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Verfahren zur Erhöhung der Verstreckbarkeit von frischgesponnenen
Fäden aus Viskose
Hochfeste Viskosekunstseide wird heute vielfach nach dem sogenannten Niedrigsäureverfahren gesponnen. Der Säuregehalt des Spinnbades ist in manchen Fällen so niedrig, dass er dem Alkaligehalt der Viskose in Prozenten l, 5 /o entspricht. Das Spinnbad enthält bei diesem Verfahren ferner wechselnde Mengen von Natriumsulfat und Zinksulfat. Bei solchen Niedrigsäureverfahren wird mit Spinnbadtemperaturen von über 500 C gearbeitet. In einem zweiten verdünnten Bad wird der Faden bei etwa 900 C hochverstreckt. Aus dem nach diesem Verfahren gesponnenen Garnen wird vielfach Cord hergestellt zum Einsatz in Autoreifen, Förderbändern usw.
Neuerdings genügen die nach diesem Verfahren gesponnenen Produkte bezüglich der Reissfestigkeit den ständig steigenden Anforderungen nicht mehr. Man ist dazu übergegangen, der Viskose und teilweise auch dem Spinnbad Mittel zuzusetzen, die eine zersetzungshemmende Wirkung haben, Innerhalb der Gruppesolcher Substanzen werden diejenigen besonders bevorzugt, die neben einer Erniedrigung des Quellungsvermögens eine Verbesserung der statischen und dynamischen Festigkeitseigenschaften mit sich bringen. Die durch ein solches Arbeiten erreichte Steigerung der Festigkeit bringt auch eine Erhöhung der Dehnung mit sich. Viele der verwendeten Zusatzmittel führen sogar dazu, den Fäden eine besonders hohe Dehnung zu erteilen.
Nun ist es aber aus verarbeitungs-und verwendungstechnischen Gründen erforderlich, dass bei weiterer Steigerung der Festigkeit die Dehnung der Seide den bisherigen Rahmen nicht übersteigt. Für einige Verwendungszwecke werden sogar besonders niedrige Dehnungen bevorzugt und gefor- dert.
Gegenstand des Stammpatentes Nr. 197529 ist es nun, die Verstreckbarkeit von nach dem Viskoseverfahren hergestellten Fäden zu erhöhen und bei Erreichen hoher Festigkeiten die Dehnungseigenschaften der Fäden in den geforderten Grenzen zu halten.
Entsprechend dem Stammpatent wird so gearbeitet, dass man die Viskose bei 45 - 200 C in Bäder verspinnt, welche 2-71o Schwefelsäure, 5 - 2cp/o Natriumsulfat und 2 - 150/0 Zinksulfat enthalten, und dass die Verstreckung des entstandenen Fadens im Spinnbad selbst oder in einem nachgeschalteten zweiten Bad, welches verdünnt ist und die gleiche oder eine höhere Temperatur als das Spinnbad besitzt, durchgeführt wird.
Nach der vorliegenden Erfindung gelingt es, die Vorteile des beschriebenen Verfahrens dadurch zu erhöhen, dass man der Viskose und bzw. oder dem Spinnbad Polyalkoxyglykole und deren Abkömmlinge zusetzt. Aus der genannten Verbindungsgruppe eignen sich die nachfolgend aufgeführten Verbindungen be-
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wobei R einen Alkyl-oder Arylrest, R Wasserstoff, einen Alkyl- oder Arylrest bedeutet und n = 1 - 4 ist.
Diese Zusatzstoffe werden der Viskose in Mengen von 0, 02 bis 0, 6v/o zugesetzt. Als Zusatzstoffe zum Spinnbad wendet man sie in Mengen von 0, 1 bis 5 g/kg Spinnbad an.
Die Verstreckbarkeit des Fadens bei Verwendung von Viskosen, die die genannten Zusätze enthalten, nimmt umso mehr zu, je niedriger die Spinnbadtemperatur ist. Weiterhin nimmt, selbst bei gleicher Verstreckung, die Dehnung des Garnes ab, wenn man die Spinnbadtemperatur senkt. Parallel dazu findet man eine Erniedrigung der Streckspannung.
Einzelne der oben genannten Zusätze sind als Zusatzstoff z. B. zur Verhinderung der Verstopfung der Düsen, zur Erzeugung von Ganzhautprodukten u. dgl. mehr bekannt, doch stehen diese bekannten Eigenschaften in keinem Zusammenhang mit der Erfindung, da die Mengen, die für die Verstopfungshinderung u. dgl. angewendet werden, wesentlich kleiner sind und keinesfalls genügen, die erfindungsgemässe Wirkung hervorzurufen.
Die Dehnungserniedrigung durch Temperaturerniedrigung des Spinnbades bei dem erfindungsgemässen Verfahren ist nicht auf eine bestimmte Viskose-Spinnbad-Zusammensetzung beschränkt. Je nach der verwendeten Viskose-Spinnbad-Kombination aber auch in Abhängigkeit von dem eingesetzten Zusatzmittel sind das Ausmass der Erhöhung der Verstreckbarkeit bzw. der Dehnungserniedrigung in dem optimalen Temperaturbereich nicht genau die gleichen. In den meisten Fällen jedoch hat sich der Temperaturbereich zwischen 45 und 350 C als besonders günstig erwiesen für die Veränderung des Verhältnisses von Bruchlast und Bruchdehnung.
Die höhere Verstreckbarkeit, die der Faden bei den Temperaturen unter 450 C aufweist, kann auch noch in anderer Hinsicht mit Vorteil ausgenutzt werden. So ergibt sich z. B. die Möglichkeit, bei unver- änderter Verstreckung mit niedriger Streckspannung zu arbeiten, wodurch bekanntlich die Faserigkeit der Ware herabgesetzt wird. Man kann anderseits, wenn man die Verstreckung in einem zweiten Bad vornimmt, die Temperatur dieses Bades niedriger als bisher üblich halten, und unter Umständen mit seiner Temperatur sogar bis auf den Wert des Erstbades herabgehen. Auf diese Weise ergibt sich neben den andern bereits erwähnten Vorteilen eine Einsparung an Wärmeenergie für das Aufheizen des Streckbades, wozu noch die Einsparung gerechnet werden muss, die aus der Verwendung des weniger hochtemperierten Spinnbades resultiert.
An Hand einiger Beispiele wird die Erfindung näher erläutert : Beispiel l : Es wurde eine Versuchsreihe mit einer Viskose 6,5/5, 80/0 Cellulose/Alkali durchgeführt. Der Viskose wurden noch 0, 2No äthoxyliertes Kokosamin der allgemeinen Formeh
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(durchschnittliches Molekulargewicht 1300, x + y = zirka 20) zugesetzt. Bei vier verschiedenen Temperaturen wurde die Viskose mit einer Gammazahl von etwa 48 in ein Spinnbad mit H2S & ,10NaSO4 und 80/0 ZnS04 unter sonst gleichen Bedingungen bezüglich Düse, Zusammensetzung des Streckbades, Wäsche u. dgl. versponnen.
Die erzielten Grundgarndaten sind aus nachstehender Tabelle zu entnehmen :
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<tb>
<tb> Spinnbad-Temperatur <SEP> in <SEP> 0 <SEP> C <SEP> 300 <SEP> 380 <SEP> 450 <SEP> 570
<tb> Verstreckung <SEP> % <SEP> 124 <SEP> 120 <SEP> 115 <SEP> 95
<tb> Festigkeit <SEP> trocken <SEP> g/100 <SEP> den <SEP> 480 <SEP> 490 <SEP> 480 <SEP> 490
<tb> Dehnung <SEP> trocken <SEP> % <SEP> 12,5 <SEP> 14, <SEP> 5 <SEP> 17,0 <SEP> 13,0
<tb> Schrumpfung <SEP> % <SEP> 4, <SEP> 5 <SEP> 4,5 <SEP> 4,5 <SEP> 10
<tb> Dehnung <SEP> trocken <SEP> + <SEP> Schrumpfung <SEP> o <SEP> 17 <SEP> 19 <SEP> 21,5 <SEP> 23
<tb> Festigkeit <SEP> nass <SEP> g/100 <SEP> den <SEP> 340 <SEP> 360 <SEP> 360 <SEP> 360
<tb> Dehnung <SEP> nass <SEP> % <SEP> 22 <SEP> 24 <SEP> 27 <SEP> 28
<tb>
Man erkennt deutlich den Einfluss der Temperaturerniedrigung auf die Nassdehnung bzw.
auf die Summe von Trockendehnung + Schrumpfung. Da die Festigkeiten bei allen Versuchen auf gleicher Höhe
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gehalten werden konnten, bedeutet dies eine Veränderung der Steilheit des Kraftdehnungs-Diagrammes.
Diese Versuchsreihe zeigt auch, wie die Verstreckung mit sinkender Spinnbadtemperatur gesteigert werden konnte.
Beispiel 2 : Eine ganz entsprechende Wirkung der Spinnbadtemperatur kann man beobachten, wenn man eine zusatzfreie Viskose in ein Spinnbad verspinnt, welches 0, 05% des in Beispiel 1 näher gekennzeichneten äthoxylierten Kokosamins enthält. Spinnt man anderseits Viskose mit Zusatz wie in Beispiel 1 in Spinnbäder, die wenige Prozente Formaldehyd enthalten, so findet man wiederum einen deutlichen Einfluss der Spinnbadtemperatur auf die Dehnung, obwohl das Formaldehyd selber in bekannter Weise schon die Verstreckbarkeit heraufsetzt und eine Erniedrigung der Streckspannung und der Dehnung bewirkt.
Beispiel 3 : Eine Viskose wie in Beispiel 1 wurde in ein Spinnbad versponnen, das dem des Beispiels 1 ebenfalls entspricht. Es wurde bei zwei verschiedenen Temperaturen des Spinnbades gesponnen, in beiden Fällen aber mit der gleichen Verstreckung. Beide Spinnungen ergaben gleiche Cordfestigkeiten, während die Corddehnungen bei 300 C Spinnbadtemperatur um etwa 20% niedriger waren als bei 440 C.
Im Grundgarn zeigte sich der Einfluss der Spinnbadtemperatur folgendermassen :
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<tb>
<tb> Spinnbadtemperatur <SEP> 40 C <SEP> 30 C
<tb> Festigkeit <SEP> trocken <SEP> g/100 <SEP> den <SEP> 440 <SEP> 470
<tb> Dehnung <SEP> trocken% <SEP> 16 <SEP> 12
<tb> Festigkeit <SEP> nass <SEP> g/100 <SEP> den <SEP> 360 <SEP> 340
<tb> Dehnung <SEP> nass <SEP> % <SEP> 31 <SEP> 22
<tb> Schrumpfung <SEP> % <SEP> 6,5 <SEP> 4,8
<tb> Dehnung <SEP> und <SEP> Schrumpfung <SEP> % <SEP> 22,5 <SEP> 16, <SEP> 8 <SEP>
<tb> sec. <SEP> Quellgrad <SEP> % <SEP> 72 <SEP> 67
<tb>
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ändert geblieben ist, konnten die Grundgarndehnungen um etwa 30% erniedrigt werden.
Wie bereits erwähnt, wurde in diesem Beispiel die höhere Verstreckbarkeit infolge der niedrigen Spinnbadtemperatur nicht ausgenutzt ; dafür ergab sich bei gleicher Verstreckung eine Erniedrigung der Streckspannung um etwa 500 g beim Übergang von 440 C auf 300 C Spinnbadtemperatur.
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seits und Streckspannung, Verstreckbarkeit und Garndehnung anderseits. Auch mit dieser Viskose lassen sich bei Verwendung von Viskosezusatzmitteln bei Spinnbadtemperaturen unter 500 C Garne von höchster Festigkeit herstellen, z. B. mit einer Festigkeit im lufttrockenen Grundgarn von 500 g/100, den und dar- über.
Beispiel 5 : Die bisher genannten Spinnbäder zeichnen sich durch ein niedriges Verhältnis von
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lufttrockenen Zustand von 21 auf 181o und im ofentrockenen Zustand von 14,5 auf 12, 5%. Hiebei : ist die Bruchlast sogar um 1 kg gestiegen, was damit zusammenhängt, dass bei gleicher Streckspannung bei
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kann. Auch in vielen andern Fällen findet man, dass die Festigkeit in Abhängigkeit von der Verstreckung ein Optimum bei einer über lOOo liegenden Verstreckung aufweist. Durch die Erfindung wird es ermöglicht, näher an dieses Optimum heranzukommen, ohne dass wegen zu hoher Streckspannungen Schwierigkeiten beim Spinnen oder Faserigkeit'im Garn auftreten.
Be is p iel 6 : Unter gleichenSpinnbedingungen wurden eine Viskose ohne Zusatzstoffe und im Vergleich dazu eine Anzahl Viskosen mit je 1, 7 g/kg von verschiedenartigen Zusätzen versponnen. Die Viskose hatte die Zusammensetzung 7,'1/0 Cellulose, 5, ffI/o Alkali und wurde bei einer Viskosität von 65 Ku-
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gelfallsekunden und einer Gammazahl von 46 versponnen. Die Tauchstrecke im ersten Bad betrug 70 cm.
Die Fäden wurden in einem heissen verdünnten Zweitbad um 10 (YJ/o verstreckt. Die Zahlen in der untenstehenden Tabelle geben die Spannung ah, die der. Faden nach Verlassen des Streckbades aufgewiesen hat ; ausserdem sind Cordfestigkeiten und-dehnungen angegeben, die sich auf die gleiche Cordkonstruktion beziehen. Das Spinnbad enthielt 120 g/kg Na. SO4 und 60 g/kg ZnSO. Die Säurekonzentration lag zwischen 42 und 52 g/kg und wurde für die verschiedenen Zusatzstoffe optimal eingestellt.
Folgende Viskosezusatzmittel kamen zur Verwendung: 1. ein äthoxyliertesKokosamin, 2. ein äthoxylierter Ammoniak, dessen 3 Polyglykolketten zusammen 20 Äthylenoxydgruppen enthalten, 3. eine Verbindung wie unter 2 genannt, wobei eine der Polyglykolketten eine ätherartige Verbindung mit einem Alkyl aufweist, welches 10 C-Atome besitzt, 4. ein Reaktionsprodukt von Rizinusöl und Polyglykol sowie 5. ein reines Poly- äthylenglykol mit einem mittleren Molekulargewicht von 4000.
Das äthoxylierte Kokosamin (Nr. 1) hatte folgende Formel :
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in dieser Formel ist x + y = 20.
Das äthoxylierte Ammoniak (Nr. 2) hatte folgende Zusammensetzung :
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x+y+z=20.
Die unter Nr. 3 angewendete Verbindung war wie folgt zusammengesetzt :
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Das unter Nr. 4 genannte Reaktionsprodukt von Rizinusöl und Polyglykol war durch folgende Formel gekennzeichnet :
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Aus der rechten Hälfte der nachstehenden Tabelle ist zu ersehen, dass bei einer Spinnbadtemperatur. - von 380 C durch die Zusätze 1 - 5 höhere Festigkeiten und höhere Dehnungen erhalten werden als ohne Viskosezusatz. Diese Zusätze bewirken ferner eine Änderung des Querschnittsbildes der Einzelfäden und beeinflussen auch andere Garneigenschaften günstig.
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<tb>
<tb>
Spinnbadtemperatur <SEP> 550 <SEP> C <SEP> Spinnbadtemperatur <SEP> 380 <SEP> C
<tb> Zusatzstoff <SEP> Streckspannung <SEP> kg <SEP> Dehnung <SEP> % <SEP> Streckspannung <SEP> kg <SEP> Dehnung <SEP> %
<tb> ohne <SEP> 1100 <SEP> 10,2 <SEP> 10,0
<tb> 1 <SEP> 920 <SEP> 14,3 <SEP> 18,1 <SEP> 600 <SEP> 14,3 <SEP> 15,2
<tb> 2 <SEP> 1060 <SEP> 12, <SEP> 4 <SEP> 15, <SEP> 8 <SEP> 930 <SEP> 11, <SEP> 6 <SEP> 11, <SEP> 3 <SEP>
<tb> 3 <SEP> 1150 <SEP> 14,0 <SEP> 18, <SEP> 7 <SEP> 1050 <SEP> 13, <SEP> 7 <SEP> 14,6
<tb> 4 <SEP> 1020 <SEP> 13, <SEP> 9 <SEP> 17, <SEP> 3 <SEP> 680 <SEP> 13, <SEP> 7 <SEP> 13, <SEP> 7 <SEP>
<tb> 5 <SEP> 1000 <SEP> 13,6 <SEP> 17, <SEP> 0 <SEP> 700 <SEP> 13, <SEP> 0 <SEP> 13, <SEP> 4 <SEP>
<tb>
In der Tabelle sind auch die Ergebnisse mit aufgenommen,
die bei einer Spinnbadtemperatur von 550 C mit den verschiedenen Viskosezusätzen erhalten wurden. Wie man sieht, ist die Erniedrigung der Streckspannung einerseits und die Herabsetzung der Dehnung anderseits auch bei Verwendung von zusatzhaltigen Viskosen deutlich ausgeprägt.
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Beispiel7 :IndiesemAusführungsbeispielsollnocheinmalgezeigtwerden,wiedieVerwendung eines Viskosezusatzes unter den im Stammpatent genannten Spinnbedingungen zu einer Verbesserung der Fadeneigenschaften führt. Nachstehende Spinnbedingungen stimmen weitgehend sowohl mit den im Beispiel 1 als auch im Beispiel 1 des Stammpatentes genannten Spinnbedingungen überein. Die Viskose hatte die Zusammensetzung 6, 5No Cellulose, 5,7% Alkali und war in der üblichen Weise hergestellt. Das Spinn-
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60 cm lang. Die Verstreckung fand in einem heissen Zweitbad statt. Der gewaschene Faden wurde um f5J/o nachverstreckt und dann getrocknet.
Unter diesen Bedingungen wurde eine zusatzfreie Viskose mit einer Viskose verglichen, die den Zusatz von äthoxyliertem Kokosamin aufwies wie im Beispiel 1. Mit beiden Viskosen wurde bei einer Temperatur des Spinnbades von 380 C gemäss der Erfindung versponnen. In beiden Fällen konnte die Verstreckung auf zo gesetzt werden.
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<tb>
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Nassfestigkeit <SEP> Trockenfestigkeit <SEP> (lufttrocken)
<tb> Festigkeit <SEP> g/100 <SEP> den <SEP> Dehnung <SEP> % <SEP> Festigkeit <SEP> g/100 <SEP> den <SEP> Dehnung <SEP> 0/0 <SEP>
<tb> ohne <SEP> Zusatz <SEP> 315 <SEP> 21 <SEP> 425 <SEP> 12
<tb> mit <SEP> " <SEP> 360 <SEP> 24 <SEP> 490 <SEP> 14,5
<tb>
Die Festigkeiten und Dehnungen im lufttrockenen und nassen Zustand sind durch den gemachten Viskosezusatz erheblich verbessert worden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Erhöhung der Verstreckbarkeit von frischgesponnenen Fäden aus Viskose nach dem Stammpatent Nr. 197529, dadurch gekennzeichnet, dass man der Viskose und/oder dem Spinnbad Polyalkoxyglykole oder deren Abkömmlinge zusetzt.