DD237767A3 - Fadenfoermige gebilde mit hoher elastizitaet und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

Abstract

Fadenfoermige Gebilde mit hoher Elastizitaet und nicht irreversibel miteinander verklebten Elementarfaeden, bestehend aus einer Mischung mindestens eines Urethanpolymers und mindestens eines anderen Zusatz-Polymers, insbesondere eines fadenbildenden Acrylnitrilpolymers, die nach einem Nassspinnverfahren hergestellt werden. Die aus diskreten Einzelkapillaren bestehenden elastomeren Polyfilfaeden zeigen einen ausgepraegten textilfaserartigen Habitus und sind zur Erzeugung von hochwertigen Textilien, Stapelfasern und daraus herstellbaren Folgeprodukten geeignet.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft fadenförmige Gebilde mit hoher; Elastizität für den vorzugsweisen Einsatz im Bekleidungstextilsektor und in technischen Textilien, insbesondere für die Herstellung von leichten Textilien mit ausgeprägtem textilfaserartigem Habitus.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Kautschuk, Synthesekautschuk, Block-copolyetherester oder Polyurethane sind bekannte stoffliche Grundlagen für die Herstellung von Elastomerfäden. Durch den Übergang von Gummifaden zum gesponnenen Polyurethanfaden wurden Elastomerfäden mit niedrigeren Titern und stärker textilem Habitus zugänglich. Die überwiegend verwendeten Polyurethanelastomerfäden werden aus aromatischen Polyurethanen überwiegend nach dem Trockenspinnverfahren hergestellt, wobei die Einzelkapillaren der Fäden untrennbar miteinander verklebt werden; es entstehen praktisch Quasi-Monofilamente, die nur in Einsatzbereichen, wo sie zur Substitution von Gummifaden oder als umwundene Fäden verwendet werden, den an sie gestellten Forderungen vollauf gerecht werden. Ähnliche verklebte Polyurethanelastomerfäden werden ebenfalls nach den meisten Naßspinnverfahren erhalten. Die Endabzugsgeschwindigkeiten erreichen bei der Herstellung bis zu 50 m/min. In neuerer Zeit gewinnen leichte, elastische Gewebe, Gewirke oder Gestricke für leichte Ober- und Unterbekleidungen, Freizeit- und Sportbekleidung immer mehr an Bedeutung. Zum anderen ist ein deutlicher Trend zu naturfaserähnlicher Optik bei den Bekleidungstextilien nicht zu verkennen. Diesen Forderungen wurde durch Verfeinerung des Gesamtfadentiters der Elastomerfäden zwar entgegenkommen, jedoch ist man, durch die zwangsläufig mit den bisher genannten Herstellungsverfahren verbundene Verklebung der Fadenkapillaren zu einem Quasi-Monofilament, in der praktisch erreichbaren Feinheit durch den jeweiligen Gesamttiter der Quasi-Monofilamente begrenzt, wobei gleichzeitig von Nachteil ist, daß die gewünschten textlien Eigenschaften derfeintitrigen Elementarfäden verloren gehen. Polyfile Polyurethanfäden wären zwar durch eine technisch und ökonomisch aufwendige nachträgliche Fachung von Monofilamenten oder Quasi-Monofilamenten (entsprechener Fadenfeinheit) zugänglich, dabei wären aber einer weitergehenden Absenkung des Gesamttiters bei Naßspinnprozessen sowohl aus technologischen Gründen als auch aus technisch-ökonomischer Sicht, z. B. der resultierenden Spinnstellenleistung, Grenzen gesetzt. Auswege aus dieser Problematik werden in der DE-OS 1669473, wonach Polyurethanlösungen in Fällbäder versponnen werden, die hauptsächlich aus einer oder mehreren Verbindungen der Gruppe Methanol, Ethanol, Propanol, Butanol bestehen und in der GB-PS 1156194 beschrieben, wo als Fäilbäderdie gleichen Verbindungen oder solche mit 4 bis 50 C-Atomen der Gruppen aliphatische Alkohole, Aldehyde, Ketone, Nitrile, Amide, Amine, Sulfonsäureester, Ureide, Urethane oder halogenierte Kohlenwasserstoffe eingesetzt werden, wodurch nicht verklebte, sogenannte multifile Fäden erhalten werden sollen.

Des weiteren wird in der GB-PS 1112646 und DE-OS 1494652 ein Verfahren beschrieben, wonach den Polyurethanspinnlösungen 10 bis 90 Ma.-% Polyvinylalkohol zugesetzt werden, war eine Herabsetzung der Klebrigkeit der Fäden bewirkt. Beim Naßspinnverfahren muß die so modifizierte Spinnlösung in einen Alkohol, Keton oder aromatischen Kohlenwasserstoff enthaltendes Fällbad versponnen und durch Nachbehandlung mit warmen Waser der Polyvinylalkohol aus den ersponnenen Fäden, die wahrscheinlich nicht miteinander verklebt sind, wieder herausgelöst werden. Nachteilig ist bei all den genannten Naßspinnverfahen, die zu nicht verklebten multifilen Polyurethanelastomerfäden führen, die Verwendung von (meist leichtflüchtigen) organischen Fällmedien. Das erfordert neben den erhöhten Kosten für die in den Fällbädern eingesetzten Verbindungen zusätzliche Ausrüstungen der Spinnanlagen (häufig in explosionsgeschützter Bauart), spezielle Aggregate (z.T. wiederum in explosionsgeschützter Ausführung) für die Nachbehandlungsstufen, wie z. B. Trockner mit Rückgewinnungseinrichtungen für die im Fällbad eingesetzten Verbindungen und Vorrichtungen zur Abtrennung der organischen und z.T. stark toxischen Lösungsmitteldämpfe aus der gesamten Abluft. Derartige Spinnverfahren erfordern demzufolge eine spezielle Technologie und können nicht auf üblichen Fasernaßspinnanlagen durchgeführt werden.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung sind aus diskreten feintitrigen Elementarfäden bestehende Polyfil-Elastomerfäden, die daraus hergestellten Folgeprodukten neben den elastischen Eigenschaften gleichzeitig einen deutlichen bis ausgeprägten textilfaserartigen Habitus verleihen. Ziel der Erfindung ist weiterhin die Entwicklung eines technologisch einfachen und ökonomisch vorteilhaften Verfahrens zur Herstellung der entsprechenden fadenförmigen Gebilde.

Darlegung des Wesens der Erfindung,

— Aufgabenstellung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf überwiegender Basis von Urethanpolymeren Elastomerfäden mit solchen spezifischen stofflichen Eigenschaften zu entwickeln, daß die feintitrigen Elementarfäden beim Erspinnen nicht irreversibel miteinader verkleben, sondern im resultierenden Polyfilfaden als diskrete Einzelkapillare vorliegen, so daß ihre besonderen textlien Eigenschaften in den Folgeprodukten, insbesondere in daraus erzeugten textlien Flächengebilden und Finalerzeugnissen, voll zur Wirkung kommen können. Des weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, in Analogie zu bekannten Spinnverfahren ein technologisch einfaches und ökonomisch vorteilhaftes Naßspinnverfahren für die Herstellung von aus diskreten, nicht miteinander verklebten, feintitrigen Elementarfäden bestehenden Polyfil-Elastomerfäden, mit einer elastischen Dehnung von >50% sowie auf den Ausgangstiter bezogenen Festigkeiten von >20m N/tex, zu entwickeln.

— Merkmale der Erfindung

Es wurde gefunden, daß bezüglich der neuartigen stofflichen Eigenschaften der Elastomerfäden die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst werden kann, wenn die Fäden aus Polymermischungen bestehen, die 95 bis 65 Ma.-% mindestens eines Urethanpolymers vom Elastomertyp und 5 bis 35 Ma.-% mindestens eines anderen, in dem Lösungsmittel für das U rethanpolymer löslichen und in den Fäll- und Waschbädern unlöslichen Zusatz-Polymers enthalten. Als Zusatz-Polymere sind einzeln und/oder in Mischung u.a. vorzugsweise geeignet: Celluloseacetat, Polyvinylacetat, nachchloriertes Polyvinylchlorid und insbesondere fadenbildende Acrylnitrilpolymere (Acrylnitrilhomo- und/oder-copolymere).

Derartige Elastomerfäden zeigen als Elementarfäden beim Erspinnen nach dem erfindungsgemäßen Naßspinnverfahren keine Tendenz zum irreversiblen Verkleben. Im resultierenden Polyfilfaden liegen sie als diskrete Einzelkapillaren vor, und ihr textilfaserartiger Habitus findet sich auch in daraus hergestellten Folgeprodukten, insbesondere textlien Erzeugnissen wieder, die obendrein leicht und elastisch sind. In Abhängigkeit von der Art der Zusammensetzung der Fäden und ihren Herstellungsbedingungen besitzen sie ein mehr oder weniger mattes Aussehen, was sie vorteilhaft zur Mischverarbeitung mit Wolle, Baumwolle, Polyacrylnitril- oder Cellulosefasern geeignet macht.

Als besonders geeignet haben sich Fäden aus Polymermischungen mit fadenbildenden Acrylnitilpolymeren erwiesen, wobei Copolymere des Acrylnitril mit Comonomeren, die eine farbstoff äff ine Gruppe besitzen, das färberische Verhalten der elastischen Fäden vorteilhaft gestalten und besonders für die Nischverarbeitung der Fasern von Bedeutung sind. Des weiteren wurde gefunden, daß sich überraschenderweise Fäden mit den bereits genannten unerwarteten erfindungsgemäßen Eigenschaften und einer elastischen Dehnung von > 50% sowie auf den Ausgangstiter bezogenen Festigkeiten von > 20 m N/tex in Analogie zu an sich bekannten Naßspinnprozessen erspinnen lassen, wenn zur Erzielung des entsprechenden Verfahrenseffektes Spinnlösungen eingesetzt werden, die 95 bis 65 Ma.-% mindestens eines, in dem Spinnlösungsmittel, bevorzugt in Dimethylformamid, löslichen Urethanpolymers vom Elastomertyp und 5 bis 35 Ma.-% mindestens eines der bereits genannten anderen ZuSatz-Polymere enthalten.

Voraussetzung ist dabei einerseits eine ausreichende Löslichkeit der verwendeten Polymere in den jeweiligen Spinnlösungsmitteln, insbesondere in Dimethylformamid, und die Unlöslichkeit in den wäßrigen Fäll- sowie Waschbädern, andererseits, wie überraschenderweise festgestellt wurde, eine Unverträglichkeit zwischen Urethan- und Zusatz-Polymer. Der Feststoffgehalt der SpinnJösung beträgt 15 bis 30Ma.-%, vorzugsweise 20 bis 25 Ma.-%. Wegen der hohen Spinnsicherheit des erfindungsgemäßen Verfahrens ist man bei der Wahl der Polyurethankomponente im Hinblick auf den Spinnprozeß in weiten Grenzen variabel. Bezüglich der Zusatz-Polymere wurde gefunden, daß besonders geeignet fadenbildende Copolymere des Acrylnitrils mit einem Comonomergehalt < 15 Ma.-% eines Comonomers, wie z. B. Vinylacetat, Methylacrylat und Butylacrylat sind. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens beinhaltet die Verwendung ternärer Copolymere des Acrylnitrils mit einem Comonomergehalt von insgesamt < 15 Ma.-%, die neben solchen Comonomeren, wie Vinylacetat, Methylacrylat, Butylacrylat ein Comonomer mit einer farbstoffaffinen Gruppe, wie z. B. ein Alkalisalz, ein unsubstituiertes oder ein ein- oder mehrfach alkylsubstituiertes Ammoniumsalz einer ungesättigten Sulfonsäure(z. B. Allyl-, Methallyl- oder Vinylsulfonsäure) oder einer ungesättigten, polymerisationsfähigen Carbonsäure, enthalten. Das Acrylnitrilpolymer wird den Spinnlösungen in Anteilen von 5 bis 35 Ma.-%, vorzugsweise 10 bis 25 Ma.-% (bezogen auf die Polymermischung) zugesetzt. Das Acrylnitrilpolymer kann in der Polyurethanlösung bei Temperaturen unter 20⁰C möglichst fein suspendiert und durch anschließendes Erwärmen der Suspension auf Temperaturen >50°C unter Rühren gelöst werden. Als geeignet erwiesen hat sich auch der Einsatz von Schnellmischern, in denen das Acrylnitrilpolymer bei Raumtemperaturen in die intensiv turbinierte Polyurethanlösung eingetragen wird und in einem quasiadiabatischen System durch die entstehende Wärme des Mischvorganges in Lösung gebracht wird. Vorteilhaft ist auch die Zugabe des Acrylnitrilpolymers in Form einer Lösung in dem Lösungsmittel für das Polyurethan, wobei die Verwendung von Acrylnitrilcopolymerlösungen, die durch ein Lösungscopolymerisationsverfahren direkt hergestellt wurden, besonders günstige Resultate ergibt.

Die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Spinnlösungen können mit hoher Spinnsicherheit in an sich bekannter Weise in Wasser oder Fällbäder, die neben dem Spinnlösungsmittel, insbesondere neben Dimethylformamid, hauptsächlich Wasser enthalten, zu Fäden versponnen werden, ohne daß ein Verkleben der Elementarfäden in merklichem Umfang stattfindet. So bleibt der primär angestrebte Einzeltiter auch im resultierenden Polyfilfaden durch die diskreten

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Ökonomisch vorteilhaft ist, daß bei der Herstellung der fadenförmigen Gebilde nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Endabzugsgeschwindigkeiten bis zu 60 m/min realisierbar sind. Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht auch darin, daß die Zusammensetzung des Fällbades hinsichtlich des Lösungsmittelgehaltes in weiten Grenzen verändert werden kann, ohne daß der Spinnverlauf merklich beeinflußt wird. In Abhängigkeit von der Menge des zugesetzten Acrylnitrilpolymers kann der Lösungsmittelgehalt des Fällbades erhöht werden, ohne daß die beim bekannten Verspinnen von Polyurethanlösungen bleibenden Verklebungen der Einzelkapillaren auftreten. Ein weiterertechnologischer und ökonomischer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die relativ leichte Auswaschbarkeit des Lösungsmittels aus den frisch ersponnenen Fäden sowie die gute Beständigkeit der Fäden gegenüber mechanischen Beanspruchungen durch Fadenlenk-und Leitvorrichtungen schon nach kurzen Verweilzeiten im Fällbad, wodurch zum einen die Verwendung üblicher Naßspinnvorrichtungen, z. B. von Acrylfaserspinnanlagen möglich ist und zum anderen auch die Spinngeschwindigkeiten in Richtung auf einen ökonomisch besonders günstigen Bereich beeinflußt werden können.

Die anschließende Reckung der Fäden kann in Wasser bei Temperaturen bis zu 100⁰C, vorzugsweise bei 20 bis 40⁰C, erfolgen. Beim Naßspinnen aus Dimethylformamidlösungen können die Reckbäder bis zu 50% dieses Lösungsmittels enthalten. Obwohl sich die elastische Dehnung der Fäden durch ihre polymerspezifische Zusammensetzung in weiten Grenzen variieren läßt, wurde bei der Entwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens überraschenderweise gefunden, daß die Fäden maximal im Verhältnis 1:3 gereckt werden dürfen, da sonst die Elastizität der Fäden weitgehend verloren geht. Vorzugsweise erfolgt deshalb die Reckung der Fäden um den Faktor 0,5 bis 2. Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch für die Herstellung von - Elastomerfasern geeignet. Bei der Erspinnung der dazu verwendeten Polyfilfäden läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren noch vorteilhafter gestalten, da Spinndüsen mit großer Lochzahl verwendet werden können. Die anschließende Verarbeitung der Polyfilfäden zu Stapelfasern und Folgeprodukten mit elastomeren Eigenschaften kann nach den an sich bekannten klassischen Verfahren erfolgen.

Ausführungsbeispiele

(Alle angegebenen Mengen als Teile stellen Masse-Teile dar.)

Beispiel 1 (Vergleichsbeispiel)

Eine Lösung aus 20 Teilen eines Urethanpolymers, das aus Diphenylmethandiisocyanat (MDI), linearem Polyesteralkohol (Molmasse 2000) und Hydrazin besteht, und 80 Teilen Dimenthylformamid (DMF) wird unter Anwendung eines wäßrigen Fällbades, das 10% DMF enthält und dessen Temperatur 18⁰C beträgt, durch eine 120-Loch-Düse (Lochdurchmesser 0,1 mm) mit einer Ausspritzgeschwindigkeit von 6m/min und einer Abzugsgeschwindigkeit von 4,5m/min zu Fäden versponnen. Beim Zusammenführen der Elementarfäden im Fällbad verkleben diese untereinander. Das Spinnband wird in Wasser bei 45⁰C und dasöfache gereckt und in Wasser von 4O⁰C gewaschen.Das Quasi-Monofilament wird bei 110⁰C getrocknet. Textilphysikalische Kennwerte:

Titer: 84tex

Festigkeit: 61,4m N/tex

Dehnung: 460%

elastische Dehnung: 278,8% (bei Dehnbeanspruchung von 300%).

Beispiel 2

80 Teile einer Lösung A, bestehend aus 20 Teilen eines aus MDI, linearem Polyesteralkohol (Molmasse 2000) und Hydrazin hergestellten Urethanpolymers und 80 Teilen DMF, werden mit 20 Teilen einer Lösung B, bestehend aus 20 Teilen eines Acrylnitrilcopolymers, (93Ma.-% Acrylnitril, 6 Ma.-% Methylacrylat und 1 Ma.-% Natriumallylsulfonat) und 80 Teilen DMF, vermischt. Die Viskosität der homogenisierten Mischlösung beträgt bei einem Gesamtpolymergehalt von 20Ma.-% 2,170 Pa. s (25°C). Unter Anwendung eines Wasser-Fällbades, dessen Temperatur 10⁰C beträgt, wird die Lösung durch eine 120-Loch-Düse (Lochdurchmesser 0,1 mm) mit einer Ausspritzgeschwindigkeit von 15 m/min und einer Abzugsgeschwindigkeit von 12 m/min zu Fäden versponnen. Nach dem Recken des Fadenbündels um das dreifache in Wasser bei 4O⁰C und anschließendem Auswaschen des restlichen Lösungsmittels wird der Faden spannungsarm auf einer Spule aufgenommen. Lichtmikroskopische Aufnahmen zeigen, daß die Elementarfäden des Fadenbündels nicht untereinander verklebt sind. Textilphysikalische Kennwerte:

Titer: " 79 tex Gesamtster

0,66texKapillartiter

Festigkeit: 40,5 m N/tex

Dehnung: 544,6%

elastische Dehnung: 159,8(bei Dehnungsbeanspruchung von 300%)

Beispiel 3

70 Teile einer Lösung A (nach Beispiel 2) werden mit 30 Teilen einer Lösung B (nach Beispiel 2) vermischt. Die Viskosität der homogenisierten Mischlösung beträgt bei einem Gesamtpolymergehalt von Masse 20% 1,980 Pa.s(25°C).

Anschließend wird wie in Beispiel 2 weiterverfahen. Lichtmikroskopische Aufnahmen zeigen wiederum keine Verklebungen der Elementarfäden untereinander.

Textilphysikalische Kennwerte:

Titer: 146texGesamttiter

1,20texKapillartiter

Festigkeit: 30,7 m N/tex

Dehnuna: 470%

Claims (4)

Erfindungsanspruch:

1. Fadenförmige Gebilde mit hoher Elastizität, deren auf überwiegender Basis mindestens eines Urethanpolymers vom Elastomertyp bestehende Elementarfäden nicht irreversibel miteinander verklebt, sondern im resultierenden Polyfilfaden als diskrete Einzelkapillaren mit insbesondere textilfaserartigen Habitus, vorliegen, gekennzeichnet dadurch, daß die fadenförmigen Gebilde aus einer Mischung von 95 bis 65 Ma.-% mindestens eines Urethanpolymers vom Elastomertyp und 5

'bis 35 Ma.-% mindestens eines anderen Zusatzpolymers bestehen.

2. Fadenförmige Gebilde nach Punkt !,gekennzeichnet dadurch, daß das Zusatzpolymer, einzeln und/oder in Mischung aus Celluloseacetat, Polyvinylacetat, nachcloriertem Polyvinylchlorid, insbesondere jedoch aus einem fadenbildenden Acrylnitrilhomopolymer und/oder Acrylnitrilcopolymer besteht.

3. Fadenförmige Gebilde gemäß Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Fäden maximal im Verhältnis 1:3 gereckt sind.

4. Verfahren zur Herstellung von fadenförmigen Gebilden mit hoher Elastizität, deren auf überwiegender Basis mindestens eines Urethanpolymers vom Elastomertyp bestehende Elementarfäden beim Erspinnen nicht miteinander irreversibel verkleben, nach an sich bekannter Verfahrensweise für einen Naßspinnprozeß, bei Endabzugsgeschwindigkeiten bis zu 60 m/min, gekennzeichnet dadurch, daß als Spinnlösung eine Polymerlösung, die eine Polymermischung aus 95 bis 65 Ma.-% mindestens eines Urethanpolymers vom Elastomertyp und 5 bis 35 Ma.-% mindestens eines anderen, mit dem Urethanpolymer unverträglichen, in dem Spinnlösungsmittel löslichen und in den wäßrigen Fäll- sowie Waschbädern unlöslichen Zusatzpolymers enthält, zu Fäden versponnen wird.