專利名稱：丙烯腈系纖維的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及丙烯腈系纖維的制造方法，特別是涉及在用濕式紡絲法制造的丙烯腈系纖維的脫除溶劑工序(洗滌工序)和拉伸工序中能夠確保穩(wěn)定的工藝通過性的丙烯腈系纖維的制造方法。
在凝固工序中，使紡絲原液從配置在由溶劑和水構(gòu)成的凝固浴中的紡絲噴絲頭擠出、凝固成纖維狀后，導(dǎo)入洗滌工序的洗滌槽中，用熱水除去附著或殘存在纖維上的溶劑，對纖維進行洗滌。將結(jié)束洗滌的丙烯腈系纖維束送至二次拉伸工序。該拉伸在100℃的熱水中進行。
以上說明是接續(xù)丙烯腈系纖維凝固工序，以洗滌工序、拉伸工序的順序完成各自處理的情況敘述的，但也可以在洗滌工序之前進行拉伸工序或者同時進行洗滌工序和拉伸工序。結(jié)束拉伸工序的丙烯腈系纖維束，在賦予油劑后，經(jīng)過干燥工序，移至熱松弛處理(緩冷)和卷毛等后處理工序。
可是，在接續(xù)凝固工序的洗滌工序和拉伸工序中，為使丙烯腈系纖維束在水中移動，必須避免纖維變亂，因而用多個導(dǎo)向桿導(dǎo)向。結(jié)果在凝固工序中紡絲的丙烯腈系纖維束，在洗滌工序和拉伸工序中，一邊滑動接觸多個導(dǎo)向桿的表面一邊移動。另外，特別是在拉伸工序的拉伸途中，由于構(gòu)成纖維束的纖維之間的拉伸尺寸在位于寬度方向的端部的纖維群和位于中央部的纖維群不同，同時即使在各纖維之間，其拉伸尺寸也產(chǎn)生差別，所以各纖維之間發(fā)生磨擦。由于這些金屬/纖維之間的磨擦和纖維/纖維之間的磨擦，所以在纖維上發(fā)生損傷，從而發(fā)生斷絲或繞皮輥，這被認為是發(fā)生工藝故障的重要原因。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是要解決上述有關(guān)的課題，其具體的目的在于，提供一種在濕式紡絲后的洗滌和拉伸工序中能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的工藝通過性的丙烯腈系纖維的制造方法。
上述課題通過本發(fā)明的丙烯腈系纖維的制造方法而得到有效解決，其特征在于，在本發(fā)明的主要構(gòu)成的濕式紡絲法的丙烯腈系纖維的制造方法中，包括向濕式紡絲后的洗滌工序和/或拉伸工序的工藝水中添加表面活性劑2～100ppm。
為消除起因于洗滌工序和/或拉伸工序的金屬/纖維間的磨擦和纖維/纖維間的磨擦的工藝故障，例如必須減少纖維與金屬表面間、或纖維與纖維間的磨擦。為此，與對丙烯腈系纖維的材質(zhì)進行改良的同時，也要考慮對構(gòu)成導(dǎo)向桿的金屬材料進行改質(zhì)。然而，對這樣新的材質(zhì)的開發(fā)需要較多的時間和成本，很難盡早實現(xiàn)。
因此，本發(fā)明人等一邊摸索有效的方法一邊反復(fù)實驗。如上所述，通常這種丙烯腈系纖維的濕式紡絲法，是使丙烯腈系聚合物在溶劑中溶解，將其在凝固浴中紡出，凝固成纖維狀后，在洗滌工序中回收除去附著在纖維上的溶劑進行洗滌。然后，將通過洗滌工序的丙烯腈系纖維束直接在必要的高溫條件下進行必要倍率的拉伸。
在進行這種脫除溶劑的場合，纖維的周邊形成溶劑的高濃度區(qū)域。本發(fā)明人等為破壞溶劑的高濃度區(qū)域使其分散在洗滌及拉伸所使用的高溫水中，進行了反復(fù)實驗。本發(fā)明就是基于該實驗過程中的偶然發(fā)現(xiàn)，而后追加試驗而確立的。
按照本發(fā)明，在向濕式紡絲后的洗滌工序和/或拉伸工序的工藝水中添加表面活性劑2～1000ppm時，纖維斷頭可以劇減。其原因雖不清楚，但可以推測為是破壞了上述纖維周邊溶劑的高濃度區(qū)域的結(jié)果，在不對纖維和金屬制的導(dǎo)向桿進行改質(zhì)的情況下，也可以降低纖維/纖維間及纖維/金屬間的磨擦系數(shù)。表面活性劑低于2ppm時，因添加量過少使纖維斷頭增加，超過1000ppm時，將伴隨有氣泡的發(fā)生，不能維持工藝的穩(wěn)定，會使纖維的質(zhì)量降低。
對于上述表面活性劑不作特別的限定，可以使用以油酸鈉等羧酸鹽、或硬脂酰硫酸酯鈉等高級醇硫酸酯鹽、或高級烷基醚硫酸酯鹽等、或磺酸鹽、或磷酸酯鹽為代表的陰離子型表面活性劑，以高級烷基胺鹽、或薩帕明A型、或阿夸佩耳A型、或咪唑啉型、或4級銨鹽型為代表的陽離子型表面活性劑，以月桂基氨基丙酸鈉那樣的氨基酸型兩性表面活性劑、或月桂基二甲基甜菜堿那樣的甜菜堿型為代表的兩性表面活性劑，聚乙二醇型、或多元醇型的非離子型表面活性劑等眾所周知的表面活性劑。為了取得顯著效果，其中優(yōu)選使用陽離子系表面活性劑或者兩性表面活性劑。特別優(yōu)選具有脂肪族的表面活性劑。另外，更優(yōu)選親水基具有酰胺結(jié)構(gòu)、疏水基具有烷基、或者甜菜堿型兩性表面活性劑。采用這些種類的表面活性劑可以促進脫除溶劑，同時謀求降低水的使用量。
圖中的符號說明如下1 聚合反應(yīng)釜2 凝固浴槽3 紡絲噴絲頭4 洗滌槽5 拉伸槽6 輔助洗滌槽7，8 第1及第2拉伸輥組9 溶劑回收部10 水/溶劑分離器11 原液調(diào)制部A 洗滌工序T 纖維束本發(fā)明實施方式中所用的丙烯腈系聚合物是丙烯腈單體與可共聚的單體的共聚物。該丙烯腈系聚合物由至少60重量％的丙烯腈單體構(gòu)成?？膳c丙烯腈單體共聚的單體，例如可以舉出丙烯酸、甲基丙烯酸及它們的酯、丙烯酰胺、醋酸乙烯、苯乙烯、氯乙烯、二氯亞乙烯、馬來酸酐、N-取代順丁烯二酰亞胺、丁二烯、異戊二烯等。另外，對磺酰甲代烯丙基醚、甲代烯丙基磺酸、烯丙基磺酸、苯乙烯磺酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸、2-磺乙基甲基丙烯酸酯及它們的鹽也可以作為可共聚單體使用。
丙烯腈系單體的聚合，用水作為聚合介質(zhì)，聚合反應(yīng)溫度設(shè)定為30～80℃，將水/單體的比取在1.0～5.0范圍，將聚合反應(yīng)釜1內(nèi)的氫離子濃度取在pH2.0～3.5的酸性范圍，催化劑取能夠使氧化·還原反應(yīng)迅速發(fā)生的范圍。在聚合反應(yīng)釜1內(nèi)取出的聚合物中添加聚合抑制劑，使反應(yīng)停止。聚合反應(yīng)抑制劑通常可以在丙烯腈系聚合物的水系懸浮聚合時使用。將聚合抑制劑添加到聚合物水溶液中后，進行未反應(yīng)單體的回收。作為未反應(yīng)單體的回收方法，采用將聚合物水溶液導(dǎo)入未圖示的直接蒸餾塔，由此分離成聚合物/水和水/未反應(yīng)單體而回收未反應(yīng)單體的方法。聚合物中殘留的水分通常采用干燥方式除去。
將這樣得到的丙烯腈系聚合物溶解在溶劑中調(diào)制紡絲原液。這時的溶劑不作特別限定，但優(yōu)選使用二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亞砜。調(diào)制成由5～35重量％的上述丙烯腈系聚合物和95～65重量％的上述有機溶劑構(gòu)成的溶液。通過取上述組成，能得到適當(dāng)粘度的聚合物溶液，可以確保穩(wěn)定的紡絲性。
使這樣得到的紡絲原液通過配設(shè)在凝固浴槽2中的紡絲噴絲頭3在凝固液中擠出，凝固成由多數(shù)纖維群構(gòu)成的纖維束狀。在本實施方式中，由凝固液出來的丙烯腈系纖維束T以規(guī)定的速度導(dǎo)入洗滌工序A的洗滌槽4中，用熱水除去附著或殘存在纖維表面上的溶劑，進行洗滌。
將結(jié)束脫除溶劑的丙烯腈系纖維束T繼續(xù)導(dǎo)入拉伸工序的拉伸槽5中，同樣在熱水中通過，進行4～5倍左右的拉伸。在本實施方式中，該拉伸是在丙烯腈系纖維束通過上述洗滌槽4和拉伸槽5之間進行的。另外，上述洗滌工序和拉伸工序可以使用同一個熱水槽，即可以一邊脫除溶劑一邊同時拉伸，也可以改為熱水中拉伸后再洗滌。拉伸后的丙烯腈系纖維束T再通過輔助洗滌槽6進行最終洗滌，賦予油劑后，在干燥工序干燥，送至其后的熱松弛處理等后處理工序。
在本實施方式中，在上述凝固浴槽2和洗滌槽4之間配置第1拉伸輥組7，上述拉伸槽5和輔助洗滌槽6之間配置第2拉伸輥組8，利用第1及第2拉伸輥組7、8的速度差，對丙烯腈系纖維束T進行上述拉伸。另外，用配管將上述輔助洗滌槽6和上述拉伸槽5連接，其共通配管與上述洗滌槽4連接，可以將由輔助洗滌槽6和上述拉伸槽5排出的工藝液供給洗滌槽4。
另一方面，上述洗滌槽4通過配管與溶劑回收部9連接，溶劑回收部9回收的水和溶劑的混合溶液通過水/溶劑分離器10分離成溶劑和水，回收溶劑被送至紡絲原液的原液調(diào)制部11，回收水返回上述輔助洗滌槽6。另外，將適量的蒸餾水送入拉伸槽5中以補充工藝液的減少。
本實施例中，在上述輔助洗滌槽6中或者在其前階段，添加相對于回收水量2～1000ppm的表面活性劑。
以下使用丙烯腈系纖維的上述制造設(shè)備，根據(jù)本發(fā)明的制造方法舉出實施例，同時舉出比較例進行具體地說明。
(實施例1)將由水系懸浮聚合共聚的丙烯腈與醋酸乙烯的共聚物25份溶解在二甲基甲酰胺75份中，制成聚合物溶液，使該紡絲原液通過35000孔、φ0.06mm的噴絲頭，在由55％的二甲基甲酰胺水溶液(40℃)構(gòu)成的凝固液中擠出，紡絲成由多數(shù)丙烯腈系纖維構(gòu)成的纖維束，將該纖維束導(dǎo)入由60℃熱水構(gòu)成的洗滌水中進行脫除溶劑后，繼續(xù)在拉伸槽的95℃的熱水中通過，進行4.5倍的拉伸。此時的拉伸是出了凝固浴槽后、在配置于洗滌槽的纖維束導(dǎo)入口和拉伸槽的導(dǎo)出口的第1及第2拉伸輥之間進行的。
在丙烯腈系纖維的制造中，向上述拉伸槽內(nèi)的熱水中，以維持3ppm添加兩性表面活性劑C18H37N+(CH3)(C2H4O)10·Cl-((POE)10二甲基硬脂酰銨氯化物)。統(tǒng)計該狀態(tài)下紡絲1周時間的斷絲·繞皮輥的次數(shù)，如表1所示為5次。
(實施例2、3)以與實施例1相同的表面活性劑的添加量，除了實施例2添加10ppm、實施例3添加500ppm以外，用與實施例同樣的條件和方法制造丙烯腈系纖維。一周時間紡絲時的斷絲·繞皮輥的次數(shù)，實施例2是3次，實施例3是4次，實施時得到無障礙的穩(wěn)定的工藝通過性。
(比較例1)除完全不添加表面活性劑以外，以與實施例1相同的條件、方法制造丙烯腈系纖維。一周時間紡絲時發(fā)生的斷絲·繞皮輥的次數(shù)，如表1所示多達13次，紡絲是不穩(wěn)定的。
(比較例2)除了以與實施例1相同種類的表面活性劑添加1500ppm以外，用與實施例1同樣的條件和方法制造丙烯腈系纖維。一周時間紡絲時發(fā)生的斷絲·繞皮輥的次數(shù)是7次，但在洗滌水及拉伸水的兩者中，同時發(fā)泡激烈，因不可能繼續(xù)穩(wěn)定的紡絲而無需討論。
(實施例4、5、6)將16.2份的尿素，加到將284份硬脂酸和104份羥乙基·乙二胺縮合而得到的聚烷基·氨基酸酰胺100份中，使所得物在190℃下用醋酸處理，然后作為表面活性劑，使該表面活性劑在實施例4中添加10ppm、在實施例5中添加50ppm、在實施例6中添加800ppm，除上述以外，用與實施例1同樣的條件和方法制造丙烯腈系纖維。一周時間紡絲時發(fā)生的斷絲·繞皮輥的次數(shù)，實施例4是2次，實施例5是1次，實施例6是3次，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的工藝通過性。
(實施例7)除添加10ppm由N-十八烷基羥甲基-N，N-二甲基·甜菜堿組成的表面活性劑以外，用與實施例1同樣的條件和方法制造丙烯腈系纖維。一周時間紡絲時的斷絲·繞皮輥的次數(shù)少至4次，實施時得到了無障礙的穩(wěn)定的工藝通過性。
(實施例8)除添加10ppm的陰離子系表面活性劑Na-甲基α-磺基硬脂酸酯以外，用與實施例1同樣的條件和方法制造丙烯腈系纖維。一周時間紡絲時發(fā)生的斷絲·繞皮輥的次數(shù)為比較多的7次，但與比較例1相比要少，工藝通過性處于可容忍的范圍內(nèi)。
(實施例9)除同樣添加10ppm非離子系表面活性劑的POE(12)十二烷基醚以外，用與實施例1同樣的條件和方法制造丙烯腈系纖維。一周時間紡絲時發(fā)生的斷絲·繞皮輥的次數(shù)為比較多的7次，但與比較例1相比要少，工藝通過性處于可容忍的范圍內(nèi)。
表1

以上結(jié)果表明，在按本發(fā)明的濕式紡絲制造的丙烯腈系纖維的制造方法中，從紡絲后的纖維中除去溶劑、同時進行熱水拉伸時，若將2～1000ppm的某種表面活性劑添加在這些洗滌水和拉伸水中，紡絲后的脫除溶劑工序及拉伸工序中的斷絲或繞皮輥的發(fā)生劇減，不僅能夠得到穩(wěn)定的工藝通過性，而且還能夠減少使用水量。
權(quán)利要求
1.丙烯腈系纖維的制造方法，其特征在于，在用濕式紡絲法的丙烯腈系纖維的制造方法中，包括向濕式紡絲后的洗滌工序和/或拉伸工序的工藝水中添加表面活性劑2～1000ppm。
2.權(quán)利要求1所述的丙烯腈系纖維的制造方法，其特征在于，對于表面活性劑使用陽離子系表面活性劑或者兩性表面活性劑。
3.權(quán)利要求1所述的丙烯腈系纖維的制造方法，其特征在于，表面活性劑是脂肪族表面活性劑。
4.權(quán)利要求3所述的丙烯腈系纖維的制造方法，其特征在于，表面活性劑的疏水基是具有酰胺結(jié)構(gòu)的烷基。
5.權(quán)利要求3所述的丙烯腈系纖維的制造方法，其特征在于，上述表面活性劑是甜菜堿型兩性表面活性劑。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種丙烯腈系纖維的制造方法，該方法可以在濕式紡絲后的洗滌和拉伸工序中實現(xiàn)穩(wěn)定的工藝通過性。在用濕式紡絲法的丙烯腈系纖維的制造方法中，將2～1000ppm的表面活性劑添加到濕式紡絲后的洗滌工序和/或拉伸工序的工藝水中，藉此能夠降低斷絲或繞皮輥，從而提高工藝通過性。
文檔編號D01D5/06GK1459520SQ0312083
公開日2003年12月3日 申請日期2003年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月20日
發(fā)明者大西宏明, 竹內(nèi)秀典 申請人:三菱麗陽株式會社