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Verfahren zur Herstellung von Fäden Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Herstellung von Fäden aus regenerierter Cellulose hoher Festigkeit durch Spinnen
einer Viskose mit einem Gehalt von 5 bis 7 % Cellulose, 5 bis 7 % Ätznatron, »6
bis 40 % (bezogen auf Cellulose) Schwefelkohlenstoff sowie i bis 4 % (bezogen auf
Cellulose) eines Modifizierungsmittels in ein außer Natriumsulfat noch Schwefelsäure
und 40.bis 60 g/l Zinksulfat enthaltendes Spinnbad, Abziehen der koagulierten Fäden
und Strecken der Fäden um mindestens 100 % in einem bei einer Temperatur von 85
bis 950C gehaltenen Streckbad.
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Verfahren dieser Art sind-bereits bekannt; siv führen in Abhängigkeit
von der Viskosezusammensetzung, den Spinnbedingungen und der Wahl des Modifizierungsmittels,
als welches Chinolin, oxyäthylierte Fettalkohole oder Fettsäuren, Poloxyäthylenglykoläther
von Phenol, äthoxylierte Amine, quarternäre Ammoniumsalze u.a. in Frage kommen,
im allgemeinen su hochwertigen Produkten, die als hochfeste Fasern bezeichnet werden.
Man ist bestrebt, die Bedingungen so zu wählen, daß eine sogenannte Mantelstruktur
und ein wngelappter Querschnitt des regenerierten Fadens erhalten werden Bei len
bekannten Verfahren werden an die Viskose hohe Reinheitsanforderungen gestellt;
normalerweise wird verlangt, daß der Gehalt der Ausgangszellstoffe an α-Cellulose
mehr als 95 % beträgt. Die Spinnbäder enthalten Schwefelsäure, Natriumsulfat und
Zinksulfat, wobei die Schwefelsäurekonzentration etwa 7 % beträgt und geringfügig
über dem "Slubbing-Point" liegen soll, und die Zinksulfatkonzentration über 40 g/l
betragen
soll. Die empfohlenen Natriumsulfatkonzentrationen liegen bei den bekannten Verfahren
über 120 g/l (etwa 10 %).
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Obwohl es nach den bekannten Verfahren gelungen ist, Fasern mit guten
Festigkeitseigenschaften herzustellen, ist ihr Gesamt-Eigenschaftsspektrum a1l textilte
chiio logischer Hinsicht nicht befriedigend. Sollen aus Celluloseregeneratfasern
feine Garne hergestellt werden die sich Sir eine gemeinsame Verarbeitung mit Seinen.
Baumwollgarnen oder feinen, aus synthetischen Fasern hergestellten Garnen eignen,
oder sollen aus Celluloseregeneratfasern und Baumwolle bzw. synthetischen Fasern
Mischgarne hergestellt werden, so müssen nicht nur an die Reißfestigkeit, sondern
auch an den Naßmodul und die Abriebfestigkeit der Celluloseregeneratfasern hohe
Anforderungen gestellt werden, und es muß auch auf die sekundären Qualitätsmerkmale,
die durch den Koagulations- und Rege ne ra-i,mions zustand bedingt werden, besonders
geachtet werden Weiters ist die Plastizität des koagulierten und teilweise regenerierten
Fadens sowie dei Stabilität der Einzelkapillaren, insbesondere ihre Widerstandsfähigkeit
gegen Zerreißen an den Führungs- und Umlenkorganen der Spinnmaschine, von wesentlicher
Bedeutung.
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Es hat sich als schwierig herausgestellt, Fasern mit hoher Festigkeit,
mittlerer Dehnung und hohem Naßmodul bei guter Schlingenfestigkeit zu gewinnen.
Ein besonderes Problem ist es auch, das ersponnen Fasergut frei von Sekundräfehlern,
wie Verklebungen von Einzelfasern, Viskosebatzen, Langfasern u. dgl. zu erhalten.
Es ist eine erfahrungstatsache, daß mit umso mehr Fehlern der erwähnten Art beim
Spinnen zu rechnen ist, je höher die Lochzahl der Düse ist. Auf der anderen Seite
müssen wegen der niedrigen EndabzugsgeschwiLndigkeit bei Verfahren dieser Art Düsen
mit möglichst großer Lochzahl verwendet werden, denn nur bei diesen ist ein ufriedenstellender
wirbschaftlicher Nutzungsgrad zu erwarten.
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Die Erfindung bezweckt die Vermeidung der geschilderten Schwierigkeiten
und hat die Schaffung eines Verfahrens
zum Ziel, welches im großtechnischen
Umfang die Erreichung der folgenden Faserkennwerte gewährleistet: Naßmodul mindestens
10 p/den, vorzugsweise 12 - 16 p/den; Echlingenfestigkeit mindestens 1,8 p/den,
vorzugsweise 2,0 - 2,,2 p/den; maximale Anzahl der Spinnfehler wie folgt: Anzahl
der Verklebungen pro 10 g Fasermaterial: höchstens 102 Anzahl der Viskosebatzen
pro 10 g Fasermaterial: höchstens 4; Anzahl der Langfasern pro 10 g Fasermaterial:
höchstens 40.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist gekennzeichnet durch die Kombination
der folgenden Maßnahmen: a) daß eine Viskose verwendet wird, deren Spinngammawert
50 bis 68, vorzugsweise 55 bis 58, und deren Spimiviskosität 50 bis 120, vorzugsweise
70 bis 90 Kugelfallsekunden beträgt; b) daß die Natriumsulfatkonzentration im Spinnbad
60 bis 110 g/l, vorzugsweise 90 bis 110 vl, beträgt; und c) daß die Temperatur des
Spinnbads 36 bis 45°Us vorzugsweise 39 bis 420C beträgt.
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Zweckmäßig wird eine Viskose verwendet, der das Modifizierungsmittel
erst icurz vor dem Verspinnen der Viskose, längstens zwei Stunden vor dem Verspinnen,
zugegeben wird.
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Das Spinnen kann ohne Schwierigkeiten unter Verwendung von Viellochdüsen
mit mehr als 30.000 Spinnlöchern pro Düseneinheit erfolgen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es nicht erforderlich, einen
hochveredelten Zellstoff mit einem Oellulosegehalt von mehr als 95 % zu verwenden,
sondern es können auch Zellstoffe verwendet werden, derenα-Cellulosegehalt
weniger als 95 ffi beträgt.
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Die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maßnahmen der Einhaltung einer
bestimmten Spinnreife, für die der Spinngammawert charakteristisch ist, der Einhaltung
einer bestimmten Viskosität, für die die Kugelfallwerte charakteristisch sind, und
der Einhaltung bestimmter Bedingungen im Spinnbad, bewirken zusammen die angestrebten
Fasereigenschaften. Unter dem Splnngammawert versteht man den Anteil der an 100
Ceilulosemolekülen gebundenen Schwefelkohlenstoffmoleküle. Der Gammawert wird bestimmt
nach Zellcheming. Merkblattentwurf von R. Stahn (1958) bzw. Merkblatt III/F 2. Unter
Kugelfall versteht man die nach der Kugelfall-Methode bestimmte Viskosität; sie
wird in Kugelfallsekunden ausgedrückt. Die Bestimmung ist in K. Götze, Chemiefasern,
Seite 175 (1951 ) angegeben.
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Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Natriumsulfatkonzentration unterscheidet
sich von den in der Literatur zumeist angegebenen Werten dadurch, daß sie tiefer
liegt; man findet im allgemeinen Empfehlungen für-den Natnumsulfatgehalt von 10
bis 14 %. Durch die erfindungs-gemäße Herabsetzung des Natriumsulfatgehaltes wird
ein Ansteigen der Dehnuug und eine Herabsetzung des Naßmoduls vermieden.
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Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Temperatur des Spinnbads unt-erscheidet
sich von den in der Literatur zumeist angegebenen Werten dadurch, daß sie höher
liegt; im allgemeinen wird eine Spinnbadtemperatur von 30°C empfohlen. Bei einer
so niedrigenlSpinnbadtemperatur ist der Faden zu wenig regeneriert, wodurch Störungen
an den Efihrungs- und Umlenkorganen auftreten können und beim Schneiden des Spinnkabels
zu Stapeln ein unerwünscht hoher Anteil an Langfasern entsteht. Bei der erfindungsgemäß
vorgeschlagenen höheren Badtemperatur wird hingegen ohne Verschlechterung der textilphysikalischen
Fasereigenschaften ein sicheres Spinnen gewährleiste t.
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-Durch die Zugabe des Modifizierungsmittels erst kurz vor dem Verspinnen
werden Verunreinigungen, die sonst
dadurch auftreten, daß sich Teilchen
von den Behälter- und Rohrwänden unter der Einwirkung des Modifizierungsmitt-els
ablösen, weitestgehend vermieden, und Spinnfehler werden dadurch unterdrückt.
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Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es weiterhin vorteilhaft,
das Ätznatron/Cetlulose. verhältnis möglichst hoch, mindestens auf 0,9 oder höher,
zu halten.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die überlegenen Figenschaften
der danach hergestellten Fäden gegenüber bekannten Verfahren werden in den folgenden
Beispielen näher erläutert. Hiebei veranschaulichen die Beispiele 1 und 2 die erfindungagemäße
Arbeitsweise, während Beispiel 3 in bezug auf die Narriumsulfatkonzentration im
Spinnbad und die Spinnbadtemperatur und Beispiel 4 in bezug auf die Nat;riumsulfatkonzentration
im Spinnbad von der erfindungsgemäßen Arbeitsweise abweichen, wodurch in beiden
Fällen die Fasereigetl schaften verschiechtert werden.
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In den Beispeilen sind als Qualitätsmerkmale die Reißfestigkeit und
Reißdehnung des Fasern im konditionierten und massen Zustand, ferner der Naßmodul
und die Schlingenfestigkeit angegeben; der Naßmodul wurde nach folgender For-P mel
berechnet:NM= . 20 (P = Zugkraft bei 5 % Dehnung,.
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Td Td = Titer in den); die Schlingenfestigkeit wurde auf den einfachen
Titer bezogen.
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Als sekundäre Qualitätsmerkmale sind in den Beispielen die Anzahl
der Verklebungen von Einzelfasern, die.
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Anzahl der Viskosebatzen und die Anzahl der über 10 5,4 außer ha b
einer normalen Stapelverteilung liegenden Langfasern, jeweils bezogen auf 10 g Fasermaterial,
angegeben Diese Be stimmungen werden durch Auszählen von hand aus durchgeführt.
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Beispiel 1: Viskosezellstoff mit 93 % α-Cellulose wurde mit
Maischlaugem, welche 240 g/l Ätznatron enthielt, bei
35°C unter
Umrühren alkalisiert. Die Zugabe des Zellstoffes und die Entnahme der Maische über
eine Pumpe erfolgten kontinuierlich. Die Maische wurde zu einem Alkalicellulosevlies
mit 33 % Cellulose und 17 % Ätznatron abgepreßt. Das Alkalicellulosevlies wurde
zerfasert. Die Alkalicellulose wurde bei einer Temperatur von 30°C angereift, so
daß die Kupferviskosität der Cellulose vor der Sulfidierung 160 mp betrug. Durch
Zugabe von 38 % CS2, bezogen auf Cellulose, werde unter Umwälzen des Gutes in einer
Simplex-Maschine bei 28°C zwei Stunden lang sulfidiert. Das Xanthogenat wurde mit
einer verdünnten Ätznatronlösung zu einer Viskose mit 6 % Cellulose, 6 % NaOH und
36 % CS2, bezogen auf Cellulose, geläst. Die Viskose wurde dreimal filtriert und
entlüf-te t. Der Viskose werden eine Stunde vor dem Verspinnen 3 %, bezogen auf
Cellulose, eines eine Mantelstruktur bewirkenden Modifizierungsmittels zudosiert-.
Die Viskose wurde auf einen Spinngammawert von 57 nachgereift. Die Viskosität betrug
während des Verspinnens 80 Kugelfallsekunden. Die Viskose wurde aneiner großtechnischen
Spinnmaschine über Viellochdüsen mit 32.000 Löchern pro Düseneinheit in ein Spinnbad
mit folgender Zusammensetzung gesponnen: 70 g/l H2SO4, 90 g/l Na2SO4, 55 g/l ZnSO4,
Die Spinnbadtemperatur betrug 40°C. Der koagulierte und teilweise regenerierte plastische
Fadenstrang von blaßgelber Farbe wurde über eine Galette (G 1) in eine Zweitbad,
dessen Temperatur 95°C war, geführt und dort zwischen G 1 und einer zweiten Galette
(G 2) um 127 , verstreckt. Der Endabzug betrug 27 m/min. Das Spinnkabel wurde zu
Stapeln von 40 mm Länge geschnitten, welche in verdünnter Schwefelsäure vollständig
regeneriert, hierauf mit Heißwasser säurefrei gewaschen, mit verdünnter Natronlauge
entschwefelt, abermals ausgewaschen, mit verdünnter Natriumhypochloritlösung gebleicht,
abermals ausgewaschen, aviviert, abgepreßt udn getrocknet wurden.
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Die textilen Kennwerte der erhaltenen Fäden waren die folgenden:
Reißfestigkeit
kond.: 4,6 p/den; Reißfestigkeit naß: 2,8 p/den; Reißdehnung kond.: 12 9'; Reißdehnung
naß: 14 9'; Naßmodul: 14,0 p/den; Schlingenfestigkeit: 2,1 p/den; Anzahl der Verklebungen
pro 10 g Faser: 0; Anzahl der Viskosebatzen pro 10 g Faser: O; Anzahl der Langfasern
pro 10 g Faser: 6.
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Die e textilphysikalischen Eigenschaften und die sekundären Qualitätsmerkmale
der 80 hergestellten Fäden bzw.
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Fasern sind zufriedenstellend und entsprechen den angestrebten Werten.
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Beispiel 2: Die Viskoseherstellung, der Spinnprozeß und die Nachbehandlung
erfolgten analog wie im Beispiel 1, aber statt einer 32.000 Loch-Düse wurde in diesem
Fall eine 45.000 Loch-Düse verwendet.
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Die textilen Kennwerte der erhaltenen Fäden waren die folgenden:
Reißfestigkeit kond.: 4,3 p/den; Reißfestigkeit naß: 2,6 p/den; Reißdehnung kond.:
12 9'; Reißdehnung naß: 15 9'; Naßmodul: 14,0 p/den; Schlingenfestigkeit: 2,0 p/den;
Anzahl der Verklebungen pro 10 g Faser: 2; Anzahl der Viskosebatzen pro 10 g Faser:
0; Anzahl der Langfasern pro 10 g Faser: 4.
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Die textilphysikalischen Eigenschaften und die sekundären Qualitätsmerkmale
der so hergestellten Fäden bzw.
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Fasern sind Zufriedenstellend und entsprechen den angestrebten Werten.
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Beispiel 3: Die Viskoseherstellung, der Spinnprozeß und die Nachbehandlung
erfolgten analog wie'im Beispiel 1, jedoch betrug die Natriumsulfatkonzentration
im Spinnbad 120 g/l und die Spinnbadtemperatur 3000. Das koagulierte Kabel war vor
der erstreckung intensiv gelb.
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Die textilen Kennwerte der erhaltenen Fäden waren die folgenden:
Reißfestigkeit kond.: 4,6 p/den; Reißfestigkeit naß: 2,8 p/den; Reißdehnung kond.:
15 9'; Reißdehnung naß: 15 9'; Naßmodul: 13,5 p/den; Schlingenfestigkeit: 2,0 p/dens
Anzahl der Verklebungen pro 10 g Faser: 30; Anzahl der Viskosebatzen pro 10 g Faser:
8; Anzahl der Langfasern pro 10 g Faser: 60; Die textilphysikalischen Eigenschaften
der Faser werden als ausreichend betrachtet, die sekundären Qualitätsmerkmale des
Fasermaterials sind aber so schlecht, daß das Fasermaterial sich nicht zu feineren
Garnen verarbeiten läßt und somit dem beabsichtigten Zweck nicht genügt.
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Beispiel 4: Die Viskoseherstellung, der Spinnprozeß und die Nachbehandlung
erfolgten analog wie im Beispiel 3, jedoch betrug die Spinnbadtemperatur 40°C. Das
koagulierte und teilweise regenerierte Spinnkabel war vor der der Streckung blaßgelb.
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Die textilen Kennwerte der erhaltenen Fäden waren die folgenden:
Reißfestigkeit kond.: 4,6 p/den; Reißfestigkeit naß: 2,8-p/den; Reißdehnung kond.:
17 9'; Reißdehnung naß: 19 %; Naßmodul: 8 p/den;
Schlingenfestigkeit:
1,8 p/den; Anzahl der Verklebungen pro 10 g Faser: 0; Anzahl der Viskosebatzen pro
10 g Faser: 0; Anzahl der Langfasern pro 10 g Faser: 8.
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Die sekundären Qualitätsmerkmale der kser sind ausreichend, der Naßmodul
wird aber als zu niedrig für den angestrebten Fasertyp betrachtet.