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Verfahren zur Herstellung von wollähnlichen Spinnfasern aus Mischlösungen von Keratin und
Zellulose.
Die Erfindung hat die Herstellung von künstlichen Spinnfasern aus gemischten Zellstoff-Keratin-
Lösungen zum Gegenstande um aus ihnen Fasern mit hervorragenden Eigenschaften unter Benutzung von bereits bestehenden Einrichtungen zu erhalten.
Bekanntlich ist seit Jahren versucht worden künstliche proteinhaltige Mischfasern herzustellen, ! die die gleichen Eigenschaften aufweisen wie Wolle oder Naturseide ; diese Fasern haben aber in der
Praxis aus technischen und wirtschaftlichen Gründen nicht befriedigen können.
Als billiges proteinhaltiges Rohmaterial kommen bekanntlich keratinhaltige Stoffe wie Horn,
Hufe, Klauen, Haare u. dgl. in Betracht, weshalb sich die Aufmerksamkeit vieler Forscher auf diese
Materialien gerichtet hat, auch weil das Keratin als der chemisch und mechanisch widerstandsfähigste aller Gerüsteiweissstoffe angesehen wird. Die erwähnten Keratinstoffe wurden in verschiedenen, gewöhnlich stark alkalischen bzw. stark sauren Lösemitteln gelöst, jedoch immer mit unbefriedigenden
Ergebnissen, weil offenbar infolge zu starker Strukturänderungen des Keratins die erzielten Lösungen wenig verspinnbar waren oder Fasern mit ungenügenden mechanischen oder andern Eigenschaften ergaben, die sie für eine praktische Verwertung untauglich machten.
So werden nach dem in der britischen Patentschrift Nr. 255623/1926 beschriebenen Verfahren
Keratin, Fibroin u. dgl. in einer Ätzalkalilösung gelöst und zu dieser Lösung werden aufeinanderfolgend
Zellulose und Schwefelkohlenstoff hinzugefügt, wenn nötig mit einer weiteren Menge von Ätzalkali, um
Alkali im Überschuss zu erhalten, damit keine Säure gegenwärtig bleibt. Bei diesem Verfahren muss die Verwendung von Ätzalkali zu einem weit tiefgehenderen Abbau des Proteinmoleküls führen, als dies bei Verwendung des später vorgeschlagenen, sehr milde wirkenden Lösungsmittels Schwefel- natrium der Fall ist.
Grafe stellt in der Zeitschrift für angewandte Chemie", S. 306 (1936), fest, dass es unmöglich sei aus Wollfasern mit Natriumsulfid eine dickflüssige Keratinlösung zu erhalten, in der alle Fasern aufgelöst sind. Durch Einwirkung von 50 9 krist. Natriumsulfid und 115 9 Wasser auf 100 9 Wolle erhielt Grafe eine dickflüssige Masse, die noch zahlreiche ungelöste Fasern enthielt. Um die Einwirkung möglichst gleichmässig vor sich gehen zu lassen, musste häufig durchgearbeitet oder maschinell geknetet, anschliessend in einer Kugelmühle vermahlen werden. Zur Gewinnung einer homogenen Eiweisslösung war die Trennung von gelöstem und ungelöstem Keratin erforderlich.
Wegen der Dickflüssigkeit und dem hohen Quellungsgrad der ungelösten Bestandteile versagten hier alle bekannten Filtrations- methoden. Es gelang nur durch Anpressen der in ein Presstuch verpackten Masse in einem einseitig geschlossenen Zylinder, in dem ein genau passender Stempel durch eine Spindelpresse gegen die Masse gedrückt wurde. Bei der Prüfung, ob solche Keratinlösungen für die Gewinnung künstlicher Fasern in Frage kommen, wurde von Grate festgestellt, dass man, auch wenn es gelingt, den aufgelösten Keratin- teil zu verspinnen, spröde Fasern erhält, die eine sehr geringe Nassfestigkeit und nach dem Trocknen eine zu geringe Elastizität aufweisen".
Gemäss der Erfindung werden alle Nachteile, die die obigen Verfahren praktisch unausführbar machen und bisher als unüberwindbar galten im wesentlichen dadurch behoben, dass man nach innigem
Durchmischen die an sich bekannte Lösung von Keratin in Alkalisulfid längere Zeit bei einer Temperatur von 20 bis 25 C stehen lässt, um eine praktisch vollständige Lösung des Keratins unter möglichst
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geringem Abbau des Keratinmoleküls zu erhalten und dass man dann diese für sich unfiltrierbare Keratinlösung mit einer reifen bereits verspinnbaren Viskoselösung gut durchmischt, wodurch man eine Mischlösung erhält, die überraschenderweise praktisch frei von ungelösten Keratinteilen und mit Leichtigkeit filtrierbar und spinnbar ist.
Aus dieser Lösung ist es nach der Erfindung ferner möglich, absolut wollähnliche Mischfasern zu erhalten.
Demnach werden Keratinlösungen, die mit den Viskoselösungen vollkommen mischbar sind, unter Bildung von viskoseähnlichen Mischlosungen, wie folgt. hergestellt : Die keratinhaltigen Stoffe (Horn, Hufe, Klauen, Haare usw. ) werden zu feinem Pulver gemahlen.
Dieses Pulver wird in geeigneten Knet-und Mischmaschinen mit einer 10-15% igen Lösung von Schwefelnatrium behandelt. Je nach der Art der Rohstoffe werden von dieser Lösung gewöhnlich 150-300 Teile auf je 100 Teile zu lösenden Keratins verwendet. Die durch Kneten und Mischen des pulverförmigen Keratins mit Natriumsulfidlösung gewonnene zähflüssige Masse wird erfindungsgemäss zwecks Homogenisierung bei einer Temperatur von 20 bis 25 C längere Zeit, etwa 10-15 Stunden lang stehen gelassen. Nach dieser Zeit hat man eine grünliche Keratinlö. sung, welche jedoch noch nicht vollständig homogen ist und stark gequollene Keratinteilchen enthält. Diese werden auf mechanischem Wege, z.
B. mittels Knet-oder Mischwalzen zerquetscht, wodurch man eine homogene klebrige Masse erhält, die in jedem Verhältnis mit reifen, bereits verspinnbaren Viskoselösungen unter Bildung von verspinnbaren Mischlösungen gemischt werden kann.
Es ist sehr wichtig, dass die Auflösung oder Reifung des Keratins während längerer Zeit in den oben erwähnten Temperaturgrenzen vor sich geht, weil die Löslichkeit bei kürzerer Einwirkungsdauer des Alkalisulfides auf das Keratin und niedrigeren Temperaturen sehr unvollkommen ist, während bei höheren Temperaturen ein tiefgehender Abbau oder Gelatinisierung des Keratins erfolgt.
Die so hergestellte Keratinlösung wird mit der reifen, bereits verspinnbaren Viskoselösung gut durchgemischt und löst sich in dieser vollständig auf, worauf sich, wenn rasch filtriert wird, eine verhältnismässig leicht durch gewöhnliche Druckfilter filtrierbare Mischlösung bildet, während die ursprüngliche Keratinlösung für sich praktisch unfiltrierbar ist.
Um praktisch wollähnliche Fasern durch Erzielung und Beibehaltung der günstigen physikalischen Eigenschaften der Mischlösung zu erhalten, muss der zu verwendende Hundertsatz von Keratinlösung erfindungsgemäss so gewählt werden, dass die fertige trockene Faser einen Proteingehalt von-10 bis 50% hat, bzw. dass im trockenen Faden das Verhältnis Protein/Zellstoff zwischen 1 : 9 und 1 : 1 schwankt.
Vor Verspinnung müssen auch die erfindungsgemässen Mischlösungen unter Vakuum entlüftet oder entgast werden, u. zw. mit besonderer Aufmerksamkeit und Vorsicht und gründlicher als dies bei gewöhnlicher Viskose nötig ist.
Die Verspinnung und Fällung geschieht genau wie bei Viskose. Es ist zu bemerken, dass die Lösung etwa zwei Tage lang und mehr unverändert spinnbar bleibt, was die Vorbereitung grosser Mengen von Lösung ermöglicht, ohne dass bei verzögerter Verspinnung Nachteile entstehen.
Alsdann wird die Härtung vorgenommen, bei der man erfindungsgemäss, z. B. wie folgt verfährt : Die Fasern werden gegebenenfalls nach vorheriger Spülung mit Wasser, um einen Teil der sauren Fällungsflüssigkeit zu entfernen in noch feuchtem Zustande in einer warmen Gerbeflüssigkeit (vorzugweise bei 45-500 C) behandelt, die vorzugsweise aus einer Lösung von etwa 8% Formaldehyd mit Zusatz von 4 bis 6% Alaun besteht. Die Alaunmenge richtet sich nach dem Titer der Fasern, d. h. je höher der Titer, desto mehr Alaun wird verwendet. Man lässt die Flocken oder Fasern etwa eine halbe Stunde in diesem Bad, dann werden sie ausgepresst oder zentrifugiert und die Gerbung wird vollendet, indem man die Fasern in ein kaltes Bad von ähnlicher Zusammensetzung bringt und darin etwa drei Tage lang lässt. Dann werden die Fasern gründlich durchgespült und bei 100-1050 C getrocknet.
Durch diese heisse Trocknung werden auch die Proteine vollkommen fixiert.
Im letzten Satze des zweiten Absatzes auf S. 303 der bereits zitierten Zeitschrift für angewandte Chemie", 1936, wird angeführt, dass die nachträgliche Behandlung der gefällten Eiweissstoffe mit gebenden Mitteln zu hoher Sprödigkeit der Fasern führt. Werden aber die erfindungsgemässen Fasern wie vorstehend beschrieben gegerbt, so ist dies überraschenderweise nicht der Fall.
Aus obigem geht deutlich hervor, dass das beschriebene Verfahren sich von allen bisher angewendeten ähnlichen Verfahren insofern auch unterscheidet, als es gestattet, praktisch woll- . ähnliche Fasern unter Verwendung des billigen Keratins zu erhalten.
Das vorstehend beschriebene Verfahren ist natürlich nur beispielsweise angeführt und kann die verschiedensten Änderungen erfahren, ohne dass hiedurch vom Grundgedanken der Erfindung abgewichen werden braucht ; so kann z. B. die Sulfidlösung noch andere Zusätze erhalten und es können bei den Gerbe-und Fixierbädern anstatt Formaldehyd andere gleichwirkende Reagentien wie Azetaldehyd, Akrolein, Furfurol usw. und Aluminiumsulfat od. dgl. anstatt des Alauns verwendet werden.
Ebenso können, wie dies bei reinen Zellstoffasern bekannt ist, in oder auf die erfindungsgemässen Mischfasern geeignete unlösliche, schützende oder mattierende oder anders wirkende Stoffe gefällt werden.