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EP0579979B1 - Process for the production of spandex polymer spinning solutions, with stabilized viscosity and low gel content - Google Patents

Process for the production of spandex polymer spinning solutions, with stabilized viscosity and low gel content Download PDF

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Publication number
EP0579979B1
EP0579979B1 EP93110270A EP93110270A EP0579979B1 EP 0579979 B1 EP0579979 B1 EP 0579979B1 EP 93110270 A EP93110270 A EP 93110270A EP 93110270 A EP93110270 A EP 93110270A EP 0579979 B1 EP0579979 B1 EP 0579979B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
nozzle
mixing
reactor
viscosity
process according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP93110270A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0579979A3 (en
EP0579979A2 (en
Inventor
Bernd Dipl.-Ing. Klinksiek
Rolf-Volker Dr. Meyer
Beatrix Dr. Frauendorf
Klaus Dr. Rall
Wolfgang Dipl.-Ing. Bäcker
Hans-Joachim Dr. Wollweber
Helmut Dr. Ohse
Wolfram Dr. Wagner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayer AG
Original Assignee
Bayer AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayer AG filed Critical Bayer AG
Publication of EP0579979A2 publication Critical patent/EP0579979A2/en
Publication of EP0579979A3 publication Critical patent/EP0579979A3/en
Application granted granted Critical
Publication of EP0579979B1 publication Critical patent/EP0579979B1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01FCHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F6/00Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof
    • D01F6/58Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolycondensation products
    • D01F6/70Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolycondensation products from polyurethanes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/30Injector mixers
    • B01F25/31Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows
    • B01F25/312Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows with Venturi elements; Details thereof
    • B01F25/3124Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows with Venturi elements; Details thereof characterised by the place of introduction of the main flow
    • B01F25/31243Eductor or eductor-type venturi, i.e. the main flow being injected through the venturi with high speed in the form of a jet
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/30Injector mixers
    • B01F25/31Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows
    • B01F25/312Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows with Venturi elements; Details thereof
    • B01F25/3121Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows with Venturi elements; Details thereof with additional mixing means other than injector mixers, e.g. screens, baffles or rotating elements
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/30Injector mixers
    • B01F25/31Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows
    • B01F25/312Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows with Venturi elements; Details thereof
    • B01F25/3124Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows with Venturi elements; Details thereof characterised by the place of introduction of the main flow
    • B01F25/31242Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows with Venturi elements; Details thereof characterised by the place of introduction of the main flow the main flow being injected in the central area of the venturi, creating an aspiration in the circumferential part of the conduit
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/40Static mixers
    • B01F25/45Mixers in which the materials to be mixed are pressed together through orifices or interstitial spaces, e.g. between beads
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/40Static mixers
    • B01F25/45Mixers in which the materials to be mixed are pressed together through orifices or interstitial spaces, e.g. between beads
    • B01F25/452Mixers in which the materials to be mixed are pressed together through orifices or interstitial spaces, e.g. between beads characterised by elements provided with orifices or interstitial spaces
    • B01F25/4521Mixers in which the materials to be mixed are pressed together through orifices or interstitial spaces, e.g. between beads characterised by elements provided with orifices or interstitial spaces the components being pressed through orifices in elements, e.g. flat plates or cylinders, which obstruct the whole diameter of the tube
    • B01F25/45211Mixers in which the materials to be mixed are pressed together through orifices or interstitial spaces, e.g. between beads characterised by elements provided with orifices or interstitial spaces the components being pressed through orifices in elements, e.g. flat plates or cylinders, which obstruct the whole diameter of the tube the elements being cylinders or cones which obstruct the whole diameter of the tube, the flow changing from axial in radial and again in axial

Definitions

  • the invention relates to a method for producing of surprisingly stable in their solution viscosity Spinning solutions of segmented polyurethane urea elastomers in highly polar solvents such as dimethylformamide (DMF) or dimethylacetamide (DMAC) without or with reduced tendency to paste and without or with a very low gel content, characterized by the Use of a multi-stage nozzle reactor device to carry out the procedure.
  • highly polar solvents such as dimethylformamide (DMF) or dimethylacetamide (DMAC)
  • the subject of the invention is also a multi-stage nozzle reactor without mechanically moving parts as a device, which by very fast and intense Mixing of the reaction components allowed, e.g. segmented polyurethane urea elastomers as homogeneous solutions in highly polar solvents continuously to manufacture.
  • Another subject of the invention are those according to the method and obtainable by means of this device Elastane spinning solutions or elastane fibers obtainable therefrom.
  • Elastane fibers are understood to mean threads that are too at least 85% by weight of segmented polyurethane (urea) consist.
  • elastane fibers are commonly used made by first making a long chain Diol (macrodiol) terminated with an aromatic diisocyanate is capped so that you get a macro diisocyanate (NCO prepolymer).
  • the NCO prepolymer is then in a second step with a chain extender, which usually consists of a (cyclo) aliphatic Diamine is made up in solution to a high molecular weight Implemented polyurethane urea.
  • chain extender usually consists of a (cyclo) aliphatic Diamine is made up in solution to a high molecular weight Implemented polyurethane urea.
  • Hard or soft segments from high-melting crystalline and low-melting amorphous segments (Hard or soft segments).
  • the hard segments then act in the solid due to their crystallinity as fixed points of the network and are therefore decisive for the firmness and the softening range of the the molded article produced by the polymer.
  • the soft segments however, whose glass transition temperature is below the temperature of use should be for the elasticity of the elastomers (B. v. Falkai, synthetic fibers, Verlag Chemie, 1981, pp. 179 to 187).
  • the chain extension is usually carried out batchwise in such a way that the chain extender (an aliphatic diamine, preferably ethylene diamine) and possibly a chain terminator, a secondary monoamine, such as diethylamine in a polar solvent (DMF or DMAC) are placed in a stirred kettle ( and preferably mixed with carbon dioxide).
  • the NCO prepolymer is then added to this suspension of the diamine carbamate, which is now preferably obtained by adding CO 2 and has a reduced reactivity, and an elastomer solution with a defined elastomer solids content is formed with stirring.
  • a disadvantage of this type of production is that the desired viscosity of the elastane solutions is often not in the intended range, which is necessary for further processing and then has to be adjusted to the desired viscosity by subsequent dosing, for example of aliphatic diisocyanates.
  • Another disadvantage is the pasting of parts of the solution and / or the presence of gel particles if not mixed sufficiently. Such elastane solutions cannot then be practically processed further.
  • discontinuously produced solutions obviously contain more branched polyurethane ureas because of a lack of mixing intensity, which, at a given concentration, have higher viscosities than more linear polyurethane ureas.
  • the solubility decreases with increasing molecular weight, so that pasting must be expected. Therefore one often leaves the polyaddition at discontinuous Work up to a specified viscosity and / or uses a monofunctional chain terminator, such as dibutylamine, octylamine, butanone oxime (Houben Weyl Volume E 20 / Part 2, p. 1642), but preferably diethylamine (Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. A 10, p. 612). So you get at the same time a narrower molecular weight distribution.
  • a monofunctional chain terminator such as dibutylamine, octylamine, butanone oxime (Houben Weyl Volume E 20 / Part 2, p. 1642), but preferably diethylamine (Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. A 10, p. 612). So you get at the same time a narrower molecular weight distribution.
  • the central operation is the mixing of specified amounts of liquid. This includes mixing in batch with mechanical Stirrers or as they pass through rotor / stator dispersing machines and prick mixers (see plastic manual, Volume 7, Carl Hauser Verlag 1977). Furthermore is mixing with high pressure mixers in PU technology usual (see H. Proksa, plastic consultant 3/1988; High pressure mixing, pioneer of modern PU technology), being two reaction components under high pressure over Nozzles jetted together in a small mixing chamber and are mixed by the intense turbulence (see DE-A-2 344 135 and DE-A-1 157 386). The response times such polyurethane reactions are at least in the second range.
  • EP-A-399 266 describes a process for the production from highly concentrated, finely divided dispersions the melt of high-melting organic compounds, however no reaction mixtures, described, by using a melt to form a pre-suspension into a colder liquid phase at a temperature below metered the crystallization temperature and this pre-emulsion in a downstream homogenizing nozzle finely dispersed.
  • a disperser i.a. an emulsifying device with a mixing nozzle and specified a downstream homogenizing nozzle.
  • Such dispersing devices are in their mixing times still too slow, and are only suitable if the response time is more than 0.1 seconds.
  • the object of the invention was therefore to implement a cost-reducing and also environmentally friendly manufacturing process (Use less solvent and Improvement of economy through fast spinning) for highly concentrated elastane spinning solutions with improved flow properties (Improved spinnability through a lower Solution viscosity while maintaining the necessary molecular weights) and an improved viscosity constancy long storage times of spinning solutions without loss in thermal and elastic behavior of the resulting End products as well as a gel-free form of spinning solutions with increased linearity of the polymer.
  • the invention relates to a continuously operated Process for the production of highly concentrated Elastane spinning solutions with improved flow properties and high viscosity constancy with a long service life Maintaining the usual level of thermal and elastic properties the one available from these solutions Elastane fibers preferably available from accordingly produced segmented polyurethane ureas with certain monoamines and / or monoisocyanates as chain terminators.
  • the method of the invention can easily highly concentrated elastane spinning solutions based on Polyurethane ureas with a solids content of up to 40 wt .-% are produced, which is excellent Solubility and constant viscosity, even when adjusted a higher proportion of hard segments e.g. by a higher proportion of diisocyanate, and surprisingly also a reduction in the viscosity of the elastane spinning solution have at the same concentration of the polymer.
  • the invention relates to a continuous process for the production of highly concentrated elastane spinning solutions with improved flow properties and high viscosity constancy from fast reacting polyaddition components, characterized in that the reaction components from the Batch containers in a multi-stage nozzle reactor consisting of a Mixing chamber with a fabric nozzle, a mixing nozzle and a homogenizing nozzle, which are connected in direct succession, are continuously metered in the first stage of the multi-stage nozzle reactor, the reaction components in the mixing nozzle of the reactor can be mixed with each other in up to 10 ms reacting mixture in a second stage, in a homogenizing nozzle is homogenized and then in a downstream reactor is reacted.
  • Fig. 1a shows a section through a nozzle reactor with short residence times of the reaction mixture in the area of the mixing chamber (not according to the invention).
  • 1b shows a section through a known nozzle reactor with a long one Residence time of the reaction mixture (>> 100 ms) in the area of the mixing chamber.
  • Fig. 2 shows schematically a section through an inventive Multi-stage nozzle reactor.
  • FIG. 3 shows a diagram of the overall method according to the invention for Production of spinning solutions.
  • the multi-stage nozzle reactor device makes it possible to mix reactive components faster than the reaction expires (e.g. ⁇ 10 ms) (Fig. 2).
  • the well-known arrangement (see Fig. 1b) is unsuitable because of the mixing the components run too slowly. (The dwell time the reaction mixture here is > 100 ms).
  • the fabric nozzle (21) and the mixing nozzle (22) must be very be closely linked to one another for fast, optimal Mixing and reducing backmixing to guarantee.
  • FIG. 3 shows the flow diagram of the method according to the invention essentially for continuous polyurethane urea chain extension from NCO prepolymer solution and (cyclo) aliphatic diamines.
  • the two material flows e.g. NCO prepolymer solution (B) and aliphatic Diamine solution (A) using metering pumps 5 and 6 from the Batch containers 3 and 4 metered in continuously.
  • the Mixture preparation of the amine solution (chain extender, chain terminator and solvent) and the NCO prepolymer solution (NCO prepolymer and solvent) can weighed into the templates or using dosing pumps be produced continuously.
  • the multi-stage nozzle reactor (see e.g. Fig. 2) exists from a series connection of different nozzles namely the fabric nozzle 1, the mixing nozzle 2 and the homogenizing nozzle 7 with the holes 8 and in a preferred Execution of the displacer 9.
  • Fabric nozzle and Mixing nozzle are connected in direct succession, so that the residence time until complete mixing the amine stream (A) with the prepolymer stream (B) in a time of ⁇ 10 ms, preferably 0.1 to 5 ms is.
  • Both nozzles 1 and 2 are designed that there is an injector effect and backmixing avoided in the area 10 between the two nozzles becomes.
  • the homogenizing nozzle is connected to the injector part 7 with the holes 8, which is already reacting Reaction mixture homogenized again intensively.
  • the volume between the mixing and homogenizing nozzle minimized by a displacer 9.
  • One of the possible constructive embodiments shows 2.
  • the course of the reaction can be measured by direct pressure measurement in the nozzle reactor e.g. between mixing nozzle 2 and homogenizing nozzle 8 are tracked.
  • the degree of polymerization of the polymer solutions can be about the viscosity measuring devices 14 and 15 are tracked.
  • the buffer boiler 11 preferably with a pumping circuit and this particularly preferably provided with a heat exchanger 16.
  • So-called heat exchangers 16 come in particular KSM heat exchanger (the heating or cooling coil is in a tube shaped like a static mixer). By heating to about 50 to 60 ° C in this Area achieved a complete implementation, so that with the viscosity measured value 14 through the viscosity constancy Regulation of the metering pumps 5 and 6 can be achieved.
  • Viscosity Other possible intervention parameters for controlling the Viscosity are continuous or gravimetric Weighing of the amine boiler via the ratio of chain extender to chain terminators or by the amount of selected amine excess over the NCO end group content.
  • the pressure can be at various points on the device be tracked via pressure gauges 17.
  • the advantages of the method lie in the achievement high throughputs in the nozzle reactor with uniform Product quality (e.g. regarding molecular weight distribution) and product concentration since each volume of reaction solution with exactly the same shear and concentration conditions mixed and thus for reaction was brought and practically no way to Side reactions (e.g. cross-linking reactions) exist.
  • the segmented polyurethane urea elastomers constructed according to the invention deliver clear, gel-free stable Spinning solutions that according to usual wet and special after the dry spinning process even with high solids concentration (e.g. 30 to 40% by weight) very well processed can be.
  • the inventive preferably have highly concentrated spinning solutions excellent viscosity stability both at 25 ° C as well as at 50 ° C with storage times (e.g. also at high Concentrations) up to at least 5 days and longer.
  • Spinning solutions have a lower viscosity given solid concentration as such elastomer solutions, those after discontinuous polyaddition processes getting produced. It is believed that a linear polymer structure is achieved, which is not only on productivity, but also on a better one Spinning behavior of the elastane solutions.
  • Nozzle reactor as a mixing and homogenizing device, preferably with a downstream buffer tank, Pump circulation and heat exchanger, enables the invention Manufacturing process accordingly using advantages such as improved solubility, reduced viscosity, Viscosity constancy also with longer storage time and elevated temperature as well as improved Quality constancy, the production of Elastomer threads without sacrificing thermal and mechanical property profile of the elastane threads.
  • the invention also relates to threads or fibers, prepared from the spinning solutions according to the invention.
  • the elastane solutions according to the invention can also be used for Manufacture of films, foils, tubes or coatings be used.
  • the production of the polyurethane urea elastomers according to the invention can according to known process steps respectively.
  • the synthesis has proven particularly successful according to the NCO prepolymer process, the first Process step a higher molecular weight diol a) in the solvent or in the melt with diisocyanate c), if appropriate in the presence of low molecular weight diols b) an NCO prepolymer is reacted so that the NCO prepolymer Contains NCO end groups in a certain amount.
  • high-molecular dihydroxy compounds a) are especially polyester diols and polyether diols. These diols generally have molecular weights from 1,000 to 8,000, preferably 1,500 to 4,000.
  • polyester diols e.g. Aliphatic dicarboxylic acid polyester
  • dicarboxylic acids both several Diols as well as several dicarboxylic acids or hydroxycarboxylic acids can contain.
  • Mixed adipic acid esters are particularly suitable from adipic acid, 1,6-hexanediol and neopentyl glycol, Adipic acid, 1,4-butanediol and neopentyl glycol or adipic acid, 1,4-butanediol, neopentyl glycol and 1,6-hexanediol.
  • polyether diols Particularly suitable as long-chain polyether diols Polytetramethylene oxide diols or their copolyethers with others ether-forming compounds such as ethylene oxide or Propylene oxide. Mixtures of the above can also be used Connections are used.
  • Low molecular weight diols b) are e.g. Ethylene glycol, 1,2-butanediol, 1,4-butanediol, 1,4-and / or 1,3-cyclohexanedimethanol, N, N-bis ( ⁇ -hydroxypropyl) methylamine, N, N'-bis ( ⁇ -hydroxyethyl) piperazine, N, N-dimethyl-N, N'-hydroxyethyl hydrazine and other connections of this Substance classes.
  • aromatic diisocyanates c) Diisocyanates are used. You will if necessary in combination (with smaller proportions) of (Cyclo) aliphatic diisocyanates, but optionally the (cyclo) aliphatic diisocyanates are used alone. You get particularly useful results with 4,4'-diphenylmethane diisocyanate or corresponding isomer mixtures with minor amounts of 2,4'- and / or 2,2'-isomers, and with toluene diisocyanate (TDI). Of course it is possible to use mixtures of aromatic To use diisocyanates.
  • aliphatic diisocyanates are suitable, in particular 1,6-hexamethylene diisocyanate, 1,8-octamethylene diisocyanate, 2/3-methylhexamethylene diisocyanate-1,6 or 2,4-diisocyanato-1-methyl-cyclohexane as well as the 4,4'-dicyclohexylmethane, 4,4'-dicyclohexylalkylidene, 4,4-dicyclohexyl ether diisocyanate or isophorone diisocyanate in their various stereoisomers or stereoisomer mixtures.
  • the OH / NCO ratios are between 1: 1.4 to 1: 4.0, preferably 1: 1.6 to 1: 3.8, selected, so that NCO prepolymers with an NCO content of 1.4 to about 4.5% by weight, preferably 1.8 to 4.0% by weight, of NCO, arise.
  • the OH / NCO ratio must be dependent of the molecular weight of the macrodiol within the ratio specified here are chosen so that the NCO content of the NCO prepolymer in the here measured Area falls.
  • Lewis acid catalysts such as tin salts or e.g. Organotin compounds such as organotin carboxylates or halides, dibutyltin dilaurate, inorganic Organic acid salts, e.g.
  • Tin octoate, tin stearate, Tin acetate, lead octoate, plug-in catalysts such as organotin alcoholates, ⁇ -dicarbonyl compounds, oxides, mercaptides, sulfides, organoamine tin compounds, phosphine tin compounds: furthermore are Lewis base catalysts such as tertiary amines, phosphines, pyridines as catalysts suitable, as in the prior art of Polyurethane production are known in principle.
  • Lewis base catalysts such as tertiary amines, phosphines, pyridines as catalysts suitable, as in the prior art of Polyurethane production are known in principle.
  • dibutyltin dilaurate (Desmorapid® Z / Bayer AG) or diazobicyclooctane (DABCO®).
  • DABCO® diazobicyclooctane
  • chlorobenzene are particularly suitable for this, N-methylpyrrolidone, dimethyl sulfoxide and especially most of them also used as spinning solvents Amide solvent dimethylformamide and dimethylacetamide.
  • NCO prepolymer stage synthesized NCO prepolymers also Macro diisocyanates are called
  • highly polar solvents with chain extenders f preferably aliphatic diamines and chain terminators / Blocking agents (secondary monoamines) g
  • Diamines used e.g. 1,2-propylenediamine, 1,4-diaminobutane, 1,6-diaminohexane, 1,3-diamino-cyclohexane or also 1,3-diamino-2,2-dimethylpropane; prefers however, ethylenediamine is the sole or predominant Chain extender used.
  • Cycloaliphatic diamines can also be used in proportions ⁇ 50 mol-X are used as co-chain extenders, e.g. 1,3-diamino-cyclohexane.
  • Secondary amines such as piperazine, N-methylethylenediamine can also be used or N, N'-dimethylethylenediamine as codiamines be used, but this is less preferred.
  • the chain extension reaction is preferably carried out in solution using highly polar solvents such as dimethyl sulfoxide, N-methylpyrrolidone, but preferably Dimethylformamide or especially dimethylacetamide.
  • the viscosity of the elastomer solution required for the preferred dry spinning process is generally in the range from 10 to 350 Pa.s at 50 ° C. and a shear rate of 23 s -1 , the concentration of the spinning solution being between 18 and 34% by weight.
  • the elastomer solutions produced by the process according to the invention can have solids concentrations of up to 40% and more, the viscosity of the elastomer solution being in the range from 100 to 250 Pa.s at 50 ° C. (shear rate 23 s -1 ).
  • the - if necessary up to heated to approx. 120 ° C - spinning solutions with viscosities of at least 30 Pa.s at 50 ° C through nozzles in one to about 150 to 250 ° C heated, about 4 to 8 m long spinning shaft, in the air heated to about 150 to 350 ° C or blowing in inert gases such as nitrogen or steam will be spun.
  • the solutions prepared according to the invention have one Viscosity stability of at least ⁇ 20% over at least 5 days, preferably at least 7 days compared to the discontinuous process cheaper.
  • the elastomer solutions produced according to the invention can also the usual ones for various purposes Additives i) are added in effective amounts.
  • Additives i) are added in effective amounts.
  • Such zinc oxides with alkaline earth oxides or Carbonates as additives can have excellent chlorine resistance of ether as well as polyester elastomer threads against chlorine water (detergents / swimming pools / bleach) can be achieved without a high Purity requirement, e.g. in zinc oxide or trace sulfur content, should adhere to.
  • the elastomer solutions obtained by the process according to the invention can according to the specified procedures Spun elastomer threads, but also for film coatings or similar fabrics will. This can be done by drying or by coagulation happen.
  • the elastomer solutions according to the invention show an unusual one Combination of excellent solubility and constant viscosity, even at high temperature and long storage times.
  • the tenacity was determined based on DIN 53 815 (cN / dtex).
  • the maximum tensile force elongation (in%) was also carried out in accordance with DIN 53 815.
  • the module at 100% or 300% initial elongation was determined in cN / dtex at an elongation rate of 4 x 10 -3 meters per second.
  • the residual elongation was determined after five expansions to 300% and after a recovery time of 60 seconds.
  • the measurement of heat distortion temperature (HDT), hot tear time (HRZ) or hot water voltage drop (HWSA) takes place according to methods described in man-made fibers / textile industry, January 1978, issue 1178, 28.180. Vintage are described on pages 44 to 49. Corresponding information can also be found in DE-A-25 42 500 (1975).
  • the spinning was carried out after the dry spinning process according to the examples under the following conditions: Shaft temperature 200 ° C Air temperature 220 ° C Air volume 40 m 3 / h jet 12 holes, diameter 0.3 mm Spin head temperature 80 ° C Air swirl nozzle 0.6 bar Deduction of godets 1, 2, 3 325/340/340 m / min
  • Example 1 NCO prepolymer solution for Examples 3, 4, 5, 7 and 8)
  • the solution was spun using the dry spinning method via a 12-hole nozzle with holes from 0.3 mm diameter each.
  • the textile data are in table 1 and the long-term viscosity behavior is in table 2 summarized.
  • Example 4 (comparison to Example 7)
  • Example 5 (comparison to Example 8)
  • Example 6 (comparison to Example 9)
  • the diameter of the fabric nozzle 1 and the mixing nozzle 2 was 0.5 mm and 0.75 mm.
  • the NCO prepolymer solution was the nozzle reactor with a form of 25 bar and a mass flow of 45 kg / h and the Amine solution with a pre-pressure of 28 bar and a mass flow of 15 kg / h using the metering pumps 5 and 6 fed.
  • the residence time in the mixing zone was approx. 0.5 to 5 ms. Then the reaction solution got into the Post-reaction part, in which they for post-reaction 50 ° C was heated with the heat exchanger 16.
  • the gear pump 12 moved the mass flow at 90 kg / h and promoted 30 kg / h in the heat exchanger and 60 kg / h from the Post-reaction part. Then the finished, clear, homogeneous and gel-free elastomer solution with the discharge pump 13 promoted from the device.
  • the elastomer solution has an elastomer solids content of 30% by weight and a solution viscosity of only 56 Pa.s / 50 ° C. The inherent viscosity was 1.13 dl / g. In this elastomer solution additives were added as in Example 3.
  • the polymer solution was analogous using the dry spinning process spun (data of the fibers are in Tab. 1 and the long-term viscosity behavior shown in Tab. 2).
  • Examples 8 and 9 were carried out according to example 7 in the device described there under the same reaction conditions.
  • Table 3 shows the composition of the starting components and the viscosity and the inherent viscosity of the elastomer solutions obtained.
  • Example 8 Example 9 Template container 3: NCO prepolymer with the prepolymer concentration from example 1 45.75% from example 2 28.86% Template container 3 : 45.9 parts 72.8 parts Template container 4 : 15.3 parts 24.3 parts Composition template Container 4: - ethylenediamine 394.8 parts 325.8 parts - diethylamine 24.6 parts 20.3 parts - dimethylacetamide 14,880.0 parts 23,910.8 parts
  • the elastomer solution obtained had the following characteristics: - solids content 35% 22% - viscosity 70 Pa.s / 50 ° C 90 Pa.s / 20 ° C - inherent viscosity (see measurement instructions) 1.01 dl / g 1.32 dl / g
  • Example 3 additives were added to the elastomer solutions obtained. They were spun using the dry spinning method analogous to this example. Table 1 summarizes the textile data and Table 2 summarizes the long-term viscosity behavior. It should be particularly pointed out that elastane threads with increased extensibility are obtained by the process according to the invention, which is of particular advantage for a number of application areas.
  • Service life behavior of the elastomer solutions from Examples 3, 4, 5, 7, 8 at 25 ° C example Solution viscosities [Pa.s (50 ° C; in Example 3: 20 ° C)] 1.
  • the diameter of the fabric nozzle 23 was 0.4 mm and Mixing nozzle 24 had two holes with a diameter of 0.6 mm.
  • the NCO prepolymer was first pre-printed of 30 bar and a mass flow of 45 kg / h and the amine solution with a pre-pressure of 35 bar and a Mass flow of 15 kg / h supplied.
  • the dwell time in the mixing zone was approximately 100 ms. After a short drive there were uncontrolled pressure fluctuations up to> 40 bar on that with a swelling of the emerging reaction solution were connected so that the experiment was terminated had to become.
  • the diameter of the fabric nozzle 21 was 0.4 mm and Mixing nozzle 22 had a bore of 0.6 mm in diameter.
  • the NCO prepolymer was initially printed on a 20 bar and a mass flow of 45 kg / h and the amine solution with a pre-pressure of 25 bar and a mass flow fed from 15 kg / h.
  • the residence time in the Mixing zone was about 5 ms.
  • the spinning solution obtained from this contained microgels during the subsequent dry spinning of the spider solution repeated fiber tears.

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Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von in ihrer Lösungsviskosität überraschend stabilen Spinn-Lösungen von segmentierten Polyurethanharnstoff-Elastomeren in hochpolaren Lösungsmitteln wie Dimethylformamid (DMF) oder Dimethylacetamid (DMAC), ohne bzw. mit verminderter Verpastungstendenz und ohne bzw. mit sehr geringem Gelgehalt, gekennzeichnet durch die Verwendung einer mehrstufigen Düsenreaktor-Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for producing of surprisingly stable in their solution viscosity Spinning solutions of segmented polyurethane urea elastomers in highly polar solvents such as dimethylformamide (DMF) or dimethylacetamide (DMAC) without or with reduced tendency to paste and without or with a very low gel content, characterized by the Use of a multi-stage nozzle reactor device to carry out the procedure.

Erfindungsgegenstand ist weiterhin ein mehrstufiger Düsenreaktor ohne mechanisch bewegliche Teile als Vorrichtung, welcher durch sehr schnelles und intensives Vermischen der Reaktionskomponenten miteinander erlaubt, z.B. segmentierte Polyurethanharnstoff-Elastomere als homogene Lösungen in hochpolaren Losungsmitteln kontinuierlich herzustellen.The subject of the invention is also a multi-stage nozzle reactor without mechanically moving parts as a device, which by very fast and intense Mixing of the reaction components allowed, e.g. segmented polyurethane urea elastomers as homogeneous solutions in highly polar solvents continuously to manufacture.

Weiterer Erfindungsgegenstand sind die nach dem Verfahren und mittels dieser Vorrichtung erhältlichen Elastanspinnlösungen bzw. daraus erhältliche Elastanfasern.Another subject of the invention are those according to the method and obtainable by means of this device Elastane spinning solutions or elastane fibers obtainable therefrom.

Unter Elastanfasern werden Fäden verstanden, die zu mindestens 85 Gew.-% aus segmentierten Polyurethan(harnstoff)en bestehen. Derartige Elastanfasern werden üblicherweise hergestellt, indem zunächst ein langkettiges Diol (Makrodiol) mit einem aromatischen Diisocyanat endständig verkappt wird, so daß man ein Makrodiisocyanat (NCO-Prepolymer) erhält. Das NCO-Prepolymer wird dann in einem zweiten Schritt mit einem Kettenverlängerungsmittel, welches üblicherweise aus einem (cyclo)aliphatischen Diamin besteht, in Lösung zu einem hochmolekularen Polyurethanharnstoff umgesetzt. Diese Polyurethanharnstoffe sind so aufgebaut, daß das Makromolekül eine Segmentstruktur aufweist, d.h. aus hochschmelzenden kristallinen und niederschmelzenden amorphen Segmenten (Hart- bzw, Weichsegmenten) besteht. Die Hartsegmente wirken dann im Feststoff aufgrund ihrer Kristallinitat als Fixpunkte des Netzwerkes und sind damit maßgebend für die Festigkeit und den Erweichungsbereich der aus dem Polymeren hergestellten Formkörper. Die Weichsegmente hingegen, deren Glasübergangstemperatur unterhalb der Gebrauchstemperatur liegen soll, sind für die Elastizität der Elastomere maßgebend (B. v. Falkai, Synthesefasern, Verlag Chemie, 1981, S, 179 bis 187).Elastane fibers are understood to mean threads that are too at least 85% by weight of segmented polyurethane (urea) consist. Such elastane fibers are commonly used made by first making a long chain Diol (macrodiol) terminated with an aromatic diisocyanate is capped so that you get a macro diisocyanate (NCO prepolymer). The NCO prepolymer is then in a second step with a chain extender, which usually consists of a (cyclo) aliphatic Diamine is made up in solution to a high molecular weight Implemented polyurethane urea. These polyurethane ureas are constructed so that the macromolecule Has segment structure, i.e. from high-melting crystalline and low-melting amorphous segments (Hard or soft segments). The hard segments then act in the solid due to their crystallinity as fixed points of the network and are therefore decisive for the firmness and the softening range of the the molded article produced by the polymer. The soft segments however, whose glass transition temperature is below the temperature of use should be for the elasticity of the elastomers (B. v. Falkai, synthetic fibers, Verlag Chemie, 1981, pp. 179 to 187).

Üblicherweise wird die Kettenverlängerung diskontinuierlich so durchgeführt, daß man in einem Rührkessel bei verminderter Temperatur den Kettenverlängerer (ein aliphatisches Diamin, vorzugsweise Ethylendiamin) und eventuell einen Kettenabbrecher, ein sekundäres Monoamin, wie z.B. Diethylamin in einem polaren Lösungsmittel (DMF bzw. DMAC) vorlegt (und vorzugsweise mit Kohlendioxid versetzt). Zu dieser nun vorzugsweise durch CO2-Zusatz erhaltenen und in ihrer Reaktivität verminderten Suspension des Diamincarbamats wird dann das NCO-Prepolymer zugesetzt und unter Rühren entsteht eine Elastomerlösung mit definiertem Elastomerfeststoffgehalt. Ein Nachteil bei dieser Art der Herstellung liegt darin, daß die angestrebte Viskosität der Elastanlösungen häufig nicht in dem beabsichtigten Bereich liegt, der zur Weiterverarbeitung notwendig ist und dann durch Nachdosieren z.B. von aliphatischen Diisocyanaten auf die gewünschte Viskosität eingestellt werden muß. Ein weiterer Nachteil ist die Verpastung von Teilen der Lösung und/oder das Vorhandensein von Gelteilchen, wenn nicht ausreichend vermischt wurde, Solche Elastanlösungen können dann nicht praktikabel weiterverarbeitet werden. Außerdem enthalten diskontinuierlich hergestellte Lösungen wegen mangelnder Durchmischungsintensität offensichtlich stärker verzweigte Polyurethanharnstoffe, welche bei gegebener Konzentration höhere Viskositäten aufweisen als mehr linear aufgebaute Polyurethanharnstoffe.The chain extension is usually carried out batchwise in such a way that the chain extender (an aliphatic diamine, preferably ethylene diamine) and possibly a chain terminator, a secondary monoamine, such as diethylamine in a polar solvent (DMF or DMAC) are placed in a stirred kettle ( and preferably mixed with carbon dioxide). The NCO prepolymer is then added to this suspension of the diamine carbamate, which is now preferably obtained by adding CO 2 and has a reduced reactivity, and an elastomer solution with a defined elastomer solids content is formed with stirring. A disadvantage of this type of production is that the desired viscosity of the elastane solutions is often not in the intended range, which is necessary for further processing and then has to be adjusted to the desired viscosity by subsequent dosing, for example of aliphatic diisocyanates. Another disadvantage is the pasting of parts of the solution and / or the presence of gel particles if not mixed sufficiently. Such elastane solutions cannot then be practically processed further. In addition, discontinuously produced solutions obviously contain more branched polyurethane ureas because of a lack of mixing intensity, which, at a given concentration, have higher viscosities than more linear polyurethane ureas.

Zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit (Schnellspinnen) und auch aus ökologischer Sicht (Senkung des Lösungsmittelanteils in der Elastanspinnlösung) soll möglichst aus Elastanspinnlösungen mit hohen Feststoffkonzentrationen ≥ 30 % versponnen werden. Bei diesen hohen Feststoffkonzentrationen treten jedoch besondere Probleme hinsichtlich einer begrenzten Löslichkeit der Polymeren auf, insbesondere bei längeren Lagerzeiten der Spinnlösungen, die sich in einer Verpastung oder Viskositätserhöhung äußert. Die so zunehmende Unlöslichkeit führt häufig dazu, daß die Elastanlösung nicht mehr weiterverarbeitet bzw. versponnen werden kann. Die Ursache dieser Phänomene kann dabei unterschiedlicher Art sein.To improve economy (fast spinning) and also from an ecological point of view (lowering the proportion of solvents in the elastane spinning solution) should be as possible Elastane spinning solutions with high solids concentrations ≥ 30% spun. At these high solids concentrations however, there are special problems regarding a limited solubility of the polymers, especially with long storage times of the spinning solutions, resulting in a paste or viscosity increase expresses. The increasing insolubility often leads to the fact that the elastane solution is no longer processed or can be spun. The cause of this Phenomena can be of different types.

Folgende Ursachen können bei hochkonzentrierten Elastanlösungen beispielsweise zur Verschlechterung der Löslichkeit führen:

  • 1. Je niedriger der Lösungsmittelanteil wird, umso schneller tritt die Desolvatation der Weichsegmente, bestehend aus hochmolekularen Polyester-oder Polyetherdiolen (Makrodiolen), bevorzugtes Molekulargewicht von 2.000, ein. Dieser Prozeß wird noch verstärkt, je höher das Molekulargewicht, z.B. 3.000 bis 8.000, des Makrodiols ist. Zudem sind Polyetherdiole in den üblichen Lösungsmitteln schwerer löslich als Polyesterdiole. Verstarkt wird die Desolvatation insbesondere bei Verwendung von Polyether-Polyesterdiol-Mischungen, da diese aufgrund der unterschiedlichen Löslichkeit von vornherein eine Entmischungstendenz durch Mikrophasentrennung aufweisen.
  • 2. Für besondere Anwendungszwecke, bei denen besonders hohe Festigkeiten und Thermostabilitäten erwünscht sind, wird ein höherer Diisocyanatanteil als üblich (NCO-Gehalt bezogen auf Feststoff ≥ 2,5 Gew.-%) eingesetzt. Der dadurch im Elastan bedingte hohe Anteil an Polyharnstoffsegmenten führt zu einer verminderten Löslichkeit und gesteigerter Verpastungstendenz der Elastanlösung.
  • 3. Da bekanntermaßen eine Temperaturerhöhung zu einer Senkung der Lösungsviskosität führt, werden häufig hochkonzentrierte Elastanlösungen bei erhöhter Temperatur, beispielsweise 50°C, gelagert. Dies hat jedoch in vielen Fällen bereits nach 1 bis 2 Tagen eine drastische Viskositätsänderung der Elastanlosung zur Folge, die häufig auf einem Molekulargewichtsaufbau beruht. Es wird vermutet, daß es sich hier im wesentlichen um eine Endgruppenaminolyse handelt, bei der die sekundären Monoamine oder ihre Umsetzungsprodukte (zum Kettenabbruch) durch die primären Aminoendgruppen (aus überschüssigen Diamin-Kettenverlängerungsmitteln wie Ethylendiamin) aus den Harnstoffbindungen verdrängt werden und insbesondere bei etwa äquivalenten Mengen an sekundären und primären Amingruppen zu besonders hohem Viskositätsaufbau führen.
  • 4. Längeres Erhitzen von Elastanlösungen oder -pasten - z.B. 2 bis 5 Stunden auf 80 bis 120°C führt dagegen zumeist zu einem Molekülabbau - erkennbar am Rückgang des ηrel-Wertes der Polymersubstanz mit steigender Einwirkungsintensität-, -, der jedoch schlecht kontrollierbar verläuft, einen hohen Energieaufwand erfordert und häufig zu Elastanlösungen, welche sich nicht oder nur mit vielen Spinnfehlern verspinnen lassen, führt!
  • The following causes can, for example, lead to a deterioration in solubility in highly concentrated elastane solutions:
  • 1. The lower the proportion of solvent, the faster the desolvation of the soft segments, consisting of high molecular weight polyester or polyether diols (macrodiols), preferred molecular weight of 2,000, occurs. This process is intensified the higher the molecular weight, for example 3,000 to 8,000, of the macrodiol. In addition, polyether diols are less soluble in common solvents than polyester diols. Desolvation is intensified particularly when using polyether-polyester diol mixtures, since these have a tendency to segregate due to the different solubility due to micro-phase separation.
  • 2. For special applications in which particularly high strengths and thermal stabilities are desired, a higher proportion of diisocyanate than usual (NCO content based on solids ≥ 2.5% by weight) is used. The resulting high proportion of polyurea segments in the elastane leads to a reduced solubility and an increased tendency to paste the elastane solution.
  • 3. Since it is known that an increase in temperature leads to a reduction in the solution viscosity, highly concentrated elastane solutions are often stored at elevated temperature, for example 50 ° C. In many cases, however, this results in a drastic change in the viscosity of the elastane solution after only 1 to 2 days, which is often based on a molecular weight build-up. It is believed that this is essentially an end-group aminolysis in which the secondary monoamines or their reaction products (for chain termination) are displaced from the urea bonds by the primary amino end groups (from excess diamine chain extenders such as ethylenediamine) and in particular in the case of approximately equivalent ones Amounts of secondary and primary amine groups lead to a particularly high increase in viscosity.
  • 4.Longer heating of elastane solutions or pastes - e.g. 2 to 5 hours at 80 to 120 ° C usually leads to a degradation of the molecule - recognizable by the decrease in the η rel -value of the polymer substance with increasing exposure intensity-, - which, however, is difficult to control , requires a lot of energy and often leads to elastane solutions that cannot be spun or can only be spun with many spinning defects!
  • Wenn die Polyaddition (Kettenverlängerung) in den üblicherweise dafür verwendeten polaren organischen Lösungsmitteln, insbesondere mit Ethylendiamin, durchgeführt wird, sinkt mit steigendem Molekulargewicht die Löslichkeit, so daß mit Verpastung gerechnet werden muß. Daher läßt man häufig die Polyaddition bei diskontinuierlicher Arbeitsweise bis zu einer festgelegten Viskosität ablaufen und/oder setzt einen monofunktionellen Kettenabbrecher, wie Dibutylamin, Octylamin, Butanonoxim (Houben Weyl Band E 20/Teil 2, S. 1642), vorzugsweise jedoch Diethylamin (Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. A 10, S. 612), hinzu. Damit erhält man gleichzeitig eine engere Molekulargewichtsverteilung.If the polyaddition (chain extension) in the usual polar organic solvents used for this, in particular with ethylenediamine the solubility decreases with increasing molecular weight, so that pasting must be expected. Therefore one often leaves the polyaddition at discontinuous Work up to a specified viscosity and / or uses a monofunctional chain terminator, such as dibutylamine, octylamine, butanone oxime (Houben Weyl Volume E 20 / Part 2, p. 1642), but preferably diethylamine (Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. A 10, p. 612). So you get at the same time a narrower molecular weight distribution.

    Um vor der sehr schnellen aliphatischen Amin/NCO-Reaktion eine ausreichende Vermischung der aliphatischen (Di)Aminmischung mit der NCO-Prepolymerlösung zu erreichen, wird bei der diskontinuierlichen Reaktionsführung der (Di)Aminmischung Kohlendioxid zugesetzt. Die entstandene Carbamatsuspension reagiert dann mit dem NCO-Prepolymer sehr verlangsamt unter CO2-Freisetzung (s. DE-A-1 223 154 oder DE-A-1 222 253). Bei einem Verfahren ohne Kohlendioxid muß dagegen mit einer Vorrichtung eine sehr schnelle Vermischung erreicht werden.In order to achieve sufficient mixing of the aliphatic (di) amine mixture with the NCO prepolymer solution before the very fast aliphatic amine / NCO reaction, carbon dioxide is added to the (di) amine mixture in the batchwise reaction procedure. The resulting carbamate suspension then reacts very slowly with the NCO prepolymer, releasing CO 2 (see DE-A-1 223 154 or DE-A-1 222 253). In contrast, in a method without carbon dioxide, very rapid mixing must be achieved with one device.

    Das schnelle Vermischen von zwei oder mehreren reaktiven Flüssigkeiten ist in der Polyurethan-Chemie eine an sich übliche Technik zur Durchführung von Polyadditionsreaktionen von NCO-Vorprodukten mit Wasser, aliphatischen Diolen oder aromatischen Diaminen. Dabei müssen alle Verfahrensoperationen wie das Dosieren, Mischen und Befüllen von Formkörpern vor Beginn der chemischen Reaktion (Topfzeit) überwiegend abgeschlossen sein.The quick mixing of two or more reactive Liquids are inherent in polyurethane chemistry Common technique for performing polyaddition reactions of NCO precursors with water, aliphatic Diols or aromatic diamines. Everyone has to Process operations such as dosing, mixing and Filling moldings before the start of chemical Most of the reaction (pot life) has been completed.

    Zentrale Operation ist das Mischen vorgegebener Flüssigkeitsmengen. Hierzu gehört das Mischen in Batch mit mechanischen Rührern oder im Durchlauf durch Rotor/Stator-Dispergiermaschinen und Stachelmischern (s. Kunststoffhandbuch, Band 7, Carl Hauser Verlag 1977). Darüberhinaus ist in der PU-Technik das Mischen mit Hochdruckmischern üblich (s. H. Proksa, Kunststoffberater 3/1988; Hochdruckvermischung, Wegbereiter moderner PU-Technik), wobei zwei Reaktionskomponenten unter hohem Druck über Düsen in einer kleinen Mischkammer gegeneinandergedüst und durch die intensive Turbulenz vermischt werden (s. DE-A-2 344 135 und DE-A-1 157 386). Die Reaktionszeiten solcher Polyurethan-Reaktionen liegen mindestens im Sekundenbereich.The central operation is the mixing of specified amounts of liquid. This includes mixing in batch with mechanical Stirrers or as they pass through rotor / stator dispersing machines and prick mixers (see plastic manual, Volume 7, Carl Hauser Verlag 1977). Furthermore is mixing with high pressure mixers in PU technology usual (see H. Proksa, plastic consultant 3/1988; High pressure mixing, pioneer of modern PU technology), being two reaction components under high pressure over Nozzles jetted together in a small mixing chamber and are mixed by the intense turbulence (see DE-A-2 344 135 and DE-A-1 157 386). The response times such polyurethane reactions are at least in the second range.

    Da die Polyadditionsreaktionen von NCO-Vorprodukten mit den aliphatischen Diaminen bei der Elastan-Herstellung aber erheblich schneller ablaufen als mit Diolen, Wasser oder aromatischen Diaminen und im Millisekundenbereich bereits hochviskose Reaktionsprodukte entstehen, sind diese Vorrichtungen für die kontinuierliche Kettenverlängerung von NCO-Prepolymeren mit Diaminen wenig geeignet: Die Reaktion läuft schneller ab, als die Mischung der Reaktionskomponenten erfolgen kann. Es sei denn, daß die zur Verfügung stehende Mischzeit durch Zugabe von reaktionshemmenden Zusätzen erheblich verlängert werden kann, wie z.B. durch Zugabe von Trockeneis (CO2) zum Diamin, so daß die Reaktion über die wesentlich langsamer reagierende Carbamatstufe abläuft und/oder zusätzlich durch die tiefere Temperatur gebremst ist.However, since the polyaddition reactions of NCO precursors with the aliphatic diamines during elastane production take place considerably faster than with diols, water or aromatic diamines and highly viscous reaction products are formed in the millisecond range, these devices are little for the continuous chain extension of NCO prepolymers with diamines Suitable: The reaction proceeds faster than the mixing of the reaction components can take place. Unless the available mixing time can be extended considerably by adding reaction-inhibiting additives, such as adding dry ice (CO 2 ) to the diamine, so that the reaction proceeds via the much slower-reacting carbamate stage and / or additionally through the lower temperature is braked.

    In der EP-A-399 266 wird ein Verfahren zur Herstellung von hochkonzentrierten, feinteiligen Dispersionen aus der Schmelze von hochschmelzenden organischen Verbindungen, jedoch keine Reaktionsmischungen, beschrieben, indem man eine Schmelze zur Bildung einer Vorsuspension in eine kältere flüssige Phase bei einer Temperatur unterhalb der Kristallisationstemperatur eindosiert und diese Voremulsion in einer nachgeschalteten Homogenisierdüse feindispergiert. Als Dispergierapparatur werden u.a. eine Emulgiervorrichtung mit einer Mischdüse und einer nachgeschalteten Homogenisierdüse angegeben.EP-A-399 266 describes a process for the production from highly concentrated, finely divided dispersions the melt of high-melting organic compounds, however no reaction mixtures, described, by using a melt to form a pre-suspension into a colder liquid phase at a temperature below metered the crystallization temperature and this pre-emulsion in a downstream homogenizing nozzle finely dispersed. As a disperser i.a. an emulsifying device with a mixing nozzle and specified a downstream homogenizing nozzle.

    Das gleiche trifft auch für einfache Mischdüsen in einem Gleichstromreaktor zu, die z.B. nach der EP-A-0 303 907 zur Herstellung von wässrigen Polyurethandispersionen verwendet werden, indem man ein NCO-Prepolymer mit Wasser vermischt.The same applies to simple mixing nozzles in one DC reactor, which e.g. according to EP-A-0 303 907 for the production of aqueous polyurethane dispersions used by using an NCO prepolymer with water mixed.

    Solche Dispergiervorrichtungen sind aber in ihren Mischzeiten noch zu langsam, und sind nur dann geeignet, wenn die Reaktionszeit mehr als 0,1 Sekunden beträgt.Such dispersing devices are in their mixing times still too slow, and are only suitable if the response time is more than 0.1 seconds.

    Ohne Desaktivierung z.B. mit Kohlendioxid lassen sich Polyadditionen mit aliphatischen oder cycloaliphatischen Diaminen oder mit durch Katalysator oder Anhebung der Mischtemperatur in ihrer Reaktivität beschleunigten Diolen, nicht durchführen. Solcherart hergestellte Reaktionslösungen enthalten dann Stippen und Gelkörper und sind deshalb für die Weiterverarbeitung (insbesondere störungsfreies Verspinnen) nicht geeignet.Without deactivation e.g. with carbon dioxide Polyadditions with aliphatic or cycloaliphatic Diamines or with by catalyst or raising the Reactivity accelerated mixing temperature Diols, do not perform. Such manufactured Reaction solutions then contain specks and gel bodies and are therefore suitable for further processing (in particular interference-free spinning) not suitable.

    Aufgabe der Erfindung war somit die Realisierung eines kostensenkenden und auch umweltverträglichen Herstellverfahrens (Verwendung von weniger Lösungsmittel und Verbesserung der Wirtschaftlichkeit durch Schnellspinnen) für hochkonzentrierte Elastan-Spinnlösungen mit verbesserten Fließeigenschaften (Verbesserung der Spinnfähigkeit durch eine geringere Lösungsviskosität bei Erhalt der nötigen Molekulargewichte) und einer verbesserten Viskositätskonstanz bei langen Lagerzeiten von Spinnlösungen ohne Einbußen im thermischen und elastischen Verhalten der daraus erhaltenen Endprodukte sowie eine gelfreie Form von Spinnlösungen mit erhöhter Linearität des Polymeren.The object of the invention was therefore to implement a cost-reducing and also environmentally friendly manufacturing process (Use less solvent and Improvement of economy through fast spinning) for highly concentrated elastane spinning solutions with improved flow properties (Improved spinnability through a lower Solution viscosity while maintaining the necessary molecular weights) and an improved viscosity constancy long storage times of spinning solutions without loss in thermal and elastic behavior of the resulting End products as well as a gel-free form of spinning solutions with increased linearity of the polymer.

    Diese Vorteile, wie sie aus der Beschreibung und den Beispielen im einzelnen hervorgehen, konnten durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Misch- und Homogenisiervorrichtung (in Form eines mehrstufigen Düsenreaktors) bei der Polyaddition erreicht werden. Hierbei wurden einfache aber höchst wirksame Mischvorrichtungen weitgehend ohne mechanisch bewegte Mischaggregate eingesetzt, jedoch müssen diese in bestimmter Weise für schnellste Reaktionsabläufe konstruiert werden und vorzugsweise mehrere Stufen enthalten. These advantages as they appear from the description and the Examples could emerge from the Use of the mixing and homogenizing device according to the invention (in the form of a multi-stage nozzle reactor) can be achieved in the polyaddition. Here were simple but highly effective mixing devices largely used without mechanically moving mixing units, however, these need to be used in a certain way fastest reaction processes are constructed and preferably contain several levels.

    Gegenstand der Erfindung ist ein kontinuierlich betriebenes Verfahren, zur Herstellung von hochkonzentrierten Elastanspinnlösungen mit verbesserten Fließeigenschaften und hoher Viskositätskonstanz bei langer Standzeit bei Erhalt des üblichen thermischen und elastischen Eigenschaftsniveaus der aus diesen Lösungen erhältlichen Elastanfasern bevorzugt erhältlich aus entsprechend hergestellten segmentierten Polyurethanharnstoffen mit bestimmten Monoaminen und/oder Monoisocyanaten als Kettenabbrecher.The invention relates to a continuously operated Process for the production of highly concentrated Elastane spinning solutions with improved flow properties and high viscosity constancy with a long service life Maintaining the usual level of thermal and elastic properties the one available from these solutions Elastane fibers preferably available from accordingly produced segmented polyurethane ureas with certain monoamines and / or monoisocyanates as chain terminators.

    Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können problemlos hochkonzentrierte Elastanspinnlösungen auf Basis von Polyurethanharnstoffen mit einem Feststoffanteil bis zu 40 Gew.-% hergestellt werden, die eine hervorragende Löslichkeit und Viskositätskonstanz, auch bei Einstellung eines höheren Anteil an Hartsegmenten z.B. durch einen höheren Diisocyanatanteil, und überraschenderweise auch eine Verringerung der Viskosität der Elastanspinn-Lösung bei gleicher Konzentration des Polymeren aufweisen.According to the method of the invention can easily highly concentrated elastane spinning solutions based on Polyurethane ureas with a solids content of up to 40 wt .-% are produced, which is excellent Solubility and constant viscosity, even when adjusted a higher proportion of hard segments e.g. by a higher proportion of diisocyanate, and surprisingly also a reduction in the viscosity of the elastane spinning solution have at the same concentration of the polymer.

    Es wurde nun überraschend gefunden, daß sich homogene, hochkonzentrierte, hervorragend viskositätsstabile Spinnlösungen bevorzugt sowohl aus Polyester- oder Polyetherdiolen wie auch insbesondere aus Mischungen von Polyester- und Polyetherdiolen, mit hervorragenden Fließeigenschaften und dadurch besserer Verspinnbarkeit nach dem Verfahren herstellen lassen, wenn man in der Kettenverlängerungsstufe (Polyaddition) die erfindungsgemäße Misch- und Homogenisiervorrichtung (mehrstufiger Düsenreaktor) kontinuierlich arbeitend einsetzt. Aufgrund der sehr schnellen Vermischung während des Reaktionsablaufs kann dann auf den Einsatz z.B. von Kohlendioxid als Reaktionshemmer verzichtet werden.It has now surprisingly been found that homogeneous, highly concentrated, excellent viscosity stability Spinning solutions preferably both made of polyester or Polyether diols as well as in particular from mixtures of Polyester and polyether diols, with excellent Flow properties and therefore better spinnability according to the procedure, if you are in the Chain extension stage (polyaddition) the mixing and Homogenizing device (multi-stage nozzle reactor) working continuously starts. Due to the very quick mixing during the The reaction process can then be used e.g. of carbon dioxide as Reaction inhibitors can be dispensed with.

    Gegenstand der Erfindung ist ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von hochkonzentrierten Elastan-Spinnlösungen mit verbesserten Fließeigenschaften und hoher Viskositätskonstanz aus schnell reagierenden Polyadditionskomponenten, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskomponenten aus den Ansatzbehältern in einen mehrstufigen Düsenreaktor, bestehend aus einer Mischkammer mit einer Stoffdüse, einer Mischdüse und einer Homogenisierdüse, die unmittelbar hintereinander geschaltet sind, kontinuierlich eindosiert werden, in der ersten Stufe des mehrstufigen Düsenreaktors die Reaktionskomponenten in der Mischdüse des Reaktors in bis 10 ms miteinander vermischt werden, die reagierende Mischung in einer zweiten Stufe, in einer Homogenisierdüse homogenisiert wird und anschließend in einem nachgeschalteten Reaktor ausreagiert wird.The invention relates to a continuous process for the production of highly concentrated elastane spinning solutions with improved flow properties and high viscosity constancy from fast reacting polyaddition components, characterized in that the reaction components from the Batch containers in a multi-stage nozzle reactor consisting of a Mixing chamber with a fabric nozzle, a mixing nozzle and a homogenizing nozzle, which are connected in direct succession, are continuously metered in the first stage of the multi-stage nozzle reactor, the reaction components in the mixing nozzle of the reactor can be mixed with each other in up to 10 ms reacting mixture in a second stage, in a homogenizing nozzle is homogenized and then in a downstream reactor is reacted.

    Nachstehend wird die Erfindung anhand von Abbildungen näher erläutert:The invention is explained in more detail below with the aid of figures:

    Fig. 1a zeigt einen Schnitt durch einen Düsenreaktor mit kurzen Verweilzeiten des Reaktionsgemisches im Bereich der Mischkammer (nicht erfindungsgemäß).Fig. 1a shows a section through a nozzle reactor with short residence times of the reaction mixture in the area of the mixing chamber (not according to the invention).

    Fig. 1b zeigt einen Schnitt durch einen bekannten Düsenreaktor mit langer Verweilzeit des Reaktionsgemisches (>>100 ms) im Bereich der Mischkammer. 1b shows a section through a known nozzle reactor with a long one Residence time of the reaction mixture (>> 100 ms) in the area of the mixing chamber.

    Fig. 2 zeigt schematisch einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Mehrstufen-Düsenreaktor.Fig. 2 shows schematically a section through an inventive Multi-stage nozzle reactor.

    Fig. 3 zeigt ein Schema des erfindungsgemäßen Gesamtverfahrens zur Herstellung der Spinnlösungen.3 shows a diagram of the overall method according to the invention for Production of spinning solutions.

    Die erfindungsgemäße mehrstufige Düsenreaktor-Vorrichtung ermöglicht, sehr reaktive Komponenten schneller miteinander zu vermischen, als die Reaktion abläuft (z.B. ≤ 10 ms) (Fig. 2). Die bekannte Anordnung (siehe Fig. 1b) ist jedoch ungeeignet, da die Vermischung der Komponenten zu langsam abläuft. (Die Verweilzeit der Reaktionsmischung beträgt hierbei > 100 ms). Wie aus der Zeichnung (Fig. la) hervorgeht, müssen die Stoffdüse (21) und die Mischdüse (22) sehr eng miteinander verkoppelt sein, um eine schnelle, optimale Durchmischung und die Verminderung einer Rückvermischung zu garantieren.The multi-stage nozzle reactor device according to the invention makes it possible to mix reactive components faster than the reaction expires (e.g. ≤ 10 ms) (Fig. 2). The well-known arrangement (see Fig. 1b) is unsuitable because of the mixing the components run too slowly. (The dwell time the reaction mixture here is > 100 ms). As can be seen from the drawing (Fig. La), the fabric nozzle (21) and the mixing nozzle (22) must be very be closely linked to one another for fast, optimal Mixing and reducing backmixing to guarantee.

    Fig. 3 zeigt das Fließbild des erfindungsgemäßen Verfahrens im wesentlichen zur kontinuierlichen Polyurethanharnstoff-Kettenverlängerung aus NCO-Prepolymer-Lösung und (cyclo)aliphatischen Diaminen. In die erfindungsgemäße Kurzzeit-Misch- und Homogenisiervorrichtung nach Fig. 2 (Düsenreaktor genannt), werden die beiden Stoffströme z.B. NCO-Prepolymerlösung (B) und aliphatische Diaminlösung (A) mittels Dosierpumpen 5 und 6 aus den Ansatzbehältern 3 und 4 kontinuierlich eindosiert. Die Gemischbereitung der Aminlösung (Kettenverlängerer, Kettenabbrecher und Lösungsmittel) und der NCO-Prepolymerlösung (NCO- Prepolymer und Lösungsmittel) kann dabei in die Vorlagen eingewogen oder auch mittels Dosierpumpen kontinuierlich hergestellt werden.3 shows the flow diagram of the method according to the invention essentially for continuous polyurethane urea chain extension from NCO prepolymer solution and (cyclo) aliphatic diamines. In the invention Short-term mixing and homogenizing device after Fig. 2 (called nozzle reactor), the two material flows e.g. NCO prepolymer solution (B) and aliphatic Diamine solution (A) using metering pumps 5 and 6 from the Batch containers 3 and 4 metered in continuously. The Mixture preparation of the amine solution (chain extender, chain terminator and solvent) and the NCO prepolymer solution (NCO prepolymer and solvent) can weighed into the templates or using dosing pumps be produced continuously.

    Der mehrstufige Düsenreaktor (s. z.B. Fig. 2) besteht aus einer Hintereinanderschaltung verschiedener Düsen und zwar der Stoffdüse 1, der Mischdüse 2 und der Homogenisierdüse 7 mit den Bohrungen 8 und in einer bevorzugten Ausführung dem Verdrängerkörper 9. Stoffdüse und Mischdüse sind unmittelbar hintereinander geschaltet, so daß die Verweilzeit bis zur vollständigen Durchmischung des Aminstromes (A) mit dem Prepolymerstrom (B) in einer Zeit ≤ 10 ms., vorzugsweise 0,1 bis 5 ms, abgeschlossen ist. Beide Düsen 1 und 2 sind so ausgebildet, daß eine Injektorwirkung entsteht und eine Rückvermischung in den Bereich 10 zwischen beiden Düsen vermieden wird.The multi-stage nozzle reactor (see e.g. Fig. 2) exists from a series connection of different nozzles namely the fabric nozzle 1, the mixing nozzle 2 and the homogenizing nozzle 7 with the holes 8 and in a preferred Execution of the displacer 9. Fabric nozzle and Mixing nozzle are connected in direct succession, so that the residence time until complete mixing the amine stream (A) with the prepolymer stream (B) in a time of ≤ 10 ms, preferably 0.1 to 5 ms is. Both nozzles 1 and 2 are designed that there is an injector effect and backmixing avoided in the area 10 between the two nozzles becomes.

    An den Injektorteil schließt sich die Homogenisierdüse 7 mit den Bohrungen 8 an, die das bereits reagierende Reaktionsgemisch nochmals intensiv homogenisiert. Damit die Durchmischung noch bei möglichst niedriger Viskosität erfolgt, ist das Volumen zwischen Misch- und Homogenisierdüse durch einen Verdrängerkörper 9 minimiert.The homogenizing nozzle is connected to the injector part 7 with the holes 8, which is already reacting Reaction mixture homogenized again intensively. In order to the mixing with the lowest possible viscosity is the volume between the mixing and homogenizing nozzle minimized by a displacer 9.

    Eine der möglichen konstruktiven Ausführungsformen zeigt die Fig. 2.One of the possible constructive embodiments shows 2.

    Das bevorzugte Gesamtverfahren wird anhand der Fig. 3 weiter erläutert:The preferred overall method is shown in FIG. 3 further explained:

    Unmittelbar hinter dem eigentlichen mehrstufigen Düsenreaktor gelangt die Reaktionslösung in den Zwischenpufferkessel 11, (Fig. 3), der die Aufgabe hat, den Düsenreaktor mit seinen vorgeschalteten Dosierpumpen, hydraulisch von dem nachgeschalteten Rohrleitungssystem mit den Austragungspumpen 12 und 13 zu entkoppeln. Hierdurch werden Rückimpulse auf die Dosierpumpen 5 und 6, die Schwankungen im Mikrodosierbereich verursachen können, verhindert. Möglich wäre auch die direkte Einleitung in einen Spinnkessel. Immediately behind the actual multi-stage nozzle reactor the reaction solution gets into the buffer tank 11, (Fig. 3), which has the task of the nozzle reactor with its upstream dosing pumps, hydraulic from the downstream piping system with to decouple the discharge pumps 12 and 13. Hereby back impulses to the metering pumps 5 and 6, the Can cause fluctuations in the microdosing range, prevented. Direct introduction to would also be possible a spinning kettle.

    Der Reaktionsverlauf kann durch direkte Druckmessung in den Düsenreaktor z.B. zwischen Mischdüse 2 und Homogenisierdüse 8 verfolgt werden.The course of the reaction can be measured by direct pressure measurement in the nozzle reactor e.g. between mixing nozzle 2 and homogenizing nozzle 8 are tracked.

    Der Polymerisationsgrad der Polymerlösungen kann über die Viskositätsmeßgeräte 14 und 15 verfolgt werden. Da die Reaktion in dem Zwischenpufferkessel 11 unter Umständen noch nicht vollständig zu Ende geführt ist und damit die Verwendung der Viskosität als Regelgröße zur Steuerung der Rezeptur erschwert ist, ist der Pufferkessel 11 vorzugsweise mit einem Umpumpkreislauf und dieser besonders bevorzugt mit einem Wärmetauscher 16 versehen. Als Wärmetauscher 16 kommen insbesondere sogenannte KSM-Wärmetauscher (die Heiz- bzw. Kühlschlange ist in einem Rohr wie ein Statik-Mischer geformt) in Frage. Durch Erwärmung auf etwa 50 bis 60°C wird in diesem Bereich eine vollständige Umsetzung erreicht, so daß mit dem Viskositätsmeßwert 14 die Viskositätskonstanz durch Regelung der Dosierpumpen 5 und 6 erreicht werden kann. Weitere mögliche Eingriffsparameter zur Steuerung der Viskosität sind die kontinuierliche bzw. gravimetrische Einwaage des Aminkessels über das Verhältnis von Kettenverlängerer zu Kettenabbrecher bzw. durch die Höhe des gewählten Aminüberschusses über den NCO-Endgruppengehalt. Der Druck kann an verschiedenen Stellen der Vorrichtung über Druckmeßgeräte 17 verfolgt werden.The degree of polymerization of the polymer solutions can be about the viscosity measuring devices 14 and 15 are tracked. There the reaction in the buffer tank 11 under certain circumstances has not yet been fully completed and thus the use of viscosity as a control variable for Control of the recipe is difficult, the buffer boiler 11 preferably with a pumping circuit and this particularly preferably provided with a heat exchanger 16. So-called heat exchangers 16 come in particular KSM heat exchanger (the heating or cooling coil is in a tube shaped like a static mixer). By heating to about 50 to 60 ° C in this Area achieved a complete implementation, so that with the viscosity measured value 14 through the viscosity constancy Regulation of the metering pumps 5 and 6 can be achieved. Other possible intervention parameters for controlling the Viscosity are continuous or gravimetric Weighing of the amine boiler via the ratio of chain extender to chain terminators or by the amount of selected amine excess over the NCO end group content. The pressure can be at various points on the device be tracked via pressure gauges 17.

    Die Vorteile des Verfahrens liegen in der Erzielung hoher Durchsätze in dem Düsenreaktor bei gleichmäßiger Produktqualität (z.B. bezüglich Molgewichtsverteilung) und Produktkonzentration, da jedes Volumenteil an Reaktionslösung bei exakt den gleichen Scher- und Konzentrationsbedingungen gemischt und damit zur Reaktion gebracht wurde und praktisch keine Möglichkeit zu Nebenreaktionen (z.B. Vernetzungsreaktionen) besteht.The advantages of the method lie in the achievement high throughputs in the nozzle reactor with uniform Product quality (e.g. regarding molecular weight distribution) and product concentration since each volume of reaction solution with exactly the same shear and concentration conditions mixed and thus for reaction was brought and practically no way to Side reactions (e.g. cross-linking reactions) exist.

    Die erfindungsgemäß aufgebauten, segmentierten Polyurethanharnstoff-Elastomere liefern klare, gelfreie stabile Spinnlösungen, die nach üblichen Naß- und besonders nach dem Trockenspinnverfahren auch bei hoher Feststoffkonzentration (z.B. 30 bis 40 Gew.-%) sehr gut verarbeitet werden können. Die erfindungsgemäß hergestellten, vorzugsweise hochkonzentrierten Spinnlösungen besitzen eine hervorragende Viskositätsstabilität sowohl bei 25°C als auch bei 50°C bei Lagerzeiten (z.B. auch bei hohen Konzentrationen) bis zu mindestens 5 Tagen und länger.The segmented polyurethane urea elastomers constructed according to the invention deliver clear, gel-free stable Spinning solutions that according to usual wet and special after the dry spinning process even with high solids concentration (e.g. 30 to 40% by weight) very well processed can be. The inventive preferably have highly concentrated spinning solutions excellent viscosity stability both at 25 ° C as well as at 50 ° C with storage times (e.g. also at high Concentrations) up to at least 5 days and longer.

    Überraschenderweise besitzen die erfindungsgemäß hergestellten Spinnlösungen eine geringere Viskosität bei vorgegebener Feststoffkonzentration als solche Elastomerlösungen, die nach diskontinuierlichen Polyadditionsverfahren hergestellt werden. Es wird angenommen, daß ein linearer Polymeraufbau erzielt wird, was sich nicht nur auf die Produktivität, sondern auch auf ein besseres Spinnverhalten der Elastanlösungen auswirkt.Surprisingly, those produced according to the invention Spinning solutions have a lower viscosity given solid concentration as such elastomer solutions, those after discontinuous polyaddition processes getting produced. It is believed that a linear polymer structure is achieved, which is not only on productivity, but also on a better one Spinning behavior of the elastane solutions.

    Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen mehrstufigen Düsenreaktors als Misch- und Homogenisier-Vorrichtung, vorzugsweise mit nachgeschaltetem Zwischenpufferkessel, Umpump-Kreislauf und Wärmetauscher, ermöglicht das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren demnach unter Ausnutzung der Vorteile wie Löslichkeitsverbesserung, Viskositätsverminderung, Viskositätskonstanz auch bei längerer Lagerzeit und erhöhter Temperatur sowie verbesserter Qualitätskonstanz, die Herstellung von Elastomer-Fäden ohne Einbußen in dem thermischen und mechanischen Eigenschaftsprofil der Elastanfäden.By using the multi-stage according to the invention Nozzle reactor as a mixing and homogenizing device, preferably with a downstream buffer tank, Pump circulation and heat exchanger, enables the invention Manufacturing process accordingly using advantages such as improved solubility, reduced viscosity, Viscosity constancy also with longer storage time and elevated temperature as well as improved Quality constancy, the production of Elastomer threads without sacrificing thermal and mechanical property profile of the elastane threads.

    Gegenstand der Erfindung sind auch Fäden oder Fasern, hergestellt aus den erfindungsgemäßen Spinnlösungen.The invention also relates to threads or fibers, prepared from the spinning solutions according to the invention.

    Die erfindungsgemäßen Elastan-Lösungen können auch zur Herstellung von Filmen, Folien, Schläuchen oder Beschichtungen eingesetzt werden.The elastane solutions according to the invention can also be used for Manufacture of films, foils, tubes or coatings be used.

    Die Herstellung der erfindungsgemäßen Polyurethanharnstoff-Elastomeren kann nach an sich bekannten Verfahrensstufen erfolgen. Besonder bewährt hat sich die Synthese nach NCO-Prepolymer-Verfahren, wobei in der ersten Verfahrensstufe ein höhermolekulares Diol a) im Lösungsmittel oder in der Schmelze mit Diisocyanat c), gegebenenfalls in Gegenwart niedermolekularer Diole b), zu einem NCO-Prepolymer so umgesetzt wird, daß das NCO-Prepolymer NCO-Endgruppen in bestimmter Menge enthält.The production of the polyurethane urea elastomers according to the invention can according to known process steps respectively. The synthesis has proven particularly successful according to the NCO prepolymer process, the first Process step a higher molecular weight diol a) in the solvent or in the melt with diisocyanate c), if appropriate in the presence of low molecular weight diols b) an NCO prepolymer is reacted so that the NCO prepolymer Contains NCO end groups in a certain amount.

    Als langkettige, höhermolekulare Dihydroxyverbindungen a) (auch Makrodiole genannt) sind insbesondere Polyesterdiole und Polyetherdiole geeignet. Diese Diole haben im allgemeinen Molekulargewichte von 1.000 bis 8.000, vorzugsweise 1.500 bis 4.000.As long-chain, high-molecular dihydroxy compounds a) (also called macrodiols) are especially polyester diols and polyether diols. These diols generally have molecular weights from 1,000 to 8,000, preferably 1,500 to 4,000.

    Als Polyesterdiole sind z.B. Dicarbonsäurepolyester aliphatischer Dicarbonsäuren geeignet, die sowohl mehrere Diole wie auch mehrere Dicarbonsäuren oder Hydroxycarbonsäuren enthalten können. Besonders geeignet sind Adipinsäure-Mischester aus Adipinsäure, Hexandiol-1,6 und Neopentylglykol, Adipinsäure, Butandiol-1,4 und Neopentylglykol oder Adipinsäure, Butandiol-1,4, Neopentylglykol und Hexandiol-1,6.As polyester diols e.g. Aliphatic dicarboxylic acid polyester Suitable dicarboxylic acids, both several Diols as well as several dicarboxylic acids or hydroxycarboxylic acids can contain. Mixed adipic acid esters are particularly suitable from adipic acid, 1,6-hexanediol and neopentyl glycol, Adipic acid, 1,4-butanediol and neopentyl glycol or adipic acid, 1,4-butanediol, neopentyl glycol and 1,6-hexanediol.

    Als langkettige Polyetherdiole eignen sich besonders Polytetramethylenoxiddiole oder ihre Copolyether mit anderen etherbildenden Verbindungen wie Ethylenoxid oder Propylenoxid. Es können auch Mischungen aus den genannten Verbindungen eingesetzt werden.Particularly suitable as long-chain polyether diols Polytetramethylene oxide diols or their copolyethers with others ether-forming compounds such as ethylene oxide or Propylene oxide. Mixtures of the above can also be used Connections are used.

    Weitere höhermolekulare Diolverbindungen, (Makrodiole) z.B. Dihydroxylactonester oder Dihydroxypolycarbonate wie aus dem Stand der Technik bekannt, können ebenfalls eingesetzt werden, ebenso wie weitere, im Stand der Technik bekannte höhermolekulare Diole. Diese umfassen auch mit Diisocyanaten verknüpfte Diole (z.B. im Molverhältnis OH/NCO = 2:1 bis 5:4).Other high molecular weight diol compounds, (macrodiols) e.g. Dihydroxylactone esters or dihydroxypolycarbonates as known from the prior art can also are used, as well as others, in the state of the Technology known high molecular weight diols. These include also diols linked to diisocyanates (e.g. in molar ratio OH / NCO = 2: 1 to 5: 4).

    Niedermolekulare Diole b) sind z.B. Ethylenglykol, Butandiol-1,2, Butandiol-1,4, 1,4- undloder 1,3-Cyclohexandimethanol, N,N-Bis-(β-hydroxypropyl)-methylamin, N,N'-Bis-(β-hydroxyethyl)-piperazin, N,N-Dimethyl-N ,N'-hydroxyethyl-hydrazin und andere Verbindungen dieser Stoffklassen.Low molecular weight diols b) are e.g. Ethylene glycol, 1,2-butanediol, 1,4-butanediol, 1,4-and / or 1,3-cyclohexanedimethanol, N, N-bis (β-hydroxypropyl) methylamine, N, N'-bis (β-hydroxyethyl) piperazine, N, N-dimethyl-N, N'-hydroxyethyl hydrazine and other connections of this Substance classes.

    Als Diisocyanate c) können die üblichen aromatischen Diisocyanate eingesetzt werden. Sie werden gegebenenfalls in Kombination (mit geringeren Anteilen) von (cyclo)aliphatischen Diisocyanaten, gegebenenfalls aber auch die (cyclo)aliphatischen Diisocyanate allein verwendet. Besonders brauchbare Ergebnisse erhält man mit 4,4'-Diphenylmethan-diisocyanat bzw. entsprechenden Isomerengemischen mit untergeordneten Mengen an 2,4'- und/ oder 2,2'-Isomeren, sowie mit Toluoldiisocyanat (TDI). Selbstverständlich ist es möglich, Mischungen von aromatischen Diisocyanaten zu verwenden. Als Mischungskomponenten oder Einzelkomponenten sind weiterhin beispielsweise nachstehende (cyclo)aliphatische Diisocyanate geeignet, insbesondere 1,6-Hexamethylendiisocyanat, 1,8-Octamethylendiisocyanat, 2/3-Methylhexamethylendiisocyanat-1,6 oder 2,4-Diisocyanato-1-methyl-cyclohexan sowie die 4,4'-Dicyclohexylmethan-, 4,4'-Dicyclohexylalkyliden-, 4,4-Dicyclohexyletherdiisocyanate oder Isophorondiisocyanat in ihren verschiedenen Stereoisomeren oder Stereoisomergemischen.The usual aromatic diisocyanates c) Diisocyanates are used. You will if necessary in combination (with smaller proportions) of (Cyclo) aliphatic diisocyanates, but optionally the (cyclo) aliphatic diisocyanates are used alone. You get particularly useful results with 4,4'-diphenylmethane diisocyanate or corresponding isomer mixtures with minor amounts of 2,4'- and / or 2,2'-isomers, and with toluene diisocyanate (TDI). Of course it is possible to use mixtures of aromatic To use diisocyanates. As mixture components or individual components are still, for example the following (cyclo) aliphatic diisocyanates are suitable, in particular 1,6-hexamethylene diisocyanate, 1,8-octamethylene diisocyanate, 2/3-methylhexamethylene diisocyanate-1,6 or 2,4-diisocyanato-1-methyl-cyclohexane as well as the 4,4'-dicyclohexylmethane, 4,4'-dicyclohexylalkylidene, 4,4-dicyclohexyl ether diisocyanate or isophorone diisocyanate in their various stereoisomers or stereoisomer mixtures.

    Bei der Synthese der segmentierten Elastomeren nach dem NCO-Prepolymerverfahren werden die Makrodiole in der Schmelze oder in einem Lösungsmittel mit überschüssigen molaren Mengen an Diisocyanaten c) über die Diole (a+b) so umgesetzt, daß das Reaktionsprodukt Isocyanatendgruppen enthält. Die OH/NCO-Verhältnisse werden zwischen 1:1,4 bis 1:4,0, vorzugsweise 1:1,6 bis 1:3,8, gewählt, so daß NCO-Prepolymere mit einem NCO-Gehalt von 1,4 bis etwa 4,5 Gew.-X, vorzugsweise 1,8 bis 4,0 Gew.-% NCO, entstehen. Dabei muß das OH/NCO-Verhältnis in Abhängigkeit vom Molekulargewicht des Makrodiols innerhalb des hier vorgegebenen Verhältnisses so gewählt werden, daß der NCO-Gehalt des NCO-Prepolymeren in dem hier bemessenen Bereich fällt. In the synthesis of the segmented elastomers after the The macrodiols in the NCO prepolymer process Melt or in a solvent with excess molar amounts of diisocyanates c) via the diols (a + b) implemented so that the reaction product isocyanate end groups contains. The OH / NCO ratios are between 1: 1.4 to 1: 4.0, preferably 1: 1.6 to 1: 3.8, selected, so that NCO prepolymers with an NCO content of 1.4 to about 4.5% by weight, preferably 1.8 to 4.0% by weight, of NCO, arise. The OH / NCO ratio must be dependent of the molecular weight of the macrodiol within the ratio specified here are chosen so that the NCO content of the NCO prepolymer in the here measured Area falls.

    Als Katalysatoren sind für die NCO-Prepolymerherstellung geeignet: Lewis-Säuren-Katalysatoren wie Zinnsalze oder z.B. Organozinnverbindungen wie Organozinncarboxylate oder -halogenide, Dibutylzinndilaurat, anorganische Salze organischer Säuren, z.B. Zinnoctoat, Zinnstearat, Zinnacetat, Bleioctoat, Einschubkatalysatoren wie Organozinnalkoholate, β-dicarbonylverbindungen, -oxide, -mercaptide, -sulfide, Organoaminzinnverbindungen, -phosphinzinnverbindungen: ferner sind Lewis-Basen-Katalysatoren wie tertiäre Amine, Phosphine, Pyridine als Katalysatoren geeignet, wie sie im Stand der Technik der Polyurethanherstellung im Prinzip bekannt sind. Vorzugsweise werden Dibutylzinndilaurat (Desmorapid® Z/Bayer AG) oder Diazobicyclooctan (DABCO®) eingesetzt. Zumeist wird auf den Einsatz von Katalysatoren verzichtet, oftmals werden jedoch geringe Mengen an Desaktivatoren gegenüber Alkalisäuren eingesetzt.As catalysts are for the NCO prepolymer production suitable: Lewis acid catalysts such as tin salts or e.g. Organotin compounds such as organotin carboxylates or halides, dibutyltin dilaurate, inorganic Organic acid salts, e.g. Tin octoate, tin stearate, Tin acetate, lead octoate, plug-in catalysts such as organotin alcoholates, β-dicarbonyl compounds, oxides, mercaptides, sulfides, organoamine tin compounds, phosphine tin compounds: furthermore are Lewis base catalysts such as tertiary amines, phosphines, pyridines as catalysts suitable, as in the prior art of Polyurethane production are known in principle. Preferably dibutyltin dilaurate (Desmorapid® Z / Bayer AG) or diazobicyclooctane (DABCO®). Mostly the use of catalysts is often omitted however, small amounts of deactivators used against alkali acids.

    Werden Lösungsmittel bei der Prepolymerisationsreaktion verwendet, so eignen sich hierfür besonders Chlorbenzol, N-Methylpyrrolidon, Dimethylsulfoxid und ganz besonders die zumeist auch als Spinnlösungsmittel benutzten hochpolaren Amid-Lösungsmittel Dimethylformamid und Dimethylacetamid.Become solvents in the prepolymerization reaction chlorobenzene are particularly suitable for this, N-methylpyrrolidone, dimethyl sulfoxide and especially most of them also used as spinning solvents Amide solvent dimethylformamide and dimethylacetamide.

    Zur Synthese der segmentierten Polyurethanharnstoffe werden die gewünschten Harnstoffgruppen durch eine Kettenverlängerungsreaktion der NCO-Prepolymeren mit Diaminen in die Makromoleküle eingeführt. Die in der NCO-Prepolymerstufe synthetisierten NCO-Prepolymeren (auch Makrodiisocyanate genannt) werden in hochpolaren Lösungsmitteln mit Kettenverlängerungsmitteln f), vorzugsweise aliphatischen Diaminen und Kettenabbrechern/ Blockiermitteln (sekundäre Monoamine) g) entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren mit Hilfe der mehrstufigen Misch- und Homogenisiervorrichtung lt. Erfindung umgesetzt.For the synthesis of segmented polyurethane ureas the desired urea groups through a chain extension reaction of NCO prepolymers with diamines introduced into the macromolecules. The one in the NCO prepolymer stage synthesized NCO prepolymers (also Macro diisocyanates are called) in highly polar solvents with chain extenders f), preferably aliphatic diamines and chain terminators / Blocking agents (secondary monoamines) g) accordingly the inventive method using the multi-stage Mixing and homogenizing device according to the invention implemented.

    Bevorzugt werden als Diamine f) geradkettige oder verzweigte Diamine eingesetzt, z.B. 1,2-Propylendiamin, 1,4-Diaminobutan, 1,6-Diaminohexan, 1,3-Diamino-cyclohexan oder auch 1,3-Diamino-2,2-dimethylpropan; bevorzugt wird jedoch Ethylendiamin als alleiniges oder überwiegendes Kettenverlängerungsmittel verwendet.Straight-chain or branched are preferred as diamines f) Diamines used, e.g. 1,2-propylenediamine, 1,4-diaminobutane, 1,6-diaminohexane, 1,3-diamino-cyclohexane or also 1,3-diamino-2,2-dimethylpropane; prefers however, ethylenediamine is the sole or predominant Chain extender used.

    In Anteilen <50 Mol-X können auch cycloaliphatische Diamine als Co-Kettenverlängerungsmittel verwendet werden, z.B. 1,3-Diamino-cyclohexan.Cycloaliphatic diamines can also be used in proportions <50 mol-X are used as co-chain extenders, e.g. 1,3-diamino-cyclohexane.

    Es können auch sekundäre Amine wie Piperazin, N-Methylethylendiamin oder N,N'-Dimethyl-ethylendiamin als Codiamine mitverwendet werden, jedoch ist dies weniger bevorzugt.Secondary amines such as piperazine, N-methylethylenediamine can also be used or N, N'-dimethylethylenediamine as codiamines be used, but this is less preferred.

    Die Kettenverlängerungsreaktion erfolgt bevorzugt in Lösung unter Verwendung hochpolarer Lösungsmittel wie Dimethylsulfoxid, N-Methylpyrrolidon, vorzugsweise jedoch Dimethylformamid oder insbesondere Dimethylacetamid.The chain extension reaction is preferably carried out in solution using highly polar solvents such as dimethyl sulfoxide, N-methylpyrrolidone, but preferably Dimethylformamide or especially dimethylacetamide.

    Die für den bevorzugten Trockenspinnprozeß notwendige Viskosität der Elastomerlösung liegt im allgemeinen im Bereich von 10 bis 350 Pa.s bei 50°C und einer Schergeschwindigkeit von 23s-1, wobei die Konzentration der Spinnlösung zwischen 18 und 34 Gew.-% betragen kann. Die nach dem erfindungsgemäß beschriebenen Verfahren hergestellten Elastomerlösungen können Feststoffkonzentrationen bis zu 40 % und mehr aufweisen, wobei die Viskosität der Elastomerlösung im Bereich von 100 bis 250 Pa.s bei 50°C (Schergeschwindigkeit 23 s-1) beträgt.The viscosity of the elastomer solution required for the preferred dry spinning process is generally in the range from 10 to 350 Pa.s at 50 ° C. and a shear rate of 23 s -1 , the concentration of the spinning solution being between 18 and 34% by weight. The elastomer solutions produced by the process according to the invention can have solids concentrations of up to 40% and more, the viscosity of the elastomer solution being in the range from 100 to 250 Pa.s at 50 ° C. (shear rate 23 s -1 ).

    Im Trockenspinnprozeß können die - gegebenenfalls bis ca. 120°C erwärmten - Spinnlösungen mit Viskositäten von mindestens 30 Pa.s bei 50°C durch Düsen in einen auf etwa 150 bis 250°C beheizten, etwa 4 bis 8 m langen Spinnschacht, in den auf etwa 150 bis 350°C beheizte Luft oder Inertgase wie Stickstoff oder Dampf eingeblasen werden, versponnen werden.In the dry spinning process, the - if necessary up to heated to approx. 120 ° C - spinning solutions with viscosities of at least 30 Pa.s at 50 ° C through nozzles in one to about 150 to 250 ° C heated, about 4 to 8 m long spinning shaft, in the air heated to about 150 to 350 ° C or blowing in inert gases such as nitrogen or steam will be spun.

    Die erfindungsgemäß hergestellten Lösungen besitzen eine Viskositätsstabilität von mindestens ± 20 % über mindestens 5 Tage, vorzugsweise mindestens 7 Tage und sind gegenüber dem diskontinuierlichen Verfahren deutlich günstiger.The solutions prepared according to the invention have one Viscosity stability of at least ± 20% over at least 5 days, preferably at least 7 days compared to the discontinuous process cheaper.

    Durch die Verwendung einer geringen Menge eines monofunktionellen Kettenabbrechers während der Kettenverlängerungsreaktion, läßt sich das gewünschte Molekulargewicht problemlos einstellen.By using a small amount of a monofunctional Chain terminator during the chain extension reaction, can be the desired molecular weight adjust easily.

    Völlig überraschend entstanden gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren Spinnlösungen von verminderter Viskosität bei ansonsten gleichartiger Zusammensetzung. Hierdurch wird eine Verspinnung aus höherkonzentrierten Lösungen möglich. Completely surprisingly, according to the invention Process spinning solutions of reduced viscosity with an otherwise identical composition. Hereby becomes a spinning from more concentrated solutions possible.

    Den erfindungsgemäß hergestellten Elastomerlösungen können auch die für verschiedenste Zwecke dienenden üblichen Additive i) in wirksamen Mengen zugesetzt werden. Genannt seien z.B. Antioxidantien, Lichtschutzmittel, UV-Absorber, Schönungsfarbstoffe, Pigmente, Färbeadditive (z.B. tertiär Amin-haltige Oligomere oder Polymere), Antistatika, DMF-lösliche Silikonöle, adhäsiv wirksame Zusätze wie Magnesium-, Calcium-, Lithium-, Zink- und Aluminiumsalze langkettiger Carbonsäuren wie -stearate, -palmitate oder Dimerfettsäuren oder beliebige Gemische dieser Salze oder auch Zusätze von feinteiligen Zinkoxiden, welche bis zu 15 Gew.-% andere Oxide, z.B. Magnesiumoxid oder Calciumoxid oder Carbonate, z.B. Ca- oder Magnesiumcarbonate, enthalten können. Durch derartige Zinkoxide mit Erdalkalioxiden oder -Carbonaten als Zusätze kann eine hervorragende Chlorbeständigkeit von Ether- wie auch Polyester-Elastomerfäden gegen Chlorwasser (Waschmittel/Schwimmbäder/Bleichmittel) erzielt werden, ohne daß man eine hohe Reinheitsforderung, z.B. im Zinkoxid- oder Spuren-Schwefel-Gehalt, einhalten müßte.The elastomer solutions produced according to the invention can also the usual ones for various purposes Additives i) are added in effective amounts. For example, Antioxidants, light stabilizers, UV absorbers, fining dyes, pigments, coloring additives (e.g. oligomers or polymers containing tertiary amine), Antistatic, DMF-soluble silicone oils, adhesive effective additives such as magnesium, calcium, lithium, Zinc and aluminum salts of long chain carboxylic acids such as stearates, palmitates or dimer fatty acids or any Mixtures of these salts or additions of fine particles Zinc oxides, which up to 15% by weight others Oxides, e.g. Magnesium oxide or calcium oxide or carbonates, e.g. Ca or magnesium carbonates can contain. Such zinc oxides with alkaline earth oxides or Carbonates as additives can have excellent chlorine resistance of ether as well as polyester elastomer threads against chlorine water (detergents / swimming pools / bleach) can be achieved without a high Purity requirement, e.g. in zinc oxide or trace sulfur content, should adhere to.

    Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Elastomerlösungen können nach den angegebenen Verfahren zu Elastomerfäden versponnen, jedoch auch zu Folienbeschichtungen oder ähnlichen Flächengebilden verarbeitet werden. Dies kann durch Auftrocknen oder durch Koagulation geschehen. The elastomer solutions obtained by the process according to the invention can according to the specified procedures Spun elastomer threads, but also for film coatings or similar fabrics will. This can be done by drying or by coagulation happen.

    Die erfindungsgemäßen Elastomerlösungen zeigen eine ungewöhnliche Kombination von hervorragender Löslichkeit und Vikositätskonstanz, selbst bei hoher Temperatur und langen Lagerzeiten.The elastomer solutions according to the invention show an unusual one Combination of excellent solubility and constant viscosity, even at high temperature and long storage times.

    Meßmethoden:Measurement methods:

    Die in den Beispielen erwähnten Meßgrößen wurden wie folgt bestimmt: Die inhärente Viskosität (ηi) der Elastomeren wurde in verdünnter Lösung von 0,5 g/100 ml Dimethylacetamid bei 30°C durch Bestimmung der relativen Viskosität ηr gegenüber dem reinen Lösungsmittel bestimmt und nach der Formel ηR = t1t0

  • t1 : Durchlaufzeit (s) der Polymerlösung
  • to : Durchlaufzeit (s) des reinen Lösungsmittels
  • ηi = ln ηr c umgerechnet. The measurement variables mentioned in the examples were determined as follows: The inherent viscosity (ηi) of the elastomers was determined in dilute solution of 0.5 g / 100 ml of dimethylacetamide at 30 ° C. by determining the relative viscosity η r compared to the pure solvent and after of the formula η R = t1 t0
  • t 1 : throughput time (s) of the polymer solution
  • t o : cycle time (s) of the pure solvent
  • η i = ln η r c converted.

    Die Feinheitsfestigkeit wurde in Anlehnung an DIN 53 815 bestimmt (cN/dtex). Die Höchstzugkraftdehnung (in %) erfolgte ebenfalls nach DIN 53 815. Der Modul bei 100 % bzw. 300 % erstmaliger Dehnung wurde bei einer Dehnungsgeschwindigkeit von 4 x 10-3 Meter pro Sekunde in cN/dtex bestimmt. Die Restdehnung wurde nach fünfmaliger Ausdehnung auf 300 % und nach einer Erholungszeit von 60 Sekunden bestimmt. Die Messung von Heat distortion Temperatur (HDT), Heißreißzeit (HRZ) bzw. Heißwasserspannungsabfall (HWSA) erfolgt nach Methoden, die in Chemiefasern/Textilindustrie, Januar 1978, Heft 1178, 28.180. Jahrgang auf Seite 44 bis 49 beschrieben sind. Entsprechende Angaben finden sich auch in DE-A-25 42 500 (1975).The tenacity was determined based on DIN 53 815 (cN / dtex). The maximum tensile force elongation (in%) was also carried out in accordance with DIN 53 815. The module at 100% or 300% initial elongation was determined in cN / dtex at an elongation rate of 4 x 10 -3 meters per second. The residual elongation was determined after five expansions to 300% and after a recovery time of 60 seconds. The measurement of heat distortion temperature (HDT), hot tear time (HRZ) or hot water voltage drop (HWSA) takes place according to methods described in man-made fibers / textile industry, January 1978, issue 1178, 28.180. Vintage are described on pages 44 to 49. Corresponding information can also be found in DE-A-25 42 500 (1975).

    Die Verspinnung erfolgte nach dem Trockenspinnprozeß gemäß den Beispielen unter folgenden Bedingungen: Schachttemperatur 200°C Lufttemperatur 220°C Luftmenge 40 m3/h Düse 12 Loch, Durchmesser 0,3 mm Spinnkopftemperatur 80°C Luftdralldüse 0,6 bar Abzug der Galetten 1, 2, 3 325/340/340 m/min The spinning was carried out after the dry spinning process according to the examples under the following conditions: Shaft temperature 200 ° C Air temperature 220 ° C Air volume 40 m 3 / h jet 12 holes, diameter 0.3 mm Spin head temperature 80 ° C Air swirl nozzle 0.6 bar Deduction of godets 1, 2, 3 325/340/340 m / min

    BeispieleExamples Beispiel 1 (NCO-Prepolymerlösung für Beispiel 3, 4, 5, 7 und 8) Example 1 (NCO prepolymer solution for Examples 3, 4, 5, 7 and 8)

    25.000 g eines Polyesterdiols vom Molekulargewicht Mn = 2.014 auf der Basis von Adipinsäure, Hexandiol-1,6 und Neopentylglykol (Molverhältnis der Diole 65:35) wurden mit 13.175 g Dimethylacetamid gemischt und mit 5.741 g Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat (Desmodur® 44/Bayer AG) versetzt. Anschließend wurde 40 Minuten auf 50°C erwärmt, bis der NCO-Gehalt des NCO-Prepolymeren 2,60 % betrug. Der Feststoffgehalt der NCO-Prepolymerlösung betrug 70 %.25,000 g of a polyester diol with a molecular weight M n = 2,014 based on adipic acid, 1,6-hexanediol and neopentyl glycol (mol ratio of the diols 65:35) were mixed with 13,175 g dimethylacetamide and 5,741 g diphenylmethane-4,4'-diisocyanate ( Desmodur® 44 / Bayer AG). The mixture was then heated to 50 ° C. for 40 minutes until the NCO content of the NCO prepolymer was 2.60%. The solids content of the NCO prepolymer solution was 70%.

    Beispiel 2 (NCO-Prepolymerlösung für Beispiel 6 und 9) Example 2 (NCO prepolymer solution for Examples 6 and 9)

    18.000 g eines Polyesterdiols (auf der Basis Adipinsäure, Hexandiol-1,6, Butandiol-1,4, Neopentylglykol; Molverhältnis der Diole: 64:17:19) mit Molekulargewicht Mn von 3.313 und 7.714 g eines Polytetramethylenetherdiols (Terathane® 2.000, Du Pont, Mn von 2.066) wurden mit 12.857 g Dimethylacetamid gemischt und mit 4.286 g Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat versetzt. Anschließend wurde die Mischung 60 Minuten auf 50°C erwärmt, bis der NCO-Gehalt des NCO-Prepolymeren 2,14 % (bezogen auf Feststoff) betrug. Der Feststoffgehalt der NCO-Prepolymerlösung betrug 70 %. 18,000 g of a polyester diol (based on adipic acid, 1,6-hexanediol, 1,4-butanediol, neopentyl glycol; molar ratio of the diols: 64:17:19) with a molecular weight M n of 3,313 and 7,714 g of a polytetramethylene ether diol (Terathane® 2,000, Du Pont, M n of 2,066) were mixed with 12,857 g of dimethylacetamide and 4,286 g of diphenylmethane-4,4'-diisocyanate were added. The mixture was then heated to 50 ° C. for 60 minutes until the NCO content of the NCO prepolymer was 2.14% (based on solids). The solids content of the NCO prepolymer solution was 70%.

    Beispiel 3 (Vergleichsversuch-Carbamat-Methode) zu Beispiel 7 und 8) Example 3 (comparative test carbamate method) to Examples 7 and 8)

    Zu einer Mischung aus 26 g Ethylendiamin, 1,6 g Diethylamin und 4.463 g Dimethylacetamid wurden 60 g CO2 zugegeben. Zu dieser frisch hergestellten Carbamatsuspension wurden unter intensivem Rühren 2.000 g der NCO-Prepolymerlösung aus Beispiel 1 innerhalb von 15 Minuten zugesetzt. Man erhält eine klare Lösung mit einem Elastomerfeststoffgehalt von 22 % und einer Lösungsviskosität von 39 Pa.s/20°C. Die inhärente Viskosität betrug 1,06 dllg. Zu dieser viskosen Elastomerlösung wurden, bezogen auf Polyurethan-Feststoff, 0,3 Gew.-% Mg-Stearat, 1 Gew.-% Cyanox® 1790 (American Cyanamid, USA), 0,5 Gew.-% Tinuvin 622 (Ciba-Geigy) 7 ppm Makrolex® - Violett B (Bayer AG), 0,5 Gew.-% des Polyethersiloxans Silvet® L7607 (ein Polyether/Polydimethylsiloxan-copolymer, Lieferfirma Union Carbide Corp., USA), zugesetzt. 3.000 g dieser Polymerlösung wurden nach dem Trockenspinnverfahren versponnen.60 g of CO 2 were added to a mixture of 26 g of ethylenediamine, 1.6 g of diethylamine and 4,463 g of dimethylacetamide. 2,000 g of the NCO prepolymer solution from Example 1 were added to this freshly prepared carbamate suspension with vigorous stirring within 15 minutes. A clear solution with an elastomer solids content of 22% and a solution viscosity of 39 Pa.s / 20 ° C. is obtained. The inherent viscosity was 1.06 dllg. To this viscous elastomer solution, based on polyurethane solids, 0.3 wt .-% Mg stearate 1 wt .-% Cyanox ® 1790 (American Cyanamid, USA), 0.5 wt .-% Tinuvin 622 (Ciba- Geigy) 7 ppm Makrolex® - Violett B (Bayer AG), 0.5% by weight of the polyether siloxane Silvet® L7607 (a polyether / polydimethylsiloxane copolymer, supplied by Union Carbide Corp., USA). 3,000 g of this polymer solution were spun using the dry spinning process.

    Die Verspinnung der Lösung erfolgte nach dem Trockenspinnverfahren über eine 12-Loch-Düse mit Bohrungen von je 0,3 mm Durchmesser. Schachtheiztemp. 200°C, Lufttemperatur 220°C, Abzugsgeschw. 340 mlmin unter Verwendung eines Luftdrallgebers. Die textilen Daten sind in Tabelle 1 und das Langzeitviskositätsverhalten ist in Tabelle 2 zusammengefaßt.The solution was spun using the dry spinning method via a 12-hole nozzle with holes from 0.3 mm diameter each. Shaft heating temp. 200 ° C, air temperature 220 ° C, trigger speed 340 mlmin using an air swirler. The textile data are in table 1 and the long-term viscosity behavior is in table 2 summarized.

    Beispiel 4 (Vergleich zu Beispiel 7) Example 4 (comparison to Example 7)

    Zu einer Mischung aus 26 g Ethylendiamin, 1,6 g Diethylamin und 2.732 g Dimethylacetamid wurden 60 g CO2 gegeben. Zu dieser Carbamatsuspension wurden unter Rühren 2.000 g der NCO-Prepolymerlösung nach Beispiel 1 innerhalb von 15 Minuten zugesetzt. Man erhält eine klare Elastomerlösung mit einem Elastomerfeststoffgehalt von 30 Gew.-% und einer Lösungsviskosität von 121 Pa.s/ 50°C. Die inhärente Viskosität betrug 1,24 dl/g. Zu dieser viskosen Elastomerlösung wurden Zusätze, wie in Beispiel 3 beschrieben, zugegeben. Sie wurde analog dem Beispiel 3 nach dem Trockenspinnverfahren versponnen. Die Daten der erhaltenen Fäden sind in Tab. 1 und das Langzeitviskositätsverhalten ist in Tab. 2 wiedergegeben.60 g of CO 2 were added to a mixture of 26 g of ethylenediamine, 1.6 g of diethylamine and 2,732 g of dimethylacetamide. 2,000 g of the NCO prepolymer solution according to Example 1 were added to this carbamate suspension with stirring within 15 minutes. A clear elastomer solution with an elastomer solids content of 30% by weight and a solution viscosity of 121 Pa.s / 50 ° C. is obtained. The inherent viscosity was 1.24 dl / g. Additives as described in Example 3 were added to this viscous elastomer solution. It was spun analogously to Example 3 using the dry spinning process. The data of the threads obtained are shown in Table 1 and the long-term viscosity behavior is shown in Table 2.

    Beispiel 5 (Vergleich zu Beispiel 8) Example 5 (comparison to Example 8)

    Zu einer Mischung aus 26 g Ethylendiamin, 1,6 g Diethylamin und 2.052 g Dimethylacetamid wurden 60 g CO2 gegeben. Zu dieser Carbamatsuspension wurden unter Rühren 2.000 g der NCO-Prepolymerlösung nach Beispiel 1 innerhalb von 15 Minuten zugesetzt. Man erhält eine klare, Elastomerlösung mit einem Elastomerfeststoffgehalt von 35 Gew.-% und einer Lösungsviskosität von 158 Pa.s/50°C. Die inhärente Viskosität betrug 0,99 dl/g. Zu dieser viskosen Elastomerlösung wurden Zusätze, wie in Beispiel 3 beschrieben, zugegeben und sie wurde analog versponnen. Die Daten der erhaltenen Fäden sind in Tab. 1 und das Langzeitviskositätsverhalten ist in Tab. 2 wiedergegeben. 60 g of CO 2 were added to a mixture of 26 g of ethylenediamine, 1.6 g of diethylamine and 2,052 g of dimethylacetamide. 2,000 g of the NCO prepolymer solution according to Example 1 were added to this carbamate suspension with stirring within 15 minutes. A clear, elastomer solution with an elastomer solids content of 35% by weight and a solution viscosity of 158 Pa.s / 50 ° C. is obtained. The inherent viscosity was 0.99 dl / g. Additives as described in Example 3 were added to this viscous elastomer solution and it was spun analogously. The data of the threads obtained are shown in Table 1 and the long-term viscosity behavior is shown in Table 2.

    Beispiel 6 (Vergleich zu Beispiel 9) Example 6 (comparison to Example 9)

    Zu einer Mischung aus 21,7 Ethylendiamin, 4.445 g Dimethylacetamid und 1,4 g Diethylamin wurden 60 g CO2 gegeben. Zu dieser Carbamatsuspension wurde unter intensivem Rühren 2.000 g der NCO-Prepolymerlösung nach Beispiel 2 innerhalb von 15 Minuten zugesetzt. Man erhält eine klare Elastomerlösung mit einem Elastomerfeststoffgehalt von 22 Gew.-% und einer Lösungsviskosität von 61 Pa.s/20°C. Die inhärente Viskosität betrug 1,38 dllg. Zu dieser viskosen Elastomerlösung wurden die Zusätze, wie in Beispiel 3 beschrieben, zugegeben. Sie wurde nach den Trockenspinnverfahren versponnen. (Daten der Fäden in Tab. 1).60 g of CO 2 were added to a mixture of 21.7 ethylenediamine, 4,445 g of dimethylacetamide and 1.4 g of diethylamine. 2,000 g of the NCO prepolymer solution according to Example 2 were added to this carbamate suspension with vigorous stirring within 15 minutes. A clear elastomer solution with an elastomer solids content of 22% by weight and a solution viscosity of 61 Pa.s / 20 ° C. is obtained. The inherent viscosity was 1.38 dllg. The additives as described in Example 3 were added to this viscous elastomer solution. It was spun using the dry spinning process. (Data of the threads in Tab. 1).

    Beispiel 7Example 7

    In der Anlage gemäß Fig. 3 und unter Verwendung des mehrstufigen Düsenreaktors gemäß Fig. 2 wurde eine Elastomerlösung mit einem Feststoffgehalt von 30 Gew.-% hergestellt.3 and using the 2 was a multi-stage nozzle reactor according to FIG Elastomer solution with a solids content of 30% by weight produced.

    In den Behälter 3 wurden 53,5 Teile der auf 39,2 Gew.-% verdünnten, laut Beispiel 1 hergestellten NCO-Prepolymerlösung und in Behälter 4 17,8 Teile Aminlösung vorgelegt. Die Aminlösung hatte folgende Zusammensetzung:

  • 394,8 Teile Ethylendiamin
  • 24,6 " Diethylamin
  • 17.430,0 " Dimethylacetamid
  • 53.5 parts of the NCO prepolymer solution diluted to 39.2% by weight and prepared according to Example 1 were placed in container 3 and 17.8 parts of amine solution in container 4. The amine solution had the following composition:
  • 394.8 parts ethylenediamine
  • 24.6 "diethylamine
  • 17,430.0 "dimethylacetamide
  • Der Durchmesser der Stoffdüse 1 und der Mischdüse 2 (s. Fig. 2) betrug 0,5 mm bzw. 0,75 mm. Der Durchmesser der Bohrungen in der Homogenisierdüse 0,75 mm. Die NCO-Prepolymerlösung wurde dem Düsenreaktor mit einem Vordruck von 25 bar und einem Massenstrom von 45 kg/h und die Aminlösung mit einem Vordruck von 28 bar und einem Massenstrom von 15 kg/h mittels der Dosierpumpen 5 und 6 zugeführt. Die Verweilzeit in der Mischzone betrug ca. 0,5 bis 5 ms. Danach gelangte die Reaktionslösung in den Nachreaktionsteil, in welchem sie zur Nachreaktion auf 50°C mit dem Wärmetauscher 16 erwärmt wurde. Die Zahnradpumpe 12 bewegte den Massenstrom mit 90 kg/h und förderte 30 kg/h in den Wärmetauscher sowie 60 kg/h aus dem Nachreaktionsteil. Anschließend wird die fertige, klare, homogene und gelfreie Elastomerlösung mit der Austragspumpe 13 aus der Vorrichtung gefördert. Die Elastomerlösung hat einen Elastomerfeststoffgehalt von 30 Gew.-% und eine Lösungsviskosität von nur 56 Pa.s/ 50°C. Die inhärente Viskosität betrug 1,13 dl/g. In dieser Elastomerlösung wurden Zusätze wie in Beispiel 3 zugegeben. Die Polymerlösung wurde analog nach dem Trockenspinnverfahren versponnen (Daten der Fasern sind in Tab. 1 und das Langzeitviskositätsverhalten in Tab. 2 wiedergegeben).The diameter of the fabric nozzle 1 and the mixing nozzle 2 (s. Fig. 2) was 0.5 mm and 0.75 mm. The diameter of the Holes in the homogenizing nozzle 0.75 mm. The NCO prepolymer solution was the nozzle reactor with a form of 25 bar and a mass flow of 45 kg / h and the Amine solution with a pre-pressure of 28 bar and a mass flow of 15 kg / h using the metering pumps 5 and 6 fed. The residence time in the mixing zone was approx. 0.5 to 5 ms. Then the reaction solution got into the Post-reaction part, in which they for post-reaction 50 ° C was heated with the heat exchanger 16. The gear pump 12 moved the mass flow at 90 kg / h and promoted 30 kg / h in the heat exchanger and 60 kg / h from the Post-reaction part. Then the finished, clear, homogeneous and gel-free elastomer solution with the discharge pump 13 promoted from the device. The elastomer solution has an elastomer solids content of 30% by weight and a solution viscosity of only 56 Pa.s / 50 ° C. The inherent viscosity was 1.13 dl / g. In this elastomer solution additives were added as in Example 3. The polymer solution was analogous using the dry spinning process spun (data of the fibers are in Tab. 1 and the long-term viscosity behavior shown in Tab. 2).

    Beispiel 8 und 9Examples 8 and 9

    Die Beispiele 8 und 9 wurden entsprechend dem Beispiel 7 in der dort beschriebenen Vorrichtung unter den gleichen Reaktionsbedingungen ausgeführt. Die Zusammensetzung der Ausgangskomponenten sowie die Viskosität und die inhärente Viskosität der erhaltenen Elastomerlösungen zeigt Tabelle 3. Beispiel 8 Beispiel 9 Vorlage Behälter 3: NCO-Prepolymer mit der Prepolymer-Konzentration aus Beispiel 1
    45,75 %
    aus Beispiel 2
    28,86 %
    Vorlage Behälter 3: 45,9 Teile 72,8 Teile Vorlage Behälter 4: 15,3 Teile 24,3 Teile Zusammensetzung Vorlage Behälter 4: - Ethylendiamin 394,8 Teile 325,8 Teile - Diethylamin 24,6 Teile 20,3 Teile - Dimethylacetamid 14.880,0 Teile 23.910,8 Teile Die erhaltene Elastomerlösung zeigte folgende Charakteristiken: - Feststoffgehalt 35 % 22 % - Viskosität 70 Pa.s/50°C 90 Pa.s/20°C - inhärente Viskosität (s. Meßvorschrift) 1,01 dl/g 1,32 dl/g
    Examples 8 and 9 were carried out according to example 7 in the device described there under the same reaction conditions. Table 3 shows the composition of the starting components and the viscosity and the inherent viscosity of the elastomer solutions obtained. Example 8 Example 9 Template container 3: NCO prepolymer with the prepolymer concentration from example 1
    45.75%
    from example 2
    28.86%
    Template container 3 : 45.9 parts 72.8 parts Template container 4 : 15.3 parts 24.3 parts Composition template Container 4: - ethylenediamine 394.8 parts 325.8 parts - diethylamine 24.6 parts 20.3 parts - dimethylacetamide 14,880.0 parts 23,910.8 parts The elastomer solution obtained had the following characteristics: - solids content 35% 22% - viscosity 70 Pa.s / 50 ° C 90 Pa.s / 20 ° C - inherent viscosity (see measurement instructions) 1.01 dl / g 1.32 dl / g

    Den erhaltenen Elastomerlösungen wurden, wie in Beispiel 3 beschrieben, Zusätze zugegeben. Sie wurden analog diesem Beispiel nach dem Trockenspinnverfahren versponnen. In Tabelle 1 sind die textilen Daten und in Tabelle 2 das Langzeitviskositätsverhalten zusammengefaßt. Es sei besonders darauf verwiesen, daß man nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Elastanfäden mit erhöhter Dehnbarkeit erhält, was für eine Reihe von Anwendungsgebieten von besonderem Vorteil ist.

    Figure 00330001
    Standzeitverhalten der Elastomerlösungen aus den Beispielen 3, 4, 5, 7, 8 bei 25°C Beispiel Lösungsviskositäten [Pa.s (50°C; in Beispiel 3: 20°C)] 1. 2. 5.Tag 3 (Vgl.) 38 36 36 - 8 % 4 (Vgl.) 121 159 verpastet 5 (Vgl.) 158 verpastet 7 (erf.gem.) 56 59 64 +14 % 8 (erf.gem.) 70 n.b. 75 + 7 % ▵: Gesamtänderung der Lösungsviskosität in Prozent gegenüber der Ausgangsviskosität
    n.b.: nicht bestimmt
    As described in Example 3, additives were added to the elastomer solutions obtained. They were spun using the dry spinning method analogous to this example. Table 1 summarizes the textile data and Table 2 summarizes the long-term viscosity behavior. It should be particularly pointed out that elastane threads with increased extensibility are obtained by the process according to the invention, which is of particular advantage for a number of application areas.
    Figure 00330001
    Service life behavior of the elastomer solutions from Examples 3, 4, 5, 7, 8 at 25 ° C example Solution viscosities [Pa.s (50 ° C; in Example 3: 20 ° C)] 1. 2nd 5th day 3 (see) 38 36 36 - 8th % 4 (see) 121 159 pasted 5 (see) 158 pasted 7 (in accordance with) 56 59 64 +14% 8 (in accordance with) 70 nb 75 + 7% ▵: Total change in solution viscosity in percent compared to the initial viscosity
    nb: not determined

    Beispiel 7aExample 7a Verwendung einer Langzeitdüse nach Fig. 1b (nicht erfindungsgemäß)Use of a long-term nozzle according to Fig. 1b (not according to the invention)

    In der Anlage gemäß Fig. 3 und unter Verwendung eines Düsenreaktors nach Fig. 1b wurde versucht eine Elastomerlösung mit einem Feststoffgehalt von 30 Gew.-% und bei gleicher Rezeptur wie in Beispiel 7 herzustellen.3 and using a 1b was attempted an elastomer solution with a solids content of 30 wt .-% and with the same recipe as in Example 7.

    Der Durchmesser der Stoffdüse 23 betrug 0,4 mm und die Mischdüse 24 hatte zwei Bohrungen mit 0,6 mm Durchmesser. Das NCO-Prepolymer wurde zunächst bei einem Vordruck von 30 bar und einem Massenstrom von 45 kg/h und die Aminlösung mit einem Vordruck von 35 bar und einem Massenstrom von 15 kg/h zugeführt. Die Verweilzeit in der Mischzone betrug etwa 100 ms. Nach kurzer Fahrzeit traten unkontrollierte Druckschwankungen bis > 40 bar auf, die mit einer Verquallung der austretenden Reaktionslösung verbunden waren, so daß der Versuch abgebrochen werden mußte.The diameter of the fabric nozzle 23 was 0.4 mm and Mixing nozzle 24 had two holes with a diameter of 0.6 mm. The NCO prepolymer was first pre-printed of 30 bar and a mass flow of 45 kg / h and the amine solution with a pre-pressure of 35 bar and a Mass flow of 15 kg / h supplied. The dwell time in the mixing zone was approximately 100 ms. After a short drive there were uncontrolled pressure fluctuations up to> 40 bar on that with a swelling of the emerging reaction solution were connected so that the experiment was terminated had to become.

    Beispiel 7bExample 7b Verwendung einer Kurzzeitdüse nach Fig. 1a (nicht erfindungsgemäß)Use of a short-time nozzle according to FIG. 1a (not according to the invention)

    In der Anlage gemäß Abb. 3 und unter Verwendung des Düsenreaktors nach Fig. 1a wurde versucht eine Elastomerlösung mit einem Feststoffgehalt von 30 Gew.-% und bei gleicher Rezeptur wie in Beispiel 7 herzustellen. In the system according to Fig. 3 and using the 1a was tried an elastomer solution with a solids content of 30 wt .-% and with the same recipe as in Example 7.

    Der Durchmesser der Stoffdüse 21 betrug 0,4 mm und die Mischdüse 22 hatte eine Bohrung von 0,6 mm Durchmesser. Das NCO-Prepolymer wurde zunächst bei einem Vordruck von 20 bar und einem Massenstrom von 45 kg/h und die Aminlösung mit einem Vordruck von 25 bar und einem Massenstrom von 15 kg/h zugeführt. Die Verweilzeit in der Mischzone betrug etwa 5 ms.The diameter of the fabric nozzle 21 was 0.4 mm and Mixing nozzle 22 had a bore of 0.6 mm in diameter. The NCO prepolymer was initially printed on a 20 bar and a mass flow of 45 kg / h and the amine solution with a pre-pressure of 25 bar and a mass flow fed from 15 kg / h. The residence time in the Mixing zone was about 5 ms.

    Die hieraus erhaltene Spinnlösung enthielt Mikrogele die beim anschließenden Trockenspinnen der Spinnenlösung zu wiederholten Fasernabrissen führten.The spinning solution obtained from this contained microgels during the subsequent dry spinning of the spider solution repeated fiber tears.

    Claims (15)

    1. Continuous process for the production of highly concentrated elastane spinning solutions with improved flow properties and high viscosity stability from fast-reacting polyaddition components, characterized in that the reaction components are continuously metered from the batch containers into a multi-stage nozzle reactor, consisting of a mixing chamber (10) with a substance nozzle (1), a mixing nozzle (2) and a homogenizing nozzle (7) which are connected directly in series, in the first stage of the multi-stage nozzle reactor the reaction components are mixed together in the mixing nozzle (2) of the reactor in up to 10 ms, in a second stage the reacting mixture is homogenized in a homogenizing nozzle (7) and then reacted fully in a downstream reactor.
    2. Process according to Claim 1, characterized in that the reaction components are NCO prepolymers and cycloaliphatic or aliphatic diamines and the diamines are fed to the mixing nozzle (2) via a substance nozzle (1).
    3. Process according to Claim 2, characterized in that the NCO prepolymers are produced from a) polyester or polyether diols or mixtures of polyester and polyether diols with a molecular weight of 1000 to 8000, diisocyanate c) and optionally low-molecular diols b).
    4. Process according to Claim 1 and 2, characterized in that ethylene diamine is used as diamine.
    5. Process according to Claims 1-4, characterized in that the reaction solution is fed into an intermediate buffer reactor (11) directly behind the nozzle reactor.
    6. Process according to Claim 5, characterized in that a recirculating circuit with a heat exchanger (16) is connected to the intermediate buffer reactor (11).
    7. Process according to Claim 6, characterized in that the viscosity in the recirculating circuit is kept constant in that the viscosity in the recirculating circuit is measured and is used as control variable for the metering of the reaction components.
    8. Process according to Claims 1 to 7, characterized in than the residence time of the reactants in the reactor up to the end of the mixing nozzle (2) is from 0.1 to 5 ms.
    9. Gel-free polyurethane urea elastomer spinning solutions obtainable by the process according to one of Claims 1-8 with a viscosity of 10-350 Pa.s measured at 50 °C and a shear rate of 23 s-1, characterized in that they have a solids concentration of > 30 wt.% and a viscosity stability of at least +/- 20% when stored at 50°C for at least five days.
    10. Spinning solutions according to Claim 9 produced by the process according to Claims 1-8.
    11. Fibres or filaments, produced from spinning solutions according to Claims 9 to 10.
    12. Multi-stage nozzle reactor for implementing the process according to one of Claims 1-8, consisting of a mixing chamber (10) with a substance nozzle (1), a mixing nozzle (2) and a homogenizing nozzle (7) which are connected directly in series, characterized in that the residence time of the reaction components which flow into the reactor and of which one is fed via the substance nozzle (1) and further reactants via the mixing chamber (10) is ≤ 10 ms up to complete mixing at the end of the mixing nozzle (2) and in that back-mixing is avoided in the region of the mixing chamber (10) between the substance nozzle (1) and the mixing nozzle (2).
    13. Multi-stage nozzle reactor according to Claim 12, characterized in that substance nozzle (1) and mixing nozzle (2) are axially connected in series and a torpedo (9) which guides the reaction mixtures to the holes (8) of the homogenizing nozzle (7) adjoins the mixing nozzle (2) in front of the homogenizing nozzle (7).
    14. Multi-stage nozzle reactor according to Claims 12 and 13, characterized in that the residence time of the reaction components in the mixing chamber (10) up to the end of the mixing nozzle (2) is ≤ 10 ms.
    15. Multi-stage nozzle reactor according to Claim 14, characterized in that the residence time of the reaction components is from 0.1 to 5 ms.
    EP93110270A 1992-07-10 1993-06-28 Process for the production of spandex polymer spinning solutions, with stabilized viscosity and low gel content Expired - Lifetime EP0579979B1 (en)

    Applications Claiming Priority (2)

    Application Number Priority Date Filing Date Title
    DE4222772A DE4222772A1 (en) 1992-07-10 1992-07-10 Process for the preparation of viscosity-stable, gel-poor highly concentrated elastane spinning solutions
    DE4222772 1992-07-10

    Publications (3)

    Publication Number Publication Date
    EP0579979A2 EP0579979A2 (en) 1994-01-26
    EP0579979A3 EP0579979A3 (en) 1994-11-30
    EP0579979B1 true EP0579979B1 (en) 1999-03-24

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    ID=6462964

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