DE19515137A1

DE19515137A1 - Verfahren zur Herstellung von Cellulose-Flachfolien

Info

Publication number: DE19515137A1
Application number: DE19515137A
Authority: DE
Inventors: Klaus Berghof; Christoph Dr Michels
Original assignee: Thueringisches Institut fuer Textil und Kunststoff Forschung eV
Current assignee: Thueringisches Institut fuer Textil und Kunststoff Forschung eV
Priority date: 1995-04-25
Filing date: 1995-04-25
Publication date: 1996-10-31
Also published as: WO1996034037A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Cellu lose-Flachfolien nach dem Trocken-/Naßextrusionsverfahren aus einer Lösung von Cellulose in einem Wasser enthaltenden N-Oxid eines tertiären Amins, insbesondere N-Methylmorpholin-N-oxid, durch Extrudieren der Lösung durch ein Formwerkzeug mit Ringdüse in ein die Cellulose nicht ausfällendes Medium, Verzug des extrudierten Lösungsschlauches in diesem Medium und Ausfällen der Cellulose aus der Lösung durch Berührung mit einem Fällmedium ohne wesentliche Verstreckung.

Aus der DE-PS 42 19 658 ist die Trocken-/Naßverspinnung von Lösungen aus Cellulose in N-Methylmorpholin-N-oxid/Wasser-Gemi schen bekannt. Nach diesem Verfahren erreicht man durch das Scher gefälle im Formwerkzeug eine Vororientierung der Cellulosemole küle in Strömungsrichtung, die anschließend durch vergleichsweise geringen Verzug im Luftspalt zwischen dem Formwerkzeugaustritt und dem Fällbadeintritt wesentlich erhöht wird. Nach das DE-PS 43 08 524 erhält man mit einem Spinnverzug V < 3 Fasern und Fila mentgarne mit rundem und profiliertem Querschnitt mit sehr guten textilmechanischen Eigenschaften. Nach DE-PS 42 19 658 ist auch die Herstellung von Schlauchfolien für die Lebensmittelverpackung und von Flachfolien durch Extrusion durch Schlitzdüsen möglich. Durch den ausschließlichen Verzug dieser Folien in Längsrichtung und die damit verbundene starke Kristallinität besitzen insbeson dere die Flachfolien verbesserungsbedürftige Gebrauchseigenschaften. Das gilt insbesondere für die mechanischen Eigenschaften quer zur Extrusionsrichtung. Darüber hinaus erfährt die Flachfolie im Luftspalt einen erheblichen Breiteneinsprung. Dieser ist uner wünscht und führt neben unzureichender Folienbreite zu signifi kanten Schwankungen in der Foliendicke.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Cellulose-Flachfolien nach dem Trocken-/Naßextru sionsverfahren aus einer Lösung von Cellulose in einem wasser haltigen N-Oxid eines tertiären Amins zu schaffen, durch das Cellulo se-Flachfolien mit verbesserten Gebrauchseigenschaften herge stellt werden können. Insbesondere soll es nach dem neuen Ver fahren möglich sein, Cellulose-Flachfolien zu schaffen, die biaxial verbesserte mechanische Eigenschaften aufweisen. Darüber hinaus soll auch ein Verfahren zur Herstellung von Cellulose- Flachfolien nach dem Trocken-/Naßextrusionsverfahren aus einer Lösung von Cellulose in einem Wasser enthaltenden N-Oxids eines tertiären Amins geschaffen werden, das Flachfolien von ausreichen der Breite und Konstanz der Foliendicke liefert. Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren er findungsgemäß dadurch gelöst, daß man den Lösungsschlauch auf dem Wege von dem Ringdüsenaustritt bis zum Eintritt in das Fällmedium gleichzeitig in Extrusionsrichtung verzieht und durch einen in dem Schlauchinnenraum wirksamen Gasüberdruck in einem Verhältnis in dem Bereich zwischen 1 : 1 und 1 : 10 aufweitet und die ausgefällte Schlauchfolie nach dem Auswaschen des Aminoxids, Nachbehandeln und Trocknen randbeschneidet und die Folienbahnen gemeinsam oder ge trennt auf eine bzw. zwei Wickelpositionen eines Rollenwicklers auf spult. Es wurde gefunden, daß in dem extrudierten Schlauch aus Cel luloselösung in Amin-N-oxid/Wasser-Gemisch, insbesondere N-Methyl morpholin-N-oxid/Wasser-Gemisch, ein biaxialer Verzug mit Orientie rung der Cellulosemoleküle und damit eine Verbesserung der mechani schen Eigenschaften der erzeugten Folie in der Extrusionsrichtung und der Richtung senkrecht dazu erreicht wird. Diese Verbesserungen der mechanischen Eigenschaften führen bei Flachfolien dazu, daß deren mechanische Eigenschaften weniger oder nicht mehr von der Beanspruchungsrichtung abhängen. Die Spaltbreite des nicht-aus fällenden Mediums, in der die Aufweitung des Lösungsschlauches erfolgt, liegt vorzugsweise in dem Bereich von 2 bis 50 mm, ins besondere in dem Bereich von 2 bis 20 mm. Das Gas zur Erzeugung des Gasüberdrucks in dem Schlauchinnenraum zwischen Düse und Fällbad sollte in dem Fällmedium und in der Spinnlösung möglichst wenig löslich sein. Geeignete Gase sind insbesondere Luft und Stickstoff. Die erhaltenen Flachfolien können bei Wahl eines ausreichenden, auf den Längsverzug abgestimmten Aufweitungsver hältnisses bzw. Querverzugs der zugrunde liegenden Schlauchfolie in beiden Richtungen ähnliche textilmechanische Eigenschaften erhalten.

Nach der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weitet man den Lösungsschlauch in einem Verhältnis in dem Bereich von 1 : 1,5 bis 1 : 3 auf. Zweckmäßigerweise sind der Längsverzug in dem Spalt des nicht-ausfällenden Mediums, ggf. ein schließlich der im Düsenkanal erreichten Vororientierung, und das Auf weitungsverhältnis etwa gleich, so daß sich in den beiden Rich tungen etwa gleiche Verbesserungen der mechanischen Eigenschaften ergeben.

Vorzugsweise steuert man das Aufweitungsverhältnis des Lö sungsschlauches durch den im Schlauchinnenraum herrschenden Gasüber druck, den man durch Gaszufuhr durch einen Kanal in dem Ring düsenkern des Formwerkzeugs aufrechterhält. Da geringe Mengen Gas durch seine Löslichkeit in der Celluloselösung oder auch mechanisch beim Eintritt des Lösungsschlauches in das Fällbad abgeführt werden, wird ständig Gas in das Luftkissen im Schlauch innenraum nachgeliefert. Den gleichen Aufweitungseffekt erreicht man, wenn man den Raum außerhalb des Lösungsschlauches unter Vakuum hält;allerdings ist dann die Drucksteuerung schwieriger.

Zweckmäßigerweise liegt der Gasüberdruck in dem Schlauchinnenraum in dem Bereich von 0,1 bis 10³ mbar, vorzugsweise von 1 bis 10 mbar.

Im allgemeinen führt man dem Schlauchinnenraum durch einem Kanal in dem Ringdüsenkern auch Fällmedium, vorzugsweise Wasser zu. Auf diese Weise wird die mit dem ausgefällten Celluloseschlauch abgeführte Menge Fällbadflüssigkeit ergänzt.

Nach der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verzieht man den extrudierten Lösungsschlauch zwischen dem Ringdüsenaustritt und dem Eintritt in das Fällmedium in einem Verhältnis in dem Bereich 1 < V < 3, vorzugsweise 1,4 < V < 3.

Die Erfindung wird nachfolgend durch die Beispiele und die Vergleichsbeispiele näher erläutert.

Beispiel 1

In einem Kneter werden 43 000 g wäßrige 86,7%ige N-Methyl morphilin-N-oxid-Lösung, die gleichzeitig 70 g Polyethylenimin enthält, vorgelegt und 7000 g voraktivierte Cellulose (Holzzell stoff, Cuoxam-DP 500) zugegeben. Die Mischung wird auf 85°C Massetemperatur unter einem Vakuum von 20 bis 22 mbar aufgeheizt, entgast und bis zur vollständigen Auflösung etwa 5 Minuten gekne tet. Die farblose bis hellgelbe Lösung mit einem Cellulosegehalt von 14% ist frei von cellulosischen Faserresten, hat einen Bre chungsindex bei 50°C von 1,4833 und wird über eine Austrags schnecke und ein Filter kontinuierlich dem Vorratsbehälter ei ner Spinneinrichtung zugeführt. Die Spinnlösung gelangt über eine Spinnpumpe mit 650 ml/min zur Spinndüse mit einem Ringspalt von 50 mm Durchmesser und einer Spaltbreite von 0,50 mm, die im Innen kern eine Zuführung für Gas und eine Zuführung für Wasser besitzt. Mittels Nadelventil und Manometer wird der zum Aufblasen des ex trudierten Schlauches notwendige Luftüberdruck auf 6 mbar eingestellt. Die Wasserzuführung wird ebenfalls über ein Nadelventil geregelt, da für den laufenden Betrieb nur geringe Verluste ausgeglichen werden müssen.

Der Folienschlauch wird in dem Luftspalt einer Breite von 10 mm im Verhältnis 1 : 2 quer und im Verhältnis 1 : 1,5 längs orien tiert, die Cellulose wird im Spinnbad aus verdünnter NMMNO-Lösung ausgefällt, das Aminoxid wird ausgewaschen, die Folie wird nach behandelt, getrocknet, randbeschnitten und mit 25 m/min doppelt flach aufgewickelt. Die Flachfolie von 2 mal 15 cm Breite und einer Flächenmasse von 15 g/m² hat eine Längsfestigkeit von 304 MPa und eine Querfestigkeit von 210 MPa.

Beispiel 2

Es wird analog Beispiel 1 gearbeitet. Der Verzug im Luftspalt erfolgt in Längs- und Querrichtung im Verhältnis 1 : 1,5. Die Wickel geschwindigkeit beträgt 19 m/min. Man erhält eine doppelt flach gelegte Folie von 11 cm Breite mit einer Flächenmasse von 26 g/m² und einer Festigkeit von 275 MPa in Längs- und 190 MPa in Querrich tung.

Vergleichsbeispiel 1

Es wird wie in Beispiel 1 gearbeitet. Der extrudierte Folien schlauch wird jedoch bei gleichem Längsverzug in Querrichtung nicht verzogen. Man erhält eine Flachfolie von 2 mal 7 cm Breite und einer Flächenmasse von 30 g/m². Ihre Längsfestigkeit beträgt 350 MPa und ihre Querfestigkeit 20 MPa.

Vergleichsbeispiel 2

Eine nach Beispiel 1 hergestellte Cellulose-Lösung wird durch eine lineare Schlitzdüse von 15 cm Länge und 0,50 mm Breite extrudiert und im Luftspalt von 10 mm Breite im Verhältnis 1 : 2,5 in der Extrusionsrichtung verzogen und wie in Beispiel 1 weiter verarbeitet. Die erhaltene Flachfolie mit einer Breite von 10 cm schwankt in ihrer Dicke um ± 150% um den Mittelwert.

Die erfindungsgemäß zwischen dem Auswaschen und dem Trocknen der ausgefällten Schlauchfolie erfolgende Nachbehandlung umfaßt jede Behandlung zum Zwecke der Verbesserung oder Veränderung der Eigenschaften der erzeugten Flachfolie, wie z. B. das Bleichen, Weichmachen, Avivieren oder Waschen. Es hat sich gezeigt, daß diese Nachbehandlungen nach dem Trocknen der Folie nur mit Schwie rigkeiten oder gar nicht mehr durchgeführt werden können.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Cellulose-Flachfolien nach dem Trocken-/Naßextrusionsverfahren aus einer Lösung von Cellulose in einem Wasser enthaltenden N-Oxid eines tertiären Amins, insbe sondere N-Methylmorpholin-N-oxid, durch Extrudieren der Lösung durch ein Formwerkzeug mit Ringdüse in ein die Cellulose nicht ausfällendes Medium, Verzug des extrudierten Lösungsschlauches in diesem Medium und Ausfällen der Cellulose aus dem Lösungsschlauch durch Berührung mit einem Fällmedium ohne wesentliche Verstreckung, dadurch gekennzeichnet, daß man
den Lösungsschlauch auf dem Wege von dem Ringdüsenaustritt bis zum Eintritt in das Fällmedium gleichzeitig in Extrusionsrich tung verzieht und durch einen in dem Schlauchinnenraum wirksamen Gasüberdruck in einem Verhältnis in dem Bereich zwischen 1 : 1 und 1 : 10 aufweitet und
die ausgefällte Schlauchfolie nach dem Auswaschen des Amin oxids, Nachbehandeln und Trocknen randbeschneidet und die Folien bahnen gemeinsam oder getrennt auf eine bzw. zwei- Wickelpositio nen eines Rollenwicklers aufspult.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Lösungsschlauch in einem Verhältnis in dem Bereich von 1 : 1,5 bis 1 : 3 aufweitet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den Lösungsschlauch in dem nicht ausfällenden Medium in einem Verhältnis in dem Bereich 1 < V < 3, vorzugsweise 1,44 < V < 3 verzieht.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß man das Aufweitungsverhältnis des Lösungsschlauches durch den im Schlauchinnenraum herrschenden Gasüberdruck steuert, den man durch Gaszufuhr durch einen Kanal in dem Ringdüsenkern aufrecht erhält.

5. Verfahren nach nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man in dem Schlauchinnenraum einen Gasüber druck in dem Bereich von 0,1 bis 10³ mbar aufrechterhält.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß man den Verzug und die Aufweitung in einer Schicht des nicht ausfällenden Mediums einer Breite in dem Bereich von 2 bis 50 mm durchführt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß man dem Schlauchinnenraum durch einen Kanal in dem Ringdüsenkern Fällmedium zuführt.