DE1180886B - Verfahren zur Herstellung von hochnassfesten Cellulosehydratfaeden - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung von hochnaßfesten Cellulosehydratfäden Bekanntlich verliert die Viskosefaser in nassem Zustand etwa 50% ihrer Festigkeitswerte, d. h., die relative Naßfestigkeit beträgt nur rund 5011/o. Es hat nicht an Versuchen gefehlt, um diesen Mangel der Viskosefasern zu beseitigen. So hat man durch Nachbehandlungen mit Aldehyden oder Kunstharzen, die zu Brückenbildungen zwischen den kettenförmigen Cellulosemolekülen in den Fasern führen, wohl die Quellfähigkeit der Fasern in Wasser vermindert und die relative Naßfestigkeit verbessert. Man mußte aber andere Nachteile in Kauf nehmen, u. a. den Nachteil, daß die Fasern spröde werden.
• In der Viskoseindustrie wird seit Jahren so gearbeitet, daß man die Cellulosemoleküle des angewendeten Zellstoffs weitgehend abbaut. Der Durchschnittspolymerisationsgrad (DP) der Cellulose nimmt dabei niedrige Werte (zwischen etwa 250 bis 300) an.
• Der weitgehende Abbau der Cellulosemoleküle wird hauptsächlich deshalb vorgenommen, weil sonst die Viskosität der Spinnmassen (Natriumcellulosexanthogenat) so hoch wäre, daß man die Spinnmassen nicht glatt und störungsfrei durch die engen Bohrungen (von etwa 100 #t und weniger) der Spinndüsen hindurchpressen könnte. Wenn man diese Schwierigkeit durch Druckerhöhung beheben wollte, würde man Gefahr laufen, daß die Düsenböden abreißen. Eine Abhilfe durch Verstärkung der Düsenböden durch Einbau von dickeren Platten kann deshalb nicht in Betracht kommen, weil dann die »Spinnkanäle« zu lang würden und der Widerstand gegen das Durchpressen der Spinnmasse untragbar hoch würde.
• Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von hochnaßfesten Cellulosehydratfäden, das darin besteht, daß eine völlig unaereifte Viskose mit einem Durchschnittspolymerisationsgrad (DP-Wert) von etwa 500 bis 600 in einem üblichen Spinntrichter mittels einer stark verdünnten, sauren, salzfreien Lösung, z. B. einer l%igen Schwefelsäure, bei niedriger, vorzugsweise unter 15° C liegender Temperatur zu Fäden koaguliert wird, die aus dem Spinntrichter austretenden noch plastischen Gebilde durch ein schwach saures, salzfreies Spinnbad von etwa 20° C, das z. B. aus 5- bis 5,5%iger Schwefelsäure besteht, geführt werden, die Fäden anschließend durch eine Luftstrecke von einigen Metern geleitet und dann einer nochmaligen zusätzlichen Verstreckung unter Führung durch ein heißes Wasserbad von etwa 85 bis 90° C unterworfen werden.
• In der Viskoseindustrie hat man das Trichterspinnverfahren bisher nur für die Verarbeitung von stark bzw. völlig gereiften Viskosemassen benutzt. Hierbei wird die Reifung so weit getrieben, daß die Viskose knapp vor ihrer Eigenkoagulation steht, also in einen Zustand versetzt ist, in dem sie bei Weiterreifung zu Gelform erstarren würde. Diese stark gereifte Viskose wird im Trichterspinnverfahren so versponnen, daß die Koagulation der Fäden durch Bespülen im Spinntrichter mit warmem Wasser erfolgt. Der durch die relativ weiten Düsenlöcher von 800 #t und darüber tretende Spinnstrahl wird im Trichter, den die Badflüssigkeit von oben nach unten, also von der weiten gegen die verengte Stelle des Trichters mit zunehmender Geschwindigkeit durchströmt, verstreckt, wobei sich der Fadendurchmesser allmählich bis zum Austritt aus dem Spinntrichter verjüngt. Da die hochgereiften Viskosen einen niedrigen DP-Wert haben, führen sie zufolge des molekularen Abbaus der Cellulose zu Fäden mit unzureichenden Festigkeitseigenschaften.
• In der schweizerischen Patentschrift 237 361 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem weniger gereifte Viskosen in einem alkalischen Spinnbad versponnen werden, das neben freiem Alkali noch Alkalimetallsalze von verhältnismäßig hoher Konzentration enthält. Bei Verwendung einer üblichen Trichterspinnanlage, bei der die Dimensionen des Spinntrichters den Abmessungen entsprechen, die in der Praxis für die Herstellung von Kupfer-Kunstseide Verwendung finden, können mit ungereifter Viskose unter Verwendung von alkalischer salzhaltiger Spinnflüssigkeit keine Fäden erhalten werden, die frei von klebriger oder schmieriger Beschaffenheit sind. Die so gesponnenen Viskosefäden zeigen hohen Ouellwert in Wasser (etwa 1004/o) und unbefriedigende relative Naßfestigkeit.
• Die vorliegende Erfindung beruht auf einem anderen Prinzip. Hier wird die Fadenbildung in einem Spinntrichter normaler Dimension mit einer stark verdünnten Säurelösung vorgenommen, die von Elektrolyten, also Salzen, frei ist. Die hierbei entstehenden Fäden sind soweit vorkoaguliert, daß sie nicht mehr miteinander verkleben, aber noch so plastisch und dehnbar sind, daß man sie durch zusätzliches Verstrecken verfestigen kann. Die erfindungsgemäß hergestellten Viskosefäden zeigen einen Quellungswert in Wasser, der etwa bei 60% liegt.
• Die Erfindung gestattet die Herstellung von Viskosefasern, deren relative Naßfestigkeit gegenüber der bisherigen Naßfestigkeit von Viskosefasern erheblich verbessert ist. Die Reißfestigkeit, die bisher nur etwa 21 Reißkilometer (Rkm) betrug, liegt etwa bei 32 Rkm und darüber bei einer relativen Naßfestigkeit von etwa 851/o und mehr. Beispiel Handelsüblicher Fichtenzellstoff, wie er heute allgemein in der Kunstseiden- und Zellwollindustrie zum Einsatz kommt, wird unter den üblichen Bedingungen eingemaischt, abgepreßt, zerfasert und anschließend mit 50% Schwefelkohlenstoff 8 Stunden lang bei einem Temperaturintervall von 18 bis 27° C sulfidiert. Das ausgebrachte Xanthenat wird schwach abgesaugt, 5 bis 6 Stunden lang unter zeitweiligem Anlegen von Vakuum zu einer Viskose mit 9 bis 9,511/o Cellulose und einem Alkaliverhältnis von 0,85 bis 0,90 gelöst, zur Vermeidung jeglicher Reife auf - 3 bis 0° C eingekühlt und anschließend bei dieser Temperatur über feine Metallgazen mit Baumwollfilz als Zwischenlage bei 5 atü zweimal hintereinander filtriert. Die gefilterte Masse läßt man zur vollständigen Entlüftung 3 bis 4 Tage unter zeitweiligem Durchkneten und Anlegung von Vakuum bei möglichst tiefen Temperaturen stehen, anschließend wird langsam auf etwa 5° C temperiert.
• Eine auf diese Weise hergestellte erfindungsgemäß brauchbare Spinnmasse zeigt folgende analytische Daten:

  Cellulosegehalt .... 9,1%

  DP-Wert ......... 560

  Gesamtalkali ...... 8,0%

  CS2-Gehalt . . . . . . . . 40 bis 43 0/0

  Viskosität ....... . 826 Kgfsec.

  Reifegrad . . . . . . . . größer als 20 (abs. unreif)

  Die gut entlüftete und absolut unreife Viskose mit einer Temperatur von 5° C wird unter einem Druck von 3 atü einer üblichen Dosierpumpe zugeführt und nach Passierung eines üblichen Kerzen- oder Tellerfilters mit mehrfacher Metallgazebespannung über eine Tantaldüse mit sechzig zylindrischen Bohrkanälen von je 800 #t in eine der Düse entsprechend dimensionierte übliche Trichtereinheit mit einer Geschwindigkeit von 4,25 ccm/Min. ausgepreßt. Die austretenden Spinnstrahlen werden von dem darin befindlichen Umlaufmittel (= Bad 1), das 10 g H,SO4/Liter enthält, eine Temperatur von 12° C besitzt und dessen Umlaufgeschwindigkeit 550 ccm/Min. beträgt, sehr fein ausgezogen und oberflächlich gerade so weit verfestigt, daß sie einen zusammenhängenden noch plastischen Faden ergeben. Dieser wird nach Verlassen des Trichters zur weiteren Verfestigung durch ein 75 bis 80 cm langes zweites Bad mit 50 bis 55g H,S04/Liter von 20° C geführt (der Faden ist dabei immer noch plastisch), von einer Galette in dreifacher Umschlingung und zwei vorgeschalteten Badabstreifern mit einer Geschwindigkeit von 43 m/Min. über eine Luftstrecke von 400 cm abgezogen und anschließend in einem 2 m langen Regenerationsbad (=drittes Bad) mit Wasser von 85 bis 90° C unter andauernder Erneuerung desselben im Gegenstromprinzip über eine Haspel mit einer Geschwindigkeit von 54 m/Min. zusätzlich um etwa 25% verstreckt. Die gemessene Bruchdehnung lag bei 40 %.
• Der von der Haspel abgenommene Strang wird in bekannter Weise entschwefelt, ausgebleicht, aviviert und getrocknet. Ein Zusammenkleben der Fäden ist dabei nicht festzustellen. Es genügt eine einfache Avivage mit den üblichen anion- oder kationaktiven Mitteln. Doppelavivage, wie sie in der Trichterspinneren vielfach noch ausgeführt wird, setzt den Quellwert noch weiter herab. Faserbefund Die Faser ist sehr weich und weist eine feinwellige Kräuselung auf. Die Oberfläche ist glatt, Längsriefungen sind kaum noch angedeutet. Im Querschnitt findet man rundliche, ziemlich einheitliche Formen mit vereinzelt eingestreuten gröberen und feineren Fasern. Charakteristisch ist die Besetzung der Querschnitte mit feinen Poren. Unterschiede zwischen Mantel und Kern, wie sie bei normalen Viskosefasern bekannt sind, existieren praktisch nicht mehr, die Faser ähnelt in dieser Hinsicht mehr der Kupfer-Kunstseide.
• Polarisationsoptisch findet man wie bei diesen, jedoch wesentlich stärker ausgeprägt und je nach dem Grad der Verdichtung im Bad 3, eine mehr oder weniger breite, stark leuchtende Randpartie und einen weniger leuchtenden inneren Teil.

  Titer ........................ 1,4 den

  Dehnung

  trocken . . . . . . . . . . . . . . . ..... 7,5%

  na.ß ........................ 8,5%

  DP-Wert ..................... 560

  Quellung ..................... 68%

  Festigkeit

  trocken .................... 31 Rkm

  naß ........................ 26,6%

  relativ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8611/o

  Dichte ....................... 1,5223

Claims (1)

1. Patentanspruch: Verfahren zur Herstellung von hochnaßfesten Cellulosehydratfäden, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß eine völlig ungereifte Viskose mit einem Durchschnittspolymerisationsgrad von etwa 500 bis 600 in einem üblichen Spinntrichter mittels einer stark verdünnten sauren, salzfreien Lösung bei niedriger, vorzugsweise unter 15° C liegender Temperatur zu Fäden koaguliert wird, die aus dem Spinntrichter austretenden noch plastischen Gebilde durch ein schwach saures, salzfreies Spinnbad von etwa 20° C geführt werden, die Fäden anschließend durch eine Luftstrecke von einigen Metern geleitet und dann einer nochmaligen zusätzlichen Verstreckung unter Führung durch ein heißes Wasserbad von etwa 85 bis 90° C unterworfen werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 433 062; britische Patentschriften Nr. 277 716, 307 829, 319 243; schweizerische Patentschrift Nr. 237 361.