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Verfahren zur Herstellung von schwefelarmen Spinnfasern nach dem Viskoseverfahren
Spinnfasern, die nach dem Viskoseverfahren gewonnen werden, enthalten von der Fabrikation her stets einen mehr oder weniger hohen Schwefelgehalt. Der Schwefel ist in den Fasern hauptsächlich in feinverteilter, elementarer Form, zum Teil auch als gebundener Schwefel vorhanden. Da ein höherer Schwefelgehalt die Eigenschaften der Fasern beeinflusst und damit ihre Verwendungsmöglichkeit beeinträchtigen kann, werden Viskosespinnfasern in der Regel in besonderen Behandlungsvorgängen mehr oder weniger weitgehend entschwefelt. Zu diesem Zwecke werden beispielsweise die frisch gesponnenen und entsäuerten Fasern in Natrium- suint-oder Natriumsulndbädem gewaschen.
In manchen Fällen kann auch durch ein Behandeln der Fasern mit Lösungen von oberflächenaktiven Stoffen, wie Netz-und Avivagemitteln, eine gewisse Senkung des Schwefelgehaltes erzielt werden. Eine solche Behandlung der Fasern mittels Entschwefelungsbädern in besonderen Arbeitsvorgängen bietet aber gewisse Nachteile und verursacht ausserdem erhebliche Kosten. Aus der deutschen Patentschrift Nr. 702248 ist es weiter bekannt geworden, Xanthogenatfasern mit Zersetzungsflüssigkeiten, wie Glycerin, Glykol, sulfidierten Ölen u. dgl., zu behandeln, die gleichzeitig eine entschwefelnde Wirkung ausüben.
Es wurde nun überraschenderweise gefunden, dass der Schwefelgehalt frisch gesponnener Viskosefasern durch eine kurze, einfache Erhitzung mit säurehaltigem Wasser bestimmten Säuregehaltes so weit gesenkt werden kann, dass eine Nachbehandlung der Fasern in Entschwefelungsbädern entfallen kann. Die Erhitzungsdauer soll zweckmässig etwa 5 Sekunden nicht wesentlich unterschreiten, kann aber auch einige Minuten bis zu einer Viertelstunde betragen. Für die erfindungsgemässe Behandlung ist es von Bedeutung, dass Temperaturen von über 50 C eingehalten werden und dass der Säuregehalt des Heisswassers einen Wert entsprechend etwa einer n/50 Säure nicht unterschreitet.
Andererseits ist es zweckmässig, um Faserschädigungen zu vermeiden, die Säuregehalte im Behandlungsheisswasser so zu bemessen, dass Werte entsprechend etwa einer n/5 Säure nicht wesentlich überschritten werden.
Auf diese einfache Weise kann der Schwefelgehalt der Fasern auf Werte von 20 bis 50 mg pro 100 Faser und darunter gesenkt werden.
Als Säuren können im Rahmen des Verfahrens gemäss der Erfindung verschiedene Mineralsäuren, insbesondere Schwefelsäure, angewendet werden, die bei vielen Spinnverfahren als Bestandteil der Spinnbäder verwendet wird. Die Ansäuerung des Heisswassers kann auch durch Zusätze säurehaltiger Spinnbäder, z. B. gebrauchter Müllerbäder, erfolgen. Es kann ferner auch so gearbeitet werden, dass das Verhältnis von Heisswasser und zu behandelnder Faser so gewählt wird, dass die an der Faser anhaftenden Spinnbadreste ausreichen, um dem Heisswasser beim
Zusammenbringen mit der Faser einen Säuregehalt zu erteilen, der den Bedingungen des Verfahrens gemäss der Erfindung entspricht.
In der britischen Patentschrift Nr. 467 500 ist vorgeschlagen worden, frische Viskosespinnfasern in Gegenwart einer heissen verdünnten Säure zu verstrecken. Bei diesem bekannten Verfahren werden aber zum Unterschied von der Erfindung, bei der während der Behandlung mit angesäuertem Heisswasser keine Verstreckung der Fäden erfolgt, auch wesentlich höhere Säuregehalte eingehalten. Nach dem Verfahren der deutschen Patentschrift Nr. 595 724 ist es bekannt, die aus dem sauren Fällbad heraustretenden koagulierten und gefestigten Fäden zur Entfernung der anhaftenden Spinnbadreste unmittelbar durch ein Bad heissen Wassers von etwa 60 bis 90 C zu führen, wobei zur weiteren Reinigung der erhaltenen Gebilde geeignete Zusätze, wie bleichende und schwefellösende Mittel, zugegeben werden.
Gemäss dem dort angegebenen Beispiel werden die aus der sauren Fällflüssigkeit austretenden Fadenbündel sofort in einem heissen fliessenden Wasserbad von etwa 70 C eine Strecke von etwa 50 cm hindurchgeführt und im Anschluss daran auf eine ausserhalb dieses Badbehälters laufende Spule aufgewickelt. Da die Abzugsgeschwindigkeit beim Spinnen von Viskosefäden 50 m pro Minute und mehr beträgt, ergibt sich bei diesem Auswaschen der Säurereste eine Einwirkungsdauer des Heisswassers, von weniger als 1 Sekunde, die jedoch zur Hervorbringung der erfindungsgemässen Wirkung völlig ungenügend
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ist. Nach K.
Götze, Kunstseide und Zellwolle nach dem Viskoseverfahren, Springer Berlin 1940,
Seite 435 unten, ist es ferner bekannt, dass die frischgesponnenen Fäden neben Resten des
Spinnbades, wie Säuren und Salze, auch kolloidalen Schwefel mitschleppen, der zum Teil den Fäden oberflächlich anhaftet, zum Teil innerhalb der Faser verteilt ist. Aus der gleichen Literaturstelle, Seite 437,2.
Absatz, ist schliesslich bekannt, dass der dem frischen Gespinst oberflächlich anhaftende Schwefel durch eine Behandlung mit heissem Wasser entfernt werden kann, dass diese Behandlung aber nicht ausreicht, auch den im Innern der Faser befindlichen Schwefel aufzulösen. Diesen Literaturstellen konnte demnach nicht entnommen werden, dass durch eine Behandlung frisch gesponnener Viskosefasern mit Heisswasser unter den dargelegten besonderen Bedingungen eine so weitgehende Schwefelentfemung erfolgt, dass sich eine zusätzliche Entschwefelung mittels Chemikalien erübrigt, was nicht nur einen überraschenden technischen Effekt, sondern auch einen grossen wirtschaftlichen Vorteil bedeutet.
Die erfindungsgemässe Behandlung der Fasern kann gleichzeitig zu einer Rückgewinnung des in den Fasern enthaltenen Schwefelkohlenstoffes benutzt werden, wobei die entstehenden Schwefel- kohlenstoff-WasserdaDlpfge1nÌsche in bekannter Weise kondensiert werden und im Vergleich zu einer Behandlung mit säurefreiem Wasser oder säureärmerem Wasser bei wesentlich kürzerer Behandlungsdauer zum Teil höhere Schwefelkohlenstoffausbeuten erhalten werden. Es wurde gefunden, dass beim normalen Spinnen von Viskose auch nach der Neutralisation des gesamten, aus der Viskose stammenden Alkalis noch ein Teil des Schwefelkohlenstoffes an die Fasersub-
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wasser beschleunigt abgespalten wird.
Die Abkürzung der Austreibezeiten bei der Schwefel- kohlenstoffrückgewinnung ist besonders bei solchen Verfahren von grossem Vorteil, bei welchen die Fasern kontinuierlich durch die Behandlungsapparaturen geführt werden. Es ist wohl auch an sich bekannt, den in frisch gesponnenen Viskosefasern enthaltenen Schwefelkohlenstoff durch eine Behandlung der Fasern mit Heisswasser auszutreiben und die entstehenden Schwefelkohlenstoff-Wasserdampfgemische zu kondensieren. Von diesen bekannten Verfahren unterscheidet sich aber das erfindungsgemässe Verfahren dadurch, dass säurehaltiges Heisswasser verwendet wird, dessen Säuregehalt in den angegebenen Grenzen gehalten wird.
Die erfindungsgemässe Behandlung bewirkt neben einer völligen Zersetzung der restlichen Xanthogenatanteile eine gute Kräuselung der Fasern, so dass das Verfahren gemäss der Erfindung in mehrfacher Richtung besondere Effekte mit sich bringt. Das neue Verfahren eignet sich sowohl für die Behandlung endloser, wie auch geschnittener frischer Viskosespinnfäden. Die Fäden können auch vor der Heiss- wasserbehandlung in der üblichen Weise verstreckt sein. Das Verfahren kann in beliebigen Geräten, die eine Heisswasserbehandlung des Materiales und weiters eine Abtrennung und Kondensation der entstehenden Schwefelkohlen- stoff- Wasserdampf gemische ermöglichen, zur Durchführung kommen. Aus den sich bildenden Kondensaten kann der Schwefelkohlenstoff als spezifisch schwerere Flüssigkeit in bekannter Weise leicht abgetrennt werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist besonders auch für die kontinuierliche Behandlung geschnittener Fäden, in beispielsweise durch Rohrsystem fliessenden Heisswasser-Fasergemischen, geeignet.
Die folgenden Tabellen 1 und 2 zeigen als Beispiele den Schwefelgehalt der bei verschieden hoher Temperatur mit angesäuertem Heisswasser behandelten Fasern, die im geschnittenen Zustand in wässeriger Aufschwemmung durch direkt zugeführten Heissdampf rasch auf die Behandlungstemperaturen aufgeheizt und nach erfolgter Behandlung mit Wasser ausgewaschen wurden. Das zur Behandlung verwendete Heisswasser enthielt in beiden Fällen Schwefelsäure.
Die Höhe der Säuregehalte ist in den folgenden Tabellen angegeben.
Beispiel l :
Tabelle 1 Behandlungsdauer etwa 1 Minute, Schwefelsäuregehalt des Heisswassers 4-5glu
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<tb>
<tb> Heisswassertemperatur <SEP> Schwefelgehalt <SEP> der
<tb> Faser <SEP> mg/l00 <SEP> g <SEP> Faser
<tb> 490 <SEP> C <SEP> 133. <SEP> 2
<tb> 570 <SEP> C <SEP> 112-0
<tb> 710C <SEP> 101. <SEP> 0
<tb> 770 <SEP> C <SEP> 85-7
<tb> 91 <SEP> C <SEP> 66-0
<tb> 100 <SEP> C <SEP> 53-2
<tb>
Beispiel 2 :
Tabelle 2
Behandlungsdauer 8 Minuten, Schwefelsäuregehalt des Heisswassers 2-1 gll Heisswassertemperatur Schwefelgehalt der
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<tb>
<tb> Faser <SEP> M/IOO <SEP> Faser
<tb> 41 <SEP> C <SEP> 143-0
<tb> 630 <SEP> C <SEP> 70. <SEP> 8
<tb> 640 <SEP> C <SEP> 51-9
<tb> 800 <SEP> c <SEP> 28-0
<tb> 90. <SEP> 5 <SEP> 0 <SEP> C <SEP> 21. <SEP> 0
<tb> 1000 <SEP> C <SEP> 19. <SEP> 5
<tb>
Bei der erfindungsgemässen Heisswasser- behandlung der frisch gesponnenen Fasern in geeigneten Vorrichtungen ergeben sich trotz der kurzen Behandlungszeiten normale, zum Teil höhere Schwefelkohlenstoffausbeuten als bei der gewöhnlichen Behandlung mit Heisswasser ohne oder mit geringem Säuregehalt.
Enthält beispiels- weise die frisch gesponnene Faser etwa 13-5% Schwefelkohlenstoff, bezogen auf atro Faser,
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dann können je nach der Behandlungsdauer etwa 10-5 bis 12%, bezogen auf atro Faser, oder etwa 27-32% des ursprünglich eingesetzten Schwefelkohlenstoffes nach dem Verfahren gemäss der Erfindung zurückgewonnen werden. Bei der erfindungsgemässen Behandlung erfolgt eine Beschleunigung der Schwefelkohlenstoffabspaltung aus der Faser, wodurch die Rückgewinnung des Schwefelkohlenstoffes erleichtert wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von schwefelarmen Spinnfasern nach dem Viskoseverfahren durch Behandlung der frisch gesponnenen Fasern mit heissem Wasser, wobei die entstehenden Schwefelkohlenstoff-Wasserdampfgemische kondensiert werden können, dadurch gekennzeichnet, dass die frisch gesponnenen, endlosen oder geschnittenen Fäden während einer kurzen, etwa 5 Sekunden nicht wesentlich unterschreitenden Zeitdauer mit säurehaltigem Wasser, dessen Säuregehalt einen Wert entsprechend etwa einer n/50 Säure nicht unterschreitet und zweckmässig einen Wert entsprechend etwa einer n/5 Säure nicht wesentlich überschreitet, bei Temperaturen über 50 C behandelt werden.