DE102011101321A1

DE102011101321A1 - Flammhemmende Celluloseregeratfilamentfasern und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102011101321A1
Application number: DE102011101321A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Müller; Martin Gebert-Germ
Original assignee: Glanzstoff Bohemia sro
Current assignee: Glanzstoff Bohemia sro
Priority date: 2011-05-12
Filing date: 2011-05-12
Publication date: 2012-11-15
Also published as: EP3006608B1; WO2012152451A1; EP2707526A1; EP2707526B2; US9828697B2; US20140210120A1; EP3006608A1; EP2707526B1

Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung von Celluloseregeneratfasern, bei dem Partikel eines flammhemmenden Feststoffes in die Faser inkorporiert werden, werden die Partikel in eine Form gebracht, deren Dimension in einer Partikelhauptachse größer ist als in den beiden dazu orthogonalen Partikelnebenachsen, und die Partikelhauptachsen in der Faser in einer zu dessen Spinnrichtung parallelen Vorzugsrichtung ausgerichtet sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Celluloseregeneratfaser, bei dem Viskose mit einer Dispersion von Partikeln eines flammhemmenden Feststoffes in einem Dispersionsmittel in einem bestimmten Mengenverhältnis gemischt und die dadurch entstandene Mischung gemäß bestimmten Spinnparametern naßgesponnen wird, sowie auf eine insbesondere durch dieses Verfahren hergestellte Celluloseregeneratfaser.
Es sind bereits Verfahren zur Herstellung flammfester Celluloseregeneratfasern bekannt, bei denen jedoch häufig Festigkeitsverluste auftreten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art und eine flammfestes Celluloseregeneraffaser, insbesondere -endlosfaser, zu schaffen, bei denen nur geringe Festigkeitsverluste auftreten und die Festigkeit der Faser insbesondere den hohen Anforderungen für Schutzkleidung genügt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens dadurch gelöst, daß die Partikel in eine Form gebracht werden, deren Dimension in einer Partikelhauptachse größer ist als in den beiden dazu orthogonalen Partikelnebenachsen und die Partikelhauptachsen in der Faser in einer zu deren Spinnrichtung parallelen Vorzugsrichtung ausgerichtet werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden also die Hauptachsen der in die Faser inkorporierten Partikel derart ausgerichtet, daß im Idealfall ihre Hauptachsen parallel zur Spinnrichtung des Filaments ausgerichtet sind. In der Praxis genügt eine Annäherung an diesen Idealzustand, die darin besteht, daß die Orientierungsdichtefunktion der inkorporierten Partikel in der Spinnrichtung des Filaments ihr Maximum annimmt. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis des Partikeldurchmessers in der durch die beiden Partikelnebenachsen aufgespannten Ebene zu der längs der Hauptachse gemessenen Länge des Partikels etwa 1:3. Vorzugsweise ist die Form der Partikel ein Drehellipsoid.
Durch eine geeignete Wahl der Spinnparameter, insbesondere der Abzugsgeschwindigkeit, lassen sich flammhemmende Celluloseregeneratfasern mit einem LOI größer als 27 und Festigkeiten größer als 25 cN/tex und bevorzugt von größer als 30 cN/tex herstellen. Die Abnahme der Reißfestigkeit im konditionierten Zustand der flammhemmenden Celluloseregeneratfilamentfaser gegenüber einer vergleichbaren Regeneratfilamentfaser, die jedoch keine flammhemmenden Partikel enthält, ist insbesondere kleiner als 28%. Vorzugsweise ist eine Festigkeitsabnahme von weniger als 25% und insbesondere bevorzugt eine Festigkeitsabnahme von weniger als 20% erzielbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß die Partikelgrößenverteilung der als Ausgangsstoff des Verfahrens verwendeten Dispersion vor ihrer Zuführung zum Mischvorgang in einer düsenbasierten Dispergiereinrichtung eingestellt wird.
Beispielsweise beträgt der gesamte Feststoffanteil einer unter dem Handelsnamen Viskofil^® Exolit 5060 VP2988 erhältlichen flammhemmenden Dispersion chargen- und rezepturabhängig zwischen 51 bis 56 Prozent, wobei chargenabhängig der Anteil des flammhemmenden Stoffs zwischen 41 bis 45 Prozent variiert. In der düsenbasierten Dispergiereinrichtung, bei der es sich vorzugsweise um eine unter der Produktbezeichnung Serendip Dispersion Device, beispielsweise Serendip LPN 60 oder Serendip 500 erhältliche Einrichtung handelt, werden durch den Transport und/oder die Lagerung entstandene Agglomerate dieser im Handel erhältlichen Dispersion aufgebrochen. Bereits nach kurzer Energieeinwirkung stellt sich dadurch eine Partikelgrößenverteilung ein, deren mittlerer Partikeldurchmesser in einem besonders günstigen Bereich zwischen 0,7 und 0,8 μm liegt und die eine sehr enge Korngrößenverteilung aufweist.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, daß der als Ausgangsstoff des Verfahrens verwendeten Dispersion vor ihrer Zuführung zum Mischvorgang mindestens ein zusätzliches Dispergiermittel zugegeben wird.
Als derartige zusätzliche Dispergiermittel bzw. Schutzkolloide kommen insbesondere die unter den Handelsnamen Calgon^® des Herstellers Clariant und Tamol^® NN9104 des Herstellers BASF erhältlichen Dispergiermittel bzw. Schutzkolloide in Betracht. Ein häufig verwendetes Kriterium zur Beurteilung der Spinnsicherheit ist die Anzahl der getauschten Düsen pro Tag, ausgedrückt in Prozent der getauschten Spinnstellen zu der Gesamtzahl an Spinnstellen. Ohne die Zugabe der zusätzlichen Dispergiermittel ergibt sich in der Praxis ein Prozentwert von über 100 Prozent. Überraschenderweise genügt bereits eine geringe Menge von weniger als zwei Gewichtsprozent, vorzugsweise von weniger als 0,5 Gewichtsprozent, aus einer Mischung von Tamol^® NN9104 und Calgon^®, um den Prozentwert auf unter 25 Prozent, vorzugsweise auf unter 15 Prozent zu senken.
Die Zugabe der zusätzlichen Dispergiermittel begünstigt insbesondere eine Verfahrensführung, bei der eine Filterung der Mischung, aus der die Celluloseregeneratfaser gesponnen wird, nur in zwei Grobfiltern durchgeführt wird, in denen Partikel größer als 25 μm zurückgehalten werden. Eine apparative Filterabfolge aus einem 10 μm-Feinfilter und einem 30 μm-Grobfilter, wie sie im Stand der Technik gemäß EP 1 882 760 vorgeschlagen wird, ist hierbei nicht erforderlich. Das erfindungsgemäße Verfahren ist hierdurch deutlich wirtschaftlicher, weil ausschließlich die beiden in der Anschaffung und Wartung günstigeren Grobfilter zur Anwendung kommen.
Besonders bevorzugt ist die Verwendung eines Kapillartiters von 1,8 dtex und Lochdurchmessern der Spinndüsen von 40 bis 60 μm. Der durchschnittliche Durchmesser der Einzelfaser beträgt zwischen 10 bis 30 μm, vorzugsweise 11 bis 20 μm.
Im Rahmen der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, daß die Viskose dem Mischvorgang als Förderstrom einer Viskosepumpe zugeführt wird, deren Förderrate in Abhängigkeit von einer Messung des Drucks in dem aus dem Mischvorgang abfließenden Förderstrom geregelt wird. Bei dieser Viskosepumpe kann es sich beispielsweise um eine Zahnradpumpe handeln.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Dispersion dem Mischvorgang von einer Dosierpumpe zugeführt wird, deren Förderrate in Abhängigkeit von einer Messung des dem Mischvorgang zugeführten Massenflusses der Dispersion geregelt wird. Eine gleichmäßige Dosierung des Eintrags an Dispersion in die Cellulose ist für die Festigkeit der Regeneratfaser von besonderer Bedeutung. Die Einhaltung eines festgelegten konstanten Verhältnisses aus Dispersion zu Viskose könnte beispielsweise mechanisch in Form eines Getriebes zwischen der Viskosepumpe und der Dosierpumpe realisiert werden. Hierdurch würde jedoch nur das Verhältnis der Volumenströme konstant gehalten. Dagegen ermöglicht die massenflußabhängige Regelung der Dosierpumpe eine gleichmäßige Dosierung der Dispersion. Als Massendurchflußmesser wird bevorzugt ein Coriolis-Massendurchflußmesser verwendet. Als Dosierpumpe kommt bevorzugt eine Exzenterschneckenpumpe zur Anwendung, da diese bei Dispersionen mit hohem Feststoffanteil deutlich längere Standzeiten ermöglicht.
Vorzugsweise ist der alpha-Cellulosegehalt des eingesetzten Zellstoffes größer als 98 Prozenmit einem DP größer 400 um die erfindungsmäßigen Festigkeiten zu erreichen. Die Viskosität der Viskose ist vorzugsweise größer als 100 kfs bei 20°C und weisen die inkorporierten, wasserunlöslichen flammhemmenden Partikel eine drehellipsoidische Form auf, deren längere Hauptachsen in einer zur Verstreckungsrichtung der Faser parallelen Vorzugsrichtung ausgerichtet sind. Dadurch kann eine besonders hohe Festigkeit erreicht werden.
Vorzugsweise wird als flammhemmender Stoff 2,2'-oxybis[5,5-dimethyl-1,3,2-dioxaphosphorinane]2,2' disulphide verwendet.
Exemplarisch sind die Grenzen der Maschinen-Parameter angeführt, innerhalb derer für den Titer 200f100 ein dem erfindungsmäßiges Verfahren entsprechendes Spinnen möglich ist.

cN/100 Spinnbad B-Bad Walzenheizung Verstreckung Abzug

Titer dtex [°C] [°C] [°C] [%] [m/min]

200f110 HT-FR 240–310 50–70 75–98 75–95 > 70 > 60
Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand der Zeichnungsfigur beispielhaft erläutert.
Aus einem Rührkessel 1 wird eine Dispersion von Partikeln eines flammhemmenden Feststoffes von einer Dosierpumpe 2 über eine Rückschlagklappe 5 einem statischen Mischer 6 zugeführt. Außerdem wird dem statischen Mischer 6 über eine Viskoseförderpumpe 3 Viskose zugeführt. Aus dem statischen Mischer 6 strömt die darin gebildete Mischung aus Viskose und Dispersion in einen weiteren statischen Mischer 7 und wird dort weiterhin durchmischt.
Der den statischen Mischer 7 verlassende Förderstrom läuft durch einen Massendurchflußmesser 8 zu einer Spinnmaschine hin, in der die Celluloseregeneratfaser ersponnen wird.
Ebenso läuft der dem statischen Mischer 6 zugeführte Förderstrom der Dispersion durch einen weiteren Massendurchflußmesser 9. Eine Regeleinheit 10 erzeugt ansprechend auf die Meßsignale der Massendurchflußmesser 8 und 9 ein Regelsignal für den Antrieb der Dosierpumpe 2, durch das das Massenverhältnis der beiden Förderströme auf einen gewünschten Wert geregelt wird.
Weiterhin wird der Druck des zur Spinnmaschine geförderten Förderstroms von einem Drucksensor 4 erfaßt und in Abhängigkeit von dessen Meßsignal die Förderrate der Viskoseförderpumpe 3 geregelt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1882760 [0011]

Claims

Verfahren zur Herstellung von Celluloseregeneratfaser, bei dem Viskose mit einer Dispersion von Partikeln eines flammhemmenden Feststoffes in einem Dispersionsmittel in einem bestimmten Mengenverhältnis gemischt und die dadurch entstandene Mischung gemäß bestimmten Spinnparametern naßgesponnen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel in eine Form gebracht werden, deren Dimension in einer Partikelhauptachse größer ist als in den beiden dazu orthogonalen Partikelnebenachsen und die Partikelhauptachsen in der Faser in einer zu deren Spinnrichtung parallelen Vorzugsrichtung ausgerichtet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der Partikel ein Drehellipsoid ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Formgebung der Partikel und die Ausrichtung ihrer Hauptachsen durch eine Einstellung der Spinnparameter erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikelgrößenverteilung der als Ausgangsstoff des Verfahrens verwendeten Dispersion vor ihrer Zuführung zum Mischvorgang in einer düsenbasierten Dispergiereinrichtung eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der als Ausgangsstoff des Verfahrens verwendeten Dispersion vor ihrer Zuführung zum Mischvorgang mindestens ein zusätzliches Dispergiermittel zugegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Viskose dem Mischvorgang als Förderstrom einer Viskosepumpe zugeführt wird, deren Förderrate in Abhängigkeit von einer Messung des Drucks in dem aus dem Mischvorgang abfließenden Förderstrom geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispersion dem Mischvorgang von einer Dosierpumpe zugeführt wird, deren Förderrate in Abhängigkeit von einer Messung des dem Mischvorgangs zugeführten Massenflusses der Dispersion geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Filterung der Mischung nur in zwei Grobfiltern durchgeführt wird, in denen Partikel größer als 25 μm zurückgehalten werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Viskose aus einem Zellstoff gewonnen wird, dessen Gehalt an alpha-Cellulose größer als 98 Prozent ist und die Viskosität der Viskose größer als 100 kfs ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als flammhemmender Stoff 2,2'-oxybis[5,5-dimethyl-1,3,2-dioxaphospharinane]2,2' disulphide verwendet wird.
Aus mit flammhemmenden Partikeln dotierter Viskose ersponnene Celluloseregeneratfaser, insbesondere hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abnahme seiner Trockenreißfestigkeit gegenüber einer identischen aus undotierter Viskose hergestellten Cellunloseregeneratfaser kleiner als 28 Prozent, bevorzugt kleiner als 25 Prozent, und besonders bevorzugt kleiner als 20 Prozent ist.
Cellulosefaser nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel eine Form aufweisen, deren Dimension in einer Partikelhauptachse größer ist als in den beiden dazu orthogonalen Partikelnebenachsen und die Partikelhauptachsen in der Faser in einer zu dessen Spinnrichtung parallele Vorzugsrichtung ausgerichtet sind.
Celulosefaser nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der Partikel ein Drehellipsoid ist.