AT404032B

AT404032B - Verfahren zur herstellung cellulosischer fasern

Info

Publication number: AT404032B
Application number: AT0040796A
Authority: AT
Original assignee: Chemiefaser Lenzing Ag
Priority date: 1996-03-04
Filing date: 1996-03-04
Publication date: 1998-07-27
Also published as: US5863478A; ID16121A; NO974847D0; EP0823945A1; AU711895B2; CN1189860A; JPH11504995A; EP0823945B1; AU1759497A; DE59705152D1; ATE207981T1; WO1997033020A1; TW336259B; NO974847L; CA2219110A1; CN1072284C; NO310779B1; BR9702110A; ATA40796A

Description

AT 404 032 B

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung cellulosischer Fasern. Bei diesem Verfahren wird eine Lösung von Cellulose in einem tertiären Aminoxid durch Spinnlöcher einer Spinndüse extrudiert, wodurch Filamente extrudiert werden, die extrudierten Filamente durch einen Luftspalt, ein Fällbad und über eine Abzugsvorrichtung geführt, mit welcher die Filamente verstreckt werden, und die verstreckten Filamente zu ceilulosischen Fasern weiterverarbeitet.

Als Alternative zum Viskoseverfahren wurden in den letzten Jahren eine Reihe von Verfahren beschrieben, bei denen Cellulose ohne Bildung eines Derivats in einem organischen Lösungsmittel, einer Kombination eines organischen Lösungsmittels mit einem anorganischen Salz oder in wässerigen Salzlösungen gelöst wird. Cellulosefasern, die aus solchen Lösungen hergestellt werden, erhielten von der BISFA (The International Bureau for the Standardisation of man made Fibres) den Gattungsnamen Lyocell zugeteilt. Als Lyocell wird von der BISFA eine Cellulosefaser definiert, die durch ein Spinnverfahren aus einem organischen Lösungsmittel erhalten wird. Unter "organisches Lösungsmittel” wird von der BISFA ein Gemisch aus einer organischen Chemikalie und Wasser verstanden. "Lösungsmittelspinnen" soll Auflösen und Spinnen ohne Derivatisierung bedeuten.

Bis heute hat sich jedoch nur ein einziges Verfahren zur Herstellung einer Cellulosefaser der Gattung Lyocell bis zur industriellen Realisierung durchgesetzt. Bei diesem Verfahren wird als Lösungsmittel N-Methylmorpholin-N-oxid (NMMO) verwendet. Ein solches Verfahren ist z.B. in der US-A - 4,246,221 beschrieben und liefert Fasern, die sich durch eine hohe Festigkeit, einen hohen Naßmodul und durch eine hohe Schlingenfestigkeit auszeichnen.

Die Brauchbarkeit von Flächengebilden, z.B. Geweben, hergestellt aus den genannten Fasern, wird jedoch durch die ausgeprägte Neigung der Fasern, im nassen Zustand zu fibrillieren, stark eingeschränkt. Unter Fibrillation wird das Aufbrechen der Faser in Längsrichtung bei mechanischer Beanspruchung im nassen Zustand verstanden, wodurch die Faser ein haariges, pelziges Aussehen erhält. Ein aus diesen Fasern hergestelltes und gefärbtes Gewebe verliert im Laufe einiger Wäschen stark an Farbintensität. Dazu kommt noch, daß sich an Scheuer- und Knitterkanten helle Streifen ausbilden. Als Ursache für die Fibrillation wird angenommen, daß die Faser aus in Faserrichtung angeordneten Fibrillen besteht, zwischen denen nur in geringem Ausmaß eine Querverbindung vorhanden ist.

Die WO 92/14871 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Faser mit verringerter Fibrillierneigung. Diese wird erzielt, indem alle Bäder, mit denen die Faser vor der ersten Trocknung in Berührung kommt, einen pH-Wert von maximal 8,5 aufweisen.

Die WO 92/07124 beschreibt ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung einer Faser mit verringerter Fibrillierneigung, gemäß dem die nicht getrocknete Faser mit einem kationischen Polymer behandelt wird. Als derartiges Polymer wird ein Polymer mit Imidazol- und Azetidin-Gruppen genannt. Zusätzlich kann noch eine Behandlung mit einem emulgierbaren Polymer, wie z.B. Polyethylen oder Polyvinylacetat, oder auch eine Vernetzung mit Glyoxal erfolgen.

Im Vortrag "Spinning of fibres through the N-methylmorpholine-N-oxide process”, S.A. Mortimer and A. Peguy, CELLUCON-Konferenz 1993 in Lund, Schweden, veröffentlicht in "Cellulose and cellulose derivatives: Physico-chemical aspects and industrial applications”, Ed. J. F. Kennedy, G. 0. Phillips and P*0. Williams, Woodhead Publishing Ltd., Cambridge, England, S. 561-567 wurde erwähnt, daß die Fibrillations-neigung mit zunehmender Verstreckung ansteigt.

Aus dem Vortrag "Besonderheiten des im TITK entwickelten Aminoxidprozesses”, Ch. Michels, R. Maron und E. Taeger, Symposium "Alternative Cellulose - Herstellen, Verformen, Eigenschaften", September 1994, Rudolstadt, BRD, veröffentlicht in Lenzinger Berichte 9/1994, Seiten 57-60 ist bekannt, daß zwischen der Filamentspannung im Luftspalt und den mechanischen Eigenschaften der Faserstoffe ein Zusammenhang besteht. Beim selben Symposium erwähnten P. Weigel, J. Gensrich und H.-P. Fink in ihrem Vortrag "Strukturbildung von Cellulosefasern aus Aminoxidlösungen", veröffentlicht in Lenzinger Berichte 9/1984, Seiten 31-36, daß sich die Fasereigenschaften verbessern lassen, wenn das Trocknen der Filamente vorgenommen wird, ohne daß die Filamente dabei einer Zugbeanspruchung ausgesetzt sind.

In der DE-A - 42 19 658 und der EP-A - 0 574 870 wird beschrieben, daß eine Nachverstreckung der ausgefällten Filamente die textiltechnischen Eigenschaften der Fasern, insbesondere ihre Dehnung, nachteilig beeinflußt.

Es hat sich gezeigt, daß die bekannten Cellulosefasern der Gattung Lyocell hinsichtlich Fasereigenschaften und Fibrillationsneigung noch zu wünschen übrig lassen, und die vorliegende Erfindung stellt sich insbesondere die Aufgabe, ein Verfahren zur Verfügung zu steilen, mit welchem Fasern mit verbesserten Eigenschaften hergestellt werden, bei welchen das sogenannte Arbeitsvermögen, das ist das mathematische Produkt aus der Faserfestigkeit (konditioniert) und der Dehnung (konditioniert), verbessert ist.

Dieses Ziel wird bei einem Verfahren zur Herstellung cellulosischer Fasern erreicht durch die Kombination der Maßnahmen, daß 2

AT 404 032 B - eine Lösung von Cellulose in einem tertiären Aminoxid durch Spinnlöcher einer Spinndüse extrudiert wird, wodurch Filamente extrudiert werden, • die extrudierten Filamente durch einen Luftspalt, ein Fällbad und über eine Abzugsvorrichtung geführt werden, mit welcher die Filamente verstreckt werden, - die verstreckten Filamente zu cellulosischen Fasern weiterverarbeitet werden, wobei - die verstreckten Filamente während der Weiterverarbeitung einer Zugbeanspruchung in Längsrichtung von nicht mehr als 5,5 cN/tex ausgesetzt werden.

Es hat sich gezeigt, daß gute Fasereigenschaften auf ganz einfache Weise dadurch erzielt werden können, daß die Weiterverarbeitung der verstreckten Filamente, also beispielsweise das Auswaschen des tertiären Aminoxids aus dem Filament und das Nachbehandeln (Avivage), insbesondere jedoch auch der Transport der Filamente im Zuge der Weiterverarbeitung, unter möglichst geringer Spannung der Filamente durchgeführt werden sollten, wobei die Zugbeanspruchung nicht höher als 5,5 cN/tex sein sollte.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung umfaßt der Begriff "Weiterverarbeitung" alle Schritte, die an den Filamenten vorgenommen werden, inklusive des Transportes der Filamente, nachdem sie den ersten Haltepunkt der Abzugsvorrichtung passiert haben.

Zweckmäßigerweise werden die verstreckten Filamente während der Weiterverarbeitung geschnitten und anschließend gewaschen.

Es hat sich ferner gezeigt, daß die Länge der Strecke, auf welcher die Filamente von der Spinndüse der Abzugsvorrichtung zugeführt werden, einen Einfluß auf die Fasereigenschaften insofern ausübt, als die Fasereigenschaften umso besser sind, je kürzer diese Strecke ist. Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Länge dieser Strecke maximal 12 m, insbesondere maximal 1 m beträgt.

Die Erfindung betrifft darüberhinaus ein Verfahren zur Herstellung ceilulosischer Fasern, welches gekennzeichnet ist durch die Kombination der Maßnahmen, daß - eine Lösung von Cellulose in einem tertiären Aminoxid durch Spinnlöcher einer Spinndüse extrudiert wird, wodurch Filamente extrudiert werden, - die extrudierten Filamente durch einen Luftspalt, ein Fällbad und über eine Abzugsvorrichtung geführt werden, mit welcher die Filamente verstreckt werden, - die verstreckten Filamente zu getrockneten cellulosischen Fasern weiterverarbeitet werden, wobei - die Länge der Strecke, auf welcher die Filamente von der Spinndüse der Abzugsvorrichtung zugeführt werden, maximal 12 m, insbesondere maximal 1 m beträgt.

Es hat sich ferner als zweckmäßig erwiesen, die verstreckten Filamente während der Weiterverarbeitung und vor einem gegebenenfalls vorgesehenen Schnitt über mehrere Galetten zu führen, die in Serie geschaltet sind, wobei die Geschwindigkeit jeder Galette kleiner ist als diejenige der unmittelbar vorangegangenen Galette.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können alle bekannten cellulosischen Spinnmassen verarbeitet werden. So können diese Spinnmasserr zwischen 5 und 25 % Cellulose enthalten. Bevorzugt sind jedoch Cellulosegehalte zwischen 10 und 18 %. Als Rohstoff zur Zellstofferzeugung kann Hart- oder Weichholz eingesetzt werden, wobei die Polymerisationsgrade des/der Zellstoffe im Bereich der technisch gängigen Handelsprodukte liegen können. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei höherem Molekulargewicht des Zellstoffes das Spinnverhalten besser ist. Die Spinntemperatur kann je nach Polymerisationsgrad des Zellstoffes bzw. Lösungskonzentration zwischen 75 und 140*C liegen und kann für jeden Zellstoff bzw. für jede Konzenration auf einfache Weise optimiert werden.

Nachfolgend werden die Prüfverfahren und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung näher beschrieben.

Fibrillationsbeurteilung

Die Reibung der Fasern aneinander bei Waschvorgängen bzw. bei Ausrüstvorgängen im nassen Zustand wurde durch folgenden Test simuliert: 8 Fasern wurden mit 4 ml Wasser in ein 20 ml Probenfläschchen gegeben und während 9 Stunden in einem Laborschüttelgerät der Type RO-10 der Fa. Gerhardt, Bonn (BRD) auf Stufe 12 geschüttelt. Das Fibrillierverhalten der Fasern wurde danach unter dem Mikroskop mittels Auszählen der Anzahl der Fibrillen pro 0,276 mm Faserlänge beurteilt.

Textile Daten

Festigkeit und Dehnung konditioniert wurden nach der BISFA-Vorschrift "Internationally agreed methods for testing viscose, modal, cupro, lyocell, acetat and triacetate staple fibres and tows", Ausgabe 1993, 3

AT 404 032 B geprüft.

Prüfung der Schlingenfestigkeit und der -dehnung (konditioniert)

Die Schlingenfestigkeit wurde geprüft, indem mit zwei Fasern eine Schlaufe gebildet und diese Schlaufe einem Zugversuch unterworfen wurde. Für die Mittelwertbildung wurden nur jene Fasern herangezogen, die bei der Schlaufe reißen.

Zur Messung der Schlingenfestigkeit und der -dehnung wurden ein Vibroskop, das ist ein Titermeßgerät Bauart Lenzing AG zur zerstörungsfreien Titerbestimmung nach der Schwingungsmethode und ein Vibro-dyn, das ist ein Gerät für Zugversuche an Einzelfasern mit konstanter Verformungsgeschwindigkeit, verwendet.

Als Normklima wurde Luft von 20’C und einer relativen Luftfeuchte von 65% genommen.

Beispiel 1

Es wurde eine 15 %ige Spinnlösung von Sulfit- und Sulfat-Zellstoff (9 % Wasser, 76 % NNMO) mit einer Temperatur von 125’C mit einer Spinndüse versponnen, welche 100 Spinnlöcher mit einem Durchmesser von jeweils 100 um aufwies. Der Ausstoß an Spinnmasse betrug pro Minute 0,017 g/Loch. Der Titer des einzelnen Filamentes betrug 1,9 dtex.

Die Filamente wurden durch den Luftspalt in das Fällbad und über eine Galette geführt, mit welcher ein Zug auf die Filamente ausgeübt wurde, wodurch sie im Luftspalt verstreckt wurden. Nach Passieren der Galette wurden die Filamente sofort geschnitten und erst dann durch Auswaschen des Aminoxids, Avivieren und Trocknen weiterverarbeitet. Die Filamente wurden somit spannungslos weiterverarbeitet. Die textilen Daten der erhaltenen Fasern sind in der Tabelle 1 gezeigt.

Beispiel 2 (Vergleich)

Es wurde analog Beispiel 1 vorgegangen, außer daß die Filamente nach Passieren der Galette, also des ersten Haltepunktes, nicht sofort geschnitten, sondern einer weiteren Galette zugeführt wurden, welche 2,2 Meter von der ersten Galette entfernt war. Die Geschwindigkeit der zweiten Galetten wurde so eingestellt, daß das Filamentkabel zwischen der ersten und der zweiten Galette unter eine Spannung von 11,6 cN/tex stand.

Nach Passieren der zweiten Galette wurden die Filamente sofort geschnitten und erst dann durch Auswaschen des Aminoxids, Avivieren und Trocknen weiterverarbeitet. Die Filamente wurden somit nach dem ersten Haltepunkt nicht spannungslos weiterverarbeitet. Die textilen Daten der erhaltenen Fasern sind in der Tabelle 1 gezeigt.

Tabelle 1

Beispiel 1 Beispiel 2 Spannung am Kabel (cN/tex) 0 11,6 Festigkeit kond. (cN/tex) 37,5 34,3 Dehnung kond. (%) 15,0 10,8 Schlingenfestigkeit (cN/tex) 20,9 18,8 Schlingendehnung (%) 5,8 4,1 Fibrillen 14 29 Arbeitsvermögen 562 370

In der Spalte "Fibrillen" ist die durchschnittliche Anzahl der Fibrillen auf einer Faserlänge von 276 um angegeben. Das Arbeitsvermögen ist das mathematische Produkt aus der Festigkeit (kond.) und der Dehnung (kond.).

Der Tabelle 1 ist zu entnehmen, daß die spannungslose Weiterverarbeitung der Fasern ein Produkt mit verbesserten Eigenschaften ergibt. An diesen Eigenschaften ist vor allem die niedrigere Fibrillenanzahi und das erhöhte Arbeitsvermögen hervorzuheben. 4

Claims

AT 404 032 B Beispiel 3 Eine Spinnmasse der Zusammensetzung von Beispiel 1 wurde bei 120*C durch eine Düse mit 1 Spinnloch, welches einen Durchmesser von 100 um aufwies, zu Filamenten mit einem Einzelfasertiter von 1,8 dtex extrudiert. An den hergestellten Filamenten wurde untersucht, wie sich eine Streckbelastung auf die Fibrillierneigung auswirkt, indem die Filamente mit unterschiedlichen Gewichten belastet wurden, wobei auch die Belastungzeit variiert wurde. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 angegeben. Tabelle 2 Versuch Nr. Belastung (cN/tex) Zeit (s) Fibrillenanzahl A 2,2 10 1 B 2,2 600 4 C 5,6 10 3 D 5,6 600 8,9 E 10,9 10 7 F 10,9 600 12 Die Versuche Nr. E und F sind Vergleichsversuche. Der Tabelle 2 ist zu entnehmen, daß die Fibrillierneigung umso ausgeprägter ist, je höher die Belastung ist und umso länger sie auf das Filament einwirkt. Beispiel 4 Es wurde analog Beispiel 1 vorgegangen, wobei jedoch die Strecke von der Spinndüse bis zur Galette varriiert wurde. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 3 angegeben. Tabelle 3 Versuch 1 Versuch 2 Versuch 3 Strecke Düse/Galette (m) 12 25 48 Titer (dtex) 1,30 1,39 1,29 Festigkeit kond. (cN/tex) 34,8 32,7 34,5 Dehnung kond. (%) 11,8 11,6 11,1 Fibrillen 38 38 41 Arbeitsvermögen 403 379 383 Den Ergebnissen der Tabelle 3 ist zu entnehmen, daß die Länge der Strecke, auf welcher die Filamente bis zur Abzugsvorrichtung (Galette) geführt werden, einen Einfluß auf das Arbeitsvermögen der Faser insofern hat, als das Arbeitsvermögen stark abnimmt, wenn die Strecke größer als 12 m ist. Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung cellulosischer Fasern, gekennzeichnet durch die Kombination der Maßnahmen, daß - eine Lösung von Cellulose in einem tertiären Aminoxid durch Spinniöcher einer Spinndüse extrudiert wird, wodurch Filamente extrudiert werden, - die extrudierten Filamente durch einen Luftspalt, ein Fällbad und über eine Abzugsvorrichtung geführt werden, mit welcher die Filamente verstreckt werden, • die verstreckten Filamente zu cellulosischen Fasern weiterverarbeitet werden, wobei - die verstreckten Filamente während der Weiterverarbeitung einer Zugbeanspruchung in Längsrichtung von nicht mehr als 5,5 cN/tex ausgesetzt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verstreckten Filamente während der Weiterverarbeitung geschnitten und anschließend gewaschen werden. 5 AT 404 032 B
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Strecke, auf welcher die Filamente von der Spinndüse der Abzugsvorrichtung zugeführt werden, maximal 12 m beträgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß die Länge der Strecke, auf welcher die Filamente von der Spinndüse der Abzugsvorrichtung zugeführt werden, maximal 1 m beträgt.
5. Verfahren zur Herstellung cellulosischer Fasern, gekennzeichnet durch die Kombination der Maßnahmen, daß - eine Lösung von Cellulose in einem tertiären Aminoxid durch Spinnlöcher einer Spinndüse extrudiert wird, wodurch Filamente extrudiert werden, • die extrudierten Filamente durch einen Luftspalt, ein Fällbad und über eine Abzugsvorrichtung geführt werden, mit welcher die Filamente verstreckt werden, - die verstreckten Filamente zu getrockneten cellulosischen Fasern weiterverarbeitet werden, wobei - die Länge der Strecke, auf welcher die Filamente von der Spinndüse der Abzugsvorrichtung zugeführt werden, maximal 12 m beträgt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Strecke, auf welcher die Filamente von der Spinndüse der Abzugsvorrichtung zugeführt werden, maximal 1 m beträgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die verstreckten Filamente während der Weiterverarbeitung und vor einem gegebenenfalls vorgesehenen Schnitt über mehrere Galetten geführt werden, die in Serie geschaltet sind, wobei die Geschwindigkeit jeder Galette kleiner ist als diejenige der unmittelbar vorangegangenen Galette.