fasern mit unregelmäßigen Eigenschaften ergeben. Sie erfordern darüber hinaus eine weitgehende Austrocknung der Faser vor der Dampfbehandlung«

Die Verwendung eines Kalanders zur Herstellung von Acrylnitrilfaserstoffen mit erhöhtem Heißluftschrumpf wurde be» reits vorgeschlagen. Die Bedeutung dieser Erfindung liegt in der Erzielung eines hohen HeißluftSchrumpfes bei solchen Polyacrylnitrilfaserstoffen, die nur für ganz spezielle Verwendungszwecke zum Einsatz kommen. Der nachgeschaltete Kalander dient hierbei als Aufheiz- und Hachreckaggregat, -wobei dem Walzenwerk schon unter Spannung ausgetrocknete Faserkabel zugeführt werden. Der erfinderische Gedanke war nicht auf das Verfahren zur Verbesserung der textilphysikalischen Eigenschaften von Polyacrylnitrilfaserstoffen übertragbar und nicht naheliegend. Bisher war keine Lösung bekannt, nach der die von der weiterverarbeitenden, Industrie geforderte Gleichmäßigkeit der textilphysikalisehen Werte für eine breite Titerpalette auf einfache Weise erreicht werden konnte.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, das Trocknungsverfahren für Acrylnitrilfaserstoffe wirtschaftlich zu gestalten und Erzeugnisse mit hoher Qualität, d. h. mit hoher Gleichmäßigkeit der textilphysikalisehen und koloristischen Eigenschaften aller Kapillaren zur Verfugung zu stellen·

Darlegung; des Wesens d£r_nErfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Trocknung und Kompaktierung naßersponnener gelfeuchter Acrylnitrilcopoly» merfaserstoffe so durchzuführen, daß bei einem Minimum an aufzuwendender Energie und Ausrüstungen die Ausbildung unterschiedlich getrockneter Zonen in den einzelnen Stufen des Trocknungsprozesses vermieden \?ird und Faserstoffe mit hoher Gleichmäßigkeit der textilphysikalisehen, koloristischen und Yerarbeitungseigensehaften entstehen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zunächst nach einer an sich bekannten laßspinntechnologie ein weitestgehend vom Lösungsmittel befreites, verstrecktes, gelfeuchtes Polyacrylnitrilfaserkabel hergestellt wird und mit einem Gelfeuchtegehalt von 80 bis 150 %, bezogen auf das Polymere, in einem nach dem Durchlüftungsprinzip ar« beitenden Siebtrommeltrockner unvollständig auf einen Feuchtegehalt von 2 bis 30 %, vorzugsweise 5 bis 20 %, getrocknet und anschließend einer Kontakthitzebehandlung auf beheizten, vorzugsweise rotierenden Metalloberflächen unterworfen wird, wobei der Feuchtegehalt des Faserkabels auf 0,1 bis 2,0 % absinkt. Überraschenderweise vrarde hierbei gefunden, daß ein bislang nicht bekannter enger Toleranzbereich der textilphysikalisehen und koloristischen Eigenschaften der erhaltenen Acrylnitrilcopolymerisatfäden eintritt, Yjenn der Trocknungsprozeß im Siebtrommeltrockner unmittelbar vor Erreichen des Zustandes, in dem noch das Verhältnis D™ gilt, wobei

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Dp - Dampfdruck des feuchten Fasergutes und Sp = Sättigungsdruck des Dampfes bei der herrschenden Temperatur bedeuten, abgebrochen isird und sich eine Schockbehandlung zur Kontaktierung auf beheizten, 140 bis 200 ⁰G heißen Metalloberflächen anschließt. Die unvoll-

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ständige Trocknung nach dem Durchlüftungsprinzip und die Kontakthitzebehandlung können sowohl ein- als auch mehrstufig erfolgen» Die Durchlüftungstrocknung erfolgt bei Verweilzeiten yon 30 bis 300 Sekunden, vorzugsweise bei 60 bis 180 Sekunden und Trocknertemperaturen von IO5 bis 200 G. Die anschließende Kontakthitzebehandlung wird auf beheizten, vorteilha'fterweise rotierenden Metalloberflächen, bei Temperaturen zwischen I40 bis 200 ⁰G durchgeführt. Zur Beheizung sind alle an sich bekannten Wärmeträger bzw« Techniken anwendbar. Die Breite des Faserkabels ist so einzustellen, daß eine dünnlagige und möglichst gleichmäßige Auflage des Kabels auf der Kontaktfläche erreicht wird.

Die Länge der Kontaktfläche ist so auszuwählen, daß unter den konkreten Bedingungen der Kabelstärke, der Geschwindigkeit, sowie der angewendeten Oberflächentemperatur, die geforderten Restfeuchten erreicht werden, ohne daß eine Verschlechterung anderer Fasereigenschaften, z. B. des Weißgrades eintritt. Der Titer der zu behandelnden Äcrylnitrilcopolymerfaserstoffe ist in weiten Grenzen, z. B. zwischen 0,05 und 30 tex, variierbar. Der überraschend gefundene Effekt, der durch die Kontakthitzebehandlung von nach dem Durchlüftungsprinzip unvollständig getrockneten Polyacrylnitrilfaserstoffen erreicht wird, zeigt sich in einer erheblichen Vergleichmäßigung und Verbesserung der textilphysikalischen und koloristischen Eigenschaften, die die textile Weiterverarbeitung erheblich begünstigen und zu qualitativ hochwertigen Finalerzeugnissen führen. Entsprechend dem mittels Durchlüftungsprinzip erreichten Trocknungsgrad von 2 bis 30 %_t vorzugsweise von 5 bis 20 % Restfeuchte, sind die einzelnen Kapillaren des Faserkabel Verbandes noch nicht vollständig, aber sehr gleichmäßig kompaktiert. Sie weisen noch eine gewisse Porosität auf, die sich in relativ hohen Werten des Wasserrückhalte-Vermögens und der Phenolsorptionszahl ausdrückt.

Überraschenderweise ist die verbleibende Restfeuchte nach dem abgebrochenen Trocknungsprozeß ausreichend, um unter Kontakthitzebedingungen gemäß vorliegender Erfindung die Ausbildung sehr gleichmäßigerStrukturen^ djr^einzelnen Kapillaren zu bewirken·

Ausführun^sbeispiele

Beispiel 1

Eine Lösung eines Acrylnitrilcopolymeren in Dimethylformamid ^% mit einem Polymergehalt von 23,2 Iasse%, mit einer Zusammensetzung von 93 Massel Acrylnitril, 6 Massel Acrylsäuremethylester und 1 Masse% des Batriumsalzes der Allylsulfönsäure wurde durch 134 000 Lochdüsen in ein aus 53»5 Massel Dimethylformamid und 46,5 Massel Wasser zusammengesetztes Bad von 18 ⁰C zu Fäden mit einem Einzeltiter von 0,14 tex versponnen. Die mit einer Geschwindigkeit von 8,7 m/min von den Düsen abgezogenen Elementarfädeη wurden zu einem Kabel zusammengefaßt und in einem aus gleichen Teilen Dimethylformamid und Wasser bestehenden 102 ⁰C heißen Bad im Verhältnis 1 : 5,2 verstreckt, anschließend gewaschen, und·-in einem v/eiteren Bad bei 99 ⁰C um das 1,45-fache verstreckt. Danach wurde das KabeJL.mit üblicher Präparation ausgerüstet und mit einer Geschwindigkeit von 68 m/min und einem Feuchtegehalt von 128 % einem Siebtrommeltrockner zugeführt. Die Trocknertemperaturen lagen in der Mittelzone bei 158 ⁰C. Mit einer Geschwindigkeit von 52 m/min verließ das Kabel den Trockner, wobei die Restfeuchte 11,2 % betrug. Das Kabel.wurde dann mit Hilfe eines beheizten Abzugswerkes einem aus 4 rotierenden Walzen bestehenden System zur Kontakthitzebehandlung zugeführt. Die Oberflächentemperatur der Walzen betrug 160 ⁰C, die Restfeuchte des Faserkabels lag nach der Kompaktierung bei 0,8 SS.

Zur Charakterisierung der erfindungsgemäßen Vorteile werden die Spannweiten (minimaler und maximaler Grenzwert) einiger

wesentlicher Kennwerte einer traditionell getrockneten der erfindungsgemäß "behandelten Polyacrylnitrilfaser gegenübergestellt.

Tabelle 1

200

205

.Kennwerte

Paser entsprechend Beispiel 1

Normale Acrylfaser

Feinheit /tex/ 0,128-0,151 0,112-0,213

Schrumpf ßj 1,3 ·- 3,1 0,8 - 6,8

Festigkeit /mS/tex/ 311 - 390 270 - 420

Schlingenfestigkeit /mN/tex7 140 - 180 150 - 210 Dehnung £"%J ^2Q - 34 24 38

Beispiel 2

Eine Lösung entsprechend Äusführungsbeispiel 1 "wurde durch Spinndüsen mit 1500 Loch in ein aus 55 % Dimethylformamid und 45 % Wasser zusammengesetztes Bad von 15 C zu Fäden mit einem Einzelfadentiter von 15 tex versponnen. Die mit einer Geschwindigkeit von 8 m/min von der Düse abgezogene Elementarfadenschar wurde zusammengefaßt und in einem aus gleichen Teilen Dimethylformamid und Wasser bestehenden. 98 ⁰C heißen Bad im Verhältnis 1 : 4,75 verstreckt, anschließend nahezu lösungsmittelfrei gewaschen und in einem weiteren < 2 Massel Dimethylformamid enthaltenden 100 ⁰G heißen Bad um 26 % verstreckt.

Das auf übliche Art präparierte Elementarfadenkabel wurde mit einer Geschwindigkeit von 48 m/min und einem Feuchtegehalt von 126 % einem nach dem Durchlüftungsprinzip arbeitenden Siebtrommeltrockner zugeführt, wobei die Trocknungstemperaturen in der Mittelzone 162 ⁰C betrugen. Das Elementarfadenkabel wurde mit einer Geschwindigkeit von 36 m/min und einer Feuchte von 12,4 % aus dem Trockner abgezogen und

dem sich anschließenden beheiztem Walzensystem, das eine Oberflächentemperatur von 162 C besaß, zugeführt. Uach der Kontaktierung hatte das Kabel eine Restfeuchte von 1,2 %, In Tabelle 2 wurden die wichtigsten textilphysikalisehen Kennwerte der erfindungsgemäß behandelten einer normal getrockneten Paser gegenübergestellt.

Tabelle 2

Kennwerte Faser entspre- normale

chend Beispiel 2 Acrylfaser

Feinheit /tex7 12,4 - 16,8 10,6 - 19,8

Festigkeit /mS/texf. 15,3 - 17,0 10,1 - 16,4

Schlingenfestigkeit /mN/tex7 44 - 69 32 - 74 Schrumpf £~%J 3 - 6 3,2-12 Dehnung £"%J . 32,8 - 36 2 6 - 37

Beispiel 3

24Ο Eine Lösung eines Acrylnitrilcopolymeren in Dimethylformamid mit einem Polymergehalt von 24 Masse%, einer Zusammensetzung von 68,5 Massel Acrylnitril, 30 Massel Vinylidenchlorid und 1,5 Massel des latriumsalzes der Allylsulfonsäure wurde durch Düsen mit 16 000 Loch in ein aus 40 Masse% Dimethylformamid und 60 Massel Wasser zusammengesetztes Fällbad zu Fäden mit einem Sinzelfadentiter von 1,1 tex und einer Düsenabzugsgesciraindigkeit von 7,0 m/min ersponnen. Die so erhaltene • Elementarfadenschar wurde in einem 40 Massel Dimethylformamid enthaltenden und 100 ⁰G heißen Bad auf das 4,75fache verstreckt, anschließend nahezu lo'sungsmittelfrei gewaschen und in einem weiteren Bad von 98 ⁰C um das 1,27fache gereckt und danach mit üblicher Badpräparation versehen. Die Zuführung zum Siebtrommeltrockner erfolgte mit einer Geschwindigkeit von 42 m/min. In der Mittelzone des Trockenaggregates lag eine

Temperatur von I63 °C vor. Mt einer Geschwindigkeit von 32,4 m/min verließ die Elementarfadenschar den (Trockner und wurde mit dieser Geschwindigkeit und einer Restfeuchte von 10,8 % dem beheizten, rotierenden Walzensystem, das eine Oberflächentemperatur von 158 ⁰C hatte, zugeführt. Nach der Kompaktierung besaß das Material eine Feuchtigkeit von 1,1 %.

(Tabelle 3 gibt in einer Gegenüberstellung textilphysikalischer Kennwerte die erfinderischen Vorteile wieder.

Tabelle 3

Kennwerte Paser entspre- Normale

chend Beispiel 3 Modacrylfaser

Festigkeit £äi/tex7 240 - 280 210 - 278

Feinheit /tex7 1,024 - 1,164 0,928 - 1,326

Schiingenfestigkeit /mE/tex? 94-118 76-136

Schrumpf £~%J 0,9-3,2 1,8-6,1 Dehnung C%J 33-38 30-41

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Claims (4)

1. Erfindungsanspruch

   1. Verfahren zur Herstellung von Polyacrylnitrilfaserstoffen mit verbesserten textilphysikalisehen Eigenschaften mit mindestens 50 Gew.% Acrylnitril und bis zu 50 Gew.% einer oder mehrerer mit Acrylnitril copolymer!sierbarer bekannter Verbindungen durch Verspinnung in lösungsmittelhaltige wäßrige Koagulationsbäder mit anschließender ein- oder mehrstufiger Reckung, Waschen, Präparieren und Abquetschen der Fäden bis auf einen Restfeuchtegehalt von 80 bis 150 %, dadurch gekennzeichnet, daß der Trocknungsprozeß in einem nach dem Durchlüftungsprinzip arbeitenden Siebtrommeltrockner unmittelbar vor Erreichen des Zustandes, in dem noch das Verhältnis ^DF
   —=— = 1 gilt, wobei D₁₅, = Dampfdruck des feuchten Faser-

   ³D

   gutes und S^ = Sättigungsdruck des Dampfes bei der herrschenden Temperatur bedeuten, bei einem Peuchtegehalt von 2 bis 30 % unterbrochen wird und anschließend einer Kontakthitzebehandlung auf beheizten Metalloberflächen erfolgt, wobei der Restfeuchtegehalt auf Werte zwischen 0,1 bis 2,0%absinkt.
2. 2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturen im Siebtrommeltrockner zwischen 105 ⁰G bis 200 ⁰G liegen und die Verweilzeiten 30 bis 300 Sekunden, vorzugsweise 60 bis 180 Sekunden, betragen.
3. 3. Verfahren nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Restfeuchtegehalt vorzugsweise zwischen 5 bis 20 % liegt.
4. 4. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturen der beheizten, vorzugsweise rotierenden Metalloberflächen bei der Kontakthitzebehandlung 140 bis 200 ⁰G betragen.