DE19812954A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Viskose und von Fasern aus Spinnlösung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Viskosen aus Zellstoff und von Fasern aus Spinnlösung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Chemiefasern insbesondere aus Viskoselösung.

Die Herstellung von Viskoselösung erfolgt üblicherweise nach den bekannten Viskoseverfahren, bei denen Dissolvingzellstoff bzw. -zellulose über die Stufen Alkalisierung und Sulfidierung bis zur verspinnbaren Viskoselösung (Spinnviskose) verarbeitet wird. Diese Spinnviskose wird durch Spinndüsen (aus Goldplatin oder Tantal) in einem Fällbad extrudiert und die gelöste Zellulose dabei ausgefällt. Mittels der nachgeschalteten Spinntechnologie werden die textilphysikalischen Eigenschaften der gewonnenen Faser vorbestimmt.

Viskosefasern sind innerhalb der Gruppe der aus Zellulose gewonnenen Chemiefasern die wirtschaftlich bedeutendsten. Viskose wird aus Holzzellstoff hergestellt, der zunächst mit 18 bis 22%-iger Natronlauge behandelt wird, wobei Alkalizellulose entsteht und die im Holz vorhandenen Polyosen unter Dunkelfärbung in Lösung gehen. Der mit Natronlauge vollgesogene Zellstoff wird dann soweit abgepreßt, daß er ungefähr noch das Dreifache seines ursprünglichen Trockengewichtes aufweist und dann mit einem Zerfaserer zu einer krümeligen Masse aufgearbeitet. Diese Masse bleibt etwa 1,5 bis 2,5 Tage liegen, denn bei dieser Vorreife tritt die Depolymerisation des Zellstoffes ein. Die gereifte Natronzellulose wird bei etwa 25 bis 30°C dann 3 Stunden lang mit 35%-igem Schwefelkohlenstoff umgesetzt. Bei dieser Xanthogenisierung entsteht eine gelbe zähe Masse von Zellulosexanthogenat, die auch als Viskose bezeichnet wird. Die Viskoselösung wird dann bei etwa 15 bis 17°C in einer 7%-igen Natronlauge gelöst und diese sogenannte Spinnlösung wird filtriert, gelüftet und etwa 2 bis 3 Tage bei 15 bis 18°C zur Nachreifung gelagert. Eine spinnreife Viskoselösung enthält im Durchschnitt auf 2 Zellulosemoleküle 1 Molekül Schwefelkohlenstoff.

Die Viskoselösung wird mit Hilfe von Pumpen durch Spinndüsen aus beispielsweise Gold-Pla­ tinlegierungen oder Tantal gepreßt, die so viele Löcher aufweisen, daß diese Düse gerade einen Kunstseidefaden ergibt. Die Düsen tauchen in sogenannte Fällbäder oder Spinnbäder, die Schwefelsäure und Salze enthalten, wie beispielsweise 10% Schwefelsäure, 20% Natriumsulfat, ca. 1% Zinksulfat und Wasser. Die Viskose wird unter Ausscheidung von Schwefel, Schwefelwasserstoff, Schwefelkohlenstoff und Natriumsulfat zu einem fertigen festen Faden aus annähernd reiner Zellulose zersetzt. Die noch säurehaltigen Fäden werden in Heißwasserbädern von anhaftenden Fällbadresten befreit, getrocknet und gezwirnt und in an sich bekannter Weise weiterverarbeitet.

In "Chemiefasern nach dem Viskoseverfahren" (Dr. Gölze; Springer Verlag 1951) ist beschrieben, daß bei diesen bekannten Herstellungsverfahren von Fasern aus Spinnviskose nachwirkende chemische Abbaureaktionen in der Spinnlösung sowie noch zögerliche Nachreifeprozesse, wie beispielsweise nachreagierende Vorgänge bei der Strukturbildung im Gel oder in der Faser, auftreten. Hierdurch variieren die textilphysikalischen Eigenschaften der Faser, wie beispielsweise Festigkeits- und Dehnungswerte, in beträchtlichem Umfang und lassen sich auch nur ungenau oder unter Beachtung vieler dem Fällbad und der Verspinnung innewohnenden und nachgeordneten Verfahrensparameter komplex vorhersagen und präzisieren.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Viskosen, insbesondere Spinnviskose, bereitzustellen, bei denen diese Nachteile des Standes der Technik vermieden würden. Insbesondere war es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Fasern aus Spinnlösung, insbesondere Spinnviskose bereitzustellen, aus der Fasern mit sicheren vorhersagbaren textilphysikalischen Eigenschaften hergestellt werden können.

Erfindungsgemaß wird die Aufgabe entsprechend einem Verfahren bzw. einer Vorrichtung entsprechend der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

Insbesondere wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung von Viskosen gelöst, bei dem die Viskosen oder Viskosevorprodukte zumindest zeitweise elektrischen bzw. magnetischen Feldern ausgesetzt werden.

Überraschenderweise wurde jetzt festgestellt, daß man die Depolymerisation der Zellulose und Hemizellulosen nicht nur durch Behandlung mit energiereicher Strahlung beschleunigen und verbessern kann, sondern daß auch die Einwirkung elektrischer bzw. magnetischer Felder zu einer schnelleren und weiterreichenden Depolymerisation führt. Es ist bekannt, daß ein von außen angelegtes elektrisches Feld bei Stoffen mit unpolarer Molekülstruktur zu einer Verschiebung der im Molekül vorhandenen negativen oder positiven Ladung untereinander führt, wodurch molekulare Dipolmomente erzeugt werden. Diese elektrische oder Verschiebungspolarisation nimmt proportional zur angelegten elektrischen Feldstärke zu. Bei polaren Molekülen kommt eine weitere Polarisation durch Ausrichten der vorhandenen Dipole hinzu; diese ebenfalls mit dem angelegten Feld ansteigende Polarisation bezeichnet man als parelektrische Polarisation. Dadurch wird auch die magnetische Orientierung beeinflußt.

Die Polarisation eines Stoffes beeinflußt in starker Weise die zwischenmolekularen Kräfte und beispielsweise die Reaktionsgeschwindigkeitskonstanten von Ionen-Molekül-Reaktionen d. h. also, daß die Depolymerisation eines polymeren Stoffes durch die Polarisation der Moleküle in beträchtlichem Ausmaße gefördert wird.

Die Polarisation eines Stoffes kann durch Anlegen äußerer elektrischer statischer oder Wechselfeldern erfolgen. Vorzugsweise wird technisch mit statischen Feldern gearbeitet. Die elektrischen Feldstärken der Felder sollten E = 20-50 kV/cm und entsprechend den Gleichungen

E= U[V]/s[m]

und

B = µ₀H[Vs]/[cm²]

sollten die magnetischen Feldstärken bei einigen 10-100 Vs/m², je nach apparativer Konstruktion, liegen. Die Polarisation und damit auch die Depolymerisation der Moleküle steigt in Abhängigkeit von der Größenordnung der Feldstärke an. Die für das Verfahren notwendigen Feldstärken hängen von Einzelparametern der jeweiligen Anlage ab und müssen vom Fachmann in bekannter Weise durch Versuche festgelegt werden.

Die von außen angelegten elektrischen oder magnetischen Felder können durch Kondensatoren oder durch stromdurchflossene Spulen aufgebaut werden, die jeweils an bestimmten Rohrabschnitten in den Anlagen zur Herstellung von Viskosen angebracht sind. Spulen beispielsweise können als Wicklungen um die vorgesehenen Rohrabschnitte dargestellt werden. Zur Vermeidung von Überschlägen sind im Bereich der elektromagnetischen Felder Isolierungen, insbesondere Vakuumisolierungen vorgesehen.

Vorzugsweise werden für die Erzeugung der elektrischen Felder Elektrete eingesetzt. Elektrete sind das elektrische Analogon zu Magneten, da es sich um die Elektrika mit einem permanenten elektrischen Dipolmoment handelt. Sie erzeugen also ein permanentes und konstantes äußeres elektrisches Feld. Elektrete sind beispielsweise verschiedene Kunststoffe, wie Polyurethan, Polyathylen und Fluorkohlenwasserstoffe die, wenn sie in einem starken elektrischen Feld geschmolzen werden, die Ausrichtung ihrer molekularen Dipole auch dann beibehalten wenn nach dem Erstarren das Feld abgeschaltet wird. Besonders bevorzugte Elektrete, die über eine Jahrzehnte konstante elektrische Spannung verfügen, kann man durch Beschuß hochisolierender Kunststoffe mit Elektronen herstellen, in dem beispielsweise die Kunststoffe einer starken Bestrahlung ausgesetzt werden. Hierfür geeignete hochisolierende Kunststoffe sind bevorzugt perfluorierte Kohlenwasserstoffe oder Polykarbonate. Diese aus hochisolierenden Kunststoffen bestehenden Elektreten können zur Steigerung der permanenten Polarisierbarkeit Ferroelektrika in kleinen Mengen beigegeben werden, wie beispielsweise Kaliumnatriumfartrat, Bariumtitanat, Bleizirkonat, Kaliumdihydrogenphosphat, Bleigermanat sowie eine ganze Reihe von Guanidin- und Harnstoffderivate sowie auch viele sogenannte Flüssigkristalle.

Ferner können den als Elektreten eingesetzten Kunststoffen zusätzlich auch geringe Mengen Fullerene beigemischt werden. Fullerene sind große, ausschließlich aus Kohlenstoff bestehende Moleküle mit in sich geschlossener, polyedrischer Struktur und enthalten etwa 32 bis einige 100 Kohlenstoffatome. C₆₀ und C₇₀ Fullerene sind zwischenzeitlich im Handel erhältlich. Sie sind geeignet, das konstante elektrische Feld der Elektrete zu verbessern, so daß bei Herstellung der Elektrete durch Strahlung mit energiereicher Betastrahlung die Bestrahlungszeit herabgesetzt werden kann.

Erfindungsgemaß wird in einer Anlage zur Herstellung von Viskosen zumindest ein Teig der Rohrleitungen, in denen die fließfähigen Vorprodukte der Viskose, also Alkalizellulose oder die Viskoselösung selbst zumindest zeitweise elektrischen oder magnetischen Feldern ausgesetzt, indem entweder ein Teil der Rohrleitungen das elektrische Feld eines entsprechend dimensionierten Kondensators durchläuft oder indem die Rohrleitungen mit Spulen umwickelt sind, die ein äußeres magnetisches Feld erzeugen. Vorzugsweise besteht aber zumindest ein Teil des Rohrleitungssystems aus Elektreten, und zwar aus entsprechend vorbehandelten perfluorierten Kohlenwasserstoffen oder aus Polykarbonat. Durch die Einwirkung der äußeren Felder erfolgt eine Polarisation des Materialstroms und damit eine schnellere Depolymerisation der Zellulosen bzw. Hemizellulosen.

Es ist aber auch möglich, die aus der Viskose entstandene Spinnlösung vor dem Austritt aus den Spinndüsen in das saure Fällbad durch starke äußere Felder zu führen, so daß die molekularen Dipole ausgerichtet und fixiert werden. Die Spinnfasern erstarren im Fällbad und behalten ihre Struktur. In diesem Falle kann beispielsweise ein Rohrstück unterhalb der Druckpumpe für die Spinnlösung das elektrische Feld eines Kondensators durchlaufen, so daß die durchfließende Spinnlösung dieses Feld als Dielektrikum passiert. Es hat sich gezeigt, daß so vorbehandelte Viskosefasern verarbeitungstechnische Vorteile bieten, z. B. hinsichtlich ihrer Anfärbbarkeit.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich auch für die Herstellung von Viskosefasern, die nicht nach dem klassischen Verfahren, sondern beispielsweise durch Direktauflösung der Viskose gewonnen werden oder für die Herstellung von Zellstoff.

Außer in den Anlagen zur Herstellung von Viskosen kann das erfindungsgemäße Verfahren auch dort eingesetzt werden, wo Vorstufen der Zellstoffherstellung eine Rolle spielen also beispielsweise in der Papierproduktion. Wenn Stoffströme des pumpfähigen Zellstoffes oder Holzstoffes, ggf. aber auch von in Wasser suspendierten Altpapiers bewegt werden können auf dem Wege von der Stoffzentrale zum Stoffauflauf die Suspensionen ebenfalls äußeren elektromagnetischen Feldern ausgesetzt werden, um eine Auflockerung des Ligningerüstes und einer Teildepolymerisation zu erreichen.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist eine beträchtliche Verminderung des Chemikalienverbrauches bei der Viskoseherstellung, eine Verminderung der Schadstoffemissionen sowie eine Senkung des Energieverbrauches und außerdem eine Produktionssteigerung durch Anhebung der Zellulosekonzentration in der Viskose möglich. In einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betriebenen Pilotanlage wurde festgestellt daß sich der Verbrauch an Natronlauge in Folge dessen auch an Schwefelsäure um etwa 5 bis 8%, der Verbrauch an Schwefelkohlenstoff um mindestens 20 bis max. 50% je Tonne Viskose verringern lassen. Durch den verringerten Schwefelkohlenstoffeinsatz verringert sich auch die Schadstoffemission von Schwefelkohlenstoff um ca. 12% und von Schwefelwasserstoff um ca. 30%. Insgesamt ergab sich eine Senkung des Energieverbrauches bis zu ca. 10% pro Tonne Viskose und eine Produktionssteigerung durch Anhebung der Zellulosekonzentration in der Viskose bis zu 6%.

Insbesondere wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Fasern aus Spinnlösung, wobei die Spinnlösung vor Verspinnen der Fasern, insbesondere vor einer Düsenanordnung, elektrischen und/oder magnetischen Feldern ausgesetzt wird. Hierbei wurde überraschend gefunden, daß durch diese Vororientierung der Moleküle der Spinnlösung bessere textilphysikalische Eigenschaften der endgültigen Faser erreicht werden konnten, insbesondere, daß höhere Festigkeits- und Dehnungswerte der Regenerate erreicht werden konnten. Es wird in der gelartigen Spinnviskose eine Orientierung der Moleküle hervorgerufen. Diese Orientierung führt zu einem Kristallisationsvorgang. So werden die Felder bevorzugt so angeordnet, daß sich in der gelartigen Spinnviskose unter dem Einfluß dieser Felder ein "Hals" bildet. Dies bewirkt eine Verdichtung und Streckung der Spinnviskose. Dabei wirken die Felder dynamisierend auf den Kristallisationsvorgang. Bevorzugt sind die so erhaltenen Fasern antistatisch.

Ein Erklärungsversuch für diesen überraschenden Effekt kann sein, daß durch das erfindungsgemäße Verfahren eine Vororientierung der Moleküle der Spinnlösung und eine Erhöhung der Packungsdichte dieser Spinnlösung - und damit die Packungsdichte der entstehenden Faser - erfolgt. Die Packungsdichte ist um so höher, je mehr kristalline Substanz in der Faser vorhanden ist. Mit der Packungsdichte steigt die Resistenz der Faser gegenüber chemischen Angriffen. Besonders bevorzugt führt die Einwirkung der erfindungsgemäßen Felder auf das Gelnetzwerk der Spinnlösung zu einer Volumenänderung der Spinnlösung. Beispielsweise bildet sich bei einem zylinderförmigen Gel an der Stelle, die unter dem Einfluß des Feldes steht, ein Hals.

Besonders bevorzugt wird die Aufgabe weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Fasern aus Spinnlösung, wobei die Spinnlösung nach Verspinnung der Fasern, insbesondere nach einem Fällbad, elektrischen und/oder magnetischen Feldern ausgesetzt wird. Hierbei wurde überraschend gefunden, daß durch diese Vororientierung der Moleküle der bereits versponnenen Fasern, vorzugsweise nach dem Verlassen eines Fällbades, bessere textilphysikalische Eigenschaften der endgültigen Faser erreicht werden konnten, insbesondere, daß höhere Festigkeits- und Dehnungswerte der Regenerate erreicht werden konnten. Die im Fällbad fixierten Strukturen können so nachbehandelt werden und dabei durch Bildung beispielsweise eines "Halses" verdichtet bzw. verstreckt werden. Hierdurch wird das Gel nicht­ mechanisch (vor-) verdichtet bzw. (vor-) gestreckt. Danach wird die Faser bevorzugt zur Verspinnung und (Nach-) Verstreckung weitergeführt.

In einem weiteren besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Spinnlösung eine Spinnviskose. Das Verfahren kann bevorzugt für Naturfasern, Chemiefasern und Synthesefasern eingesetzt werden. Beispiele für bevorzugt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Synthesefasern sind Fasern aus Elastan (EL), Elastodien (ED), Fluorofasern (PTFE), Polyacryl (PAN), Modacryl (MAC), Polyamid (PA), Aramid (AR), Polyvinylchlorid (CLF), Polyvinylidenchlorid (CLF), Polyester (PES), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyvinylalkohol (PVAL) oder Lyocell. Besonders bevorzugt werden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Chemiefasern hergestellt. Insbesonders bevorzugt werden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Chemiefasern aus abgewandelten natürlichen Makromolekülen wie beispielsweise aus Acetat (AC), Alginat (AL), Cupro (CC), Gummi (LA); Modalfasern aus regenerierter Cellulose im Viskoseverfahren mit besonders hohem Naßmodul (Avril, Vincel), Triacetat (CT), Viskose (CV), Kunstseide oder Reyon hergestellt.

Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt, bei dem die Spinnlösung Spinnviskose ist, die aus bestrahlter Cellulose gewonnen wurde. Durch die Bestrahlung der Cellulose mit energiereichen Strahlen kann die Reaktivität der Cellulose erhöht werden, indem eine Strukturauflockerung und eine Verkürzung der Molekülketten der Cellulose erfolgt. Eine derart vorbehandelte Cellulose ergibt eine Spinnviskose, die für das erfindungsgemäße Verfahren besonders bevorzugt ist.

Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt, bei dem die Felder derart angeordnet sind, daß die Moleküle der Spinnlösung durch die elektrischen und/oder magnetischen Felder vororientiert, insbesondere verdichtet, gestreckt und geglättet werden. Durch Felder mit Feldlinien parallel zur Fließ- bzw. Transportrichtung der gelartigen Viskoselösung kann die Gelnetzstruktur ausgerichtet bzw. vororientiert werden. Eine solche Vororientierung wird dann entlang der Transportrichtung stattfinden. Bevorzugt werden auch Felder mit Feldlinien senkrecht zur Fließ- bzw. Transportrichtung verwendet, wenn eine Ausrichtung konzentrisch um die Achse der entstehenden Faser gewünscht ist.

In einem bevorzugten Verfahren sind die erzeugten Felder änderbar, insbesondere in ihrer Intensität zeitlich änderbar; insbesondere sind es gepulste Felder. In einem weiteren bevorzugten Verfahren sind die erzeugten Felder in ihrem Vorzeichen änderbar, insbesondere sind sie Wechselfelder. Besonders bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem die Felder zuerst nach einem Sägezahnmuster und/oder pulsartig erzeugt werden und daraufhin ein konstantes Feld erzeugt wird. Die Felder können auch einen variablen Verlauf entlang der Förder- bzw. Transportrichtung aufweisen und so für das einzelne transportierte Spinnviskosemolekül eine ansteigende bzw. absteigende Feldstärke über die Zeit bewirken.

Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren vorgesehen, bei dem die erzeugten Felder über einen vorbestimmten Zeitraum konstant gehalten werden, insbesondere wobei die elektrische Feldstärke der elektrischen Felder 15 bis 70 kV/cm, besonders bevorzugt 20 bis 70 kV/cm beträgt und/oder die magnetische Feldstärke der magnetischen Felder 10 bis 100d A/m, besonders bevorzugt 25 bis 60 A/m, beträgt. Durch ein derartiges konstantes Feld können die Moleküle der Gelnetzstruktur bzw. der Spinnviskose effektiv ausgerichtet werden. Elektrische und magnetische Felder können auch kombiniert werden, um die gewünschte Ausrichtung zu erhalten.

Bevorzugt werden die elektrischen Felder durch Kondensatoren und/oder durch von Strom durchflossenen Spulen und/oder durch Elektrete, insbesondere durch mit Fullerenen dotierte Elektrete, erzeugt. Durch den Einsatz von Kondensatoren bzw. von durch Strom durchfließbaren Spulen können konservative Einrichtungen zur Erzeugung der Felder eingesetzt werden, die je nach Anwendungsgebiet leicht angepaßt werden können. Bevorzugt werden Elektrete eingesetzt, d. h. mit Elektronen behandelte isolierende Kunststoffe, die ein elektrisches Dauerfeld erzeugen. Diese Elektrete werden bevorzugt als Rohrstücke für den Transport der Viskoselösung bis zur Spinndüse eingesetzt. Besonders bevorzugt ist der Einsatz von Elektreten, die mit Fullerenen dotiert sind. Mit diesen dotierten Fullerenen kann das elektrische Feld nochmals verstärkt werden. Insbesonders bevorzugt werden die Einrichtungen zur Erzeugung der Felder auch mobil ausgebildet, so daß je nach Anwendungsfall auch an anderen Stellen in der Produktionslinie Felder appliziert werden können.

Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren vorgesehen, bei dem das magnetische Feld durch Spulen und/oder Magnete erzeugt wird. So ist es möglich die magnetischen Felder den Anforderungen an die einzusetzende Produktionslinie anzupassen.

Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung (1) zur Herstellung von Fasern aus Spinnlösung vorgesehen, umfassend eine Düsenanordnung (3), wobei vor und/oder nach der Düsenanordnung (3) eine Einrichtung (4) zur Erzeugung elektrischer und/oder magnetischer Felder angeordnet ist. So kann direkt vor der Spinndüse und vor dem Fällbad eine Ausrichtung der Moleküle der Spinnlösung stattfinden, die auch im Fällbad noch fortwirkt. Nach der Düsenanordnung - besonders bevorzugt nach dem Fällbad - ist optional eine weitere Einrichtung zur Erzeugung von Feldern vorgesehen, in der die Fasern nachbehandelt werden können. Diese Einrichtung kann ein Plattenkondensator oder Zylinderkondensator bzw. Ringspule bzw. eine Kombination von mehreren Einrichtungen zur Felderzeugung sein. Die Faser wird dann bevorzugt durch diese Einrichtung geführt und dort nachbehandelt.

Die Vorrichtung besteht bevorzugt aus einem mit einem Kondensator ausgerüsteten Rohrstück, das unterhalb einer Druckpumpe für die Spinnlösung integriert ist. Bei Beaufschlagung mit einer starken Gleichstromspannung wird ein elektrisches Feld aktiviert. Die durchfließende Spinnlösung passiert dieses Feld als Dielektrikum.

Bevorzugt umfaßt die Einrichtung (4) eine Rohrelektrode, eine Zylinderspule, einen Zylinderkondensator und/oder einen Plattenkondensator. Besonders bevorzugt umfaßt die Einrichtung (4) eine Rohrelektrode und/oder einen Zylinderkondensator und/oder eine von Strom durchfließbare Spule vor der Düsenanordnung (10) und eine von Strom durchfließbare Spule und/oder einen Plattenkondensator nach einem Fällbad (9).

In den Figuren werden weitere vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung aufgezeigt und im folgenden erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung innerhalb einer Anlage zur Viskosefaserherstellung mit Längskondensator;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung innerhalb einer Anlage zur Viskosefaserherstellung mit Zylinderkondensator und kombinierter Nachbehandlungsstrecke;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung innerhalb einer Anlage zur Viskosefaserherstellung mit Magnetspulen; und

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anlage.

In Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung innerhalb einer Anlage zur Viskosefaserherstellung mit Längskondensator gezeigt. Hinter dem Vorratsbehälter 7 ist eine Pumpe 8 angeordnet. Zwischen der Pumpe 8 und der Düsenanordnung 10 ist eine Rohrelektrode 48 auf einem Isolator 49 angeordnet. Die Düsenanordnung 10 erstreckt sich bis in ein Fällbad 9. Hinter dem Fällbad 9 ist eine Nachbehandlungsstrecke vorgesehen, die eine Spule 52 und einen Plattenkondensator 51 umfaßt. Dieser Nachbehandlungsstrecke nachgeschaltet ist eine Einrichtung 11 zur Verstreckung und Verspinnung der Faser.

Die Spinnlösung wird mittels der Pumpe 8 aus dem Vorratsbehälter gepumpt und durch die Düsenanordnung gepreßt. Dabei durchläuft sie die Rohrelektrode 48 vor der Spinndüse. Dabei wird die Spinnlösung vororientiert. Diese Vororientierung wirkt in der erstarrenden Faser im Fällbad fort. Nach dem Fällbad wird die entstehende Faser durch eine Spule 52 und einen Plattenkondensator 51 geleitet und dort (vor-) verdichtet und verstreckt. Danach wird die Faser zur Verstreckung und Verspinnung zur hierfür vorgesehenen Einrichtung 11 weitergeführt.

In Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung innerhalb einer Anlage zur Viskosefaserherstellung mit Zylinderkondensator und kombinierter Nachbehandlungsstrecke gezeigt. Es handelt sich hierbei im wesentlichen um die Vorrichtung nach Fig. 1, bei der die Rohrelektrode 48 durch einen Zylinderkondensator 40 ersetzt ist. Die Funktionsweise ist dieselbe wie bei Fig. 1 beschrieben. Das Feld ist bei dieser Anordnung senkrecht zur Bewegungsrichtung der Spinnviskose gerichtet.

In Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung innerhalb einer Anlage zur Viskosefaserherstellung mit Magnetspule und kombinierter Nachbehandlungsstrecke gezeigt. Es handelt sich hierbei im wesentlichen um die Vorrichtung nach Fig. 1, bei der die Rohrelektrode 48 durch eine Magnetspule 42 ersetzt ist. Die Nachbehandlungsstrecke besteht aus einer Magnetspule 52. Die Funktionsweise entspricht der bei Fig. 1 beschriebenen. Das Feld ist hier parallel zur Bewegungsrichtung der Spinnviskose gerichtet.

Das Fließ-Schema der Fig. 4 zeigt die Anlage 401 zur Herstellung von Alkalizellulose, in der je nach üblichem Verfahren gewonnene Zellulose mit Natronlauge vermengt und in Alkalizellulose überführt wird. Die Alkalizellulose wird dann in der Reifungsanlage 403 vorgereift und in der Anlage 404 mit Schwefelkohlenstoff zur Reaktion gebracht. Das sich bildende Zellulosexanthogenat wird in der Anlage 405 erneut mit verdünnter Natronlauge behandelt und im Reaktor für die Spinnlösung 406 der Nachreife überlassen. Aus dem Reaktor 406 wird die Spinnlösung dann in den Vorratsbehälter 407 überführt und durch eine Druckpumpe 408 in das schwefelsaure Fällbad 409 durch Düsen 410 eingeleitet. Die Anlagen 401, 403, 404 und 406 sind durch Rohrleitungssysteme 402a, 402b, 402c und 402d verbunden. Alle oder ein Teil dieser Rohrleitungssysteme kann so ausgelegt werden, daß zumindest zeitweise diese Rohrleitungen einem äußeren elektrischen Feld unterworfen werden oder sie können so konstruiert sein, daß sie selbst über ein permanentes elektrisches Feld verfügen. Zusätzlich ist es möglich, ein entsprechendes äußeres elektrisches Feld am Zuführstutzen zum Fällbad bzw. direkt an den Düsen vorzusehen.

Die in das Fällbad durch die Düsen ein gebrachte Viskoselösung wird dort zu Zellulose regeneriert und in üblicher Weise durch Strecken, Entsäuern, Entschwefeln, Avivieren und durch Trocknen der Zellulosefäden weiterverarbeitet.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sollen nun in den beigefügten Beispielen näher erläutert werden.

Viskose mit einem Gehalt von 8 Gew.-% Cellulose und 5,8 Gew.-% Alkali wurde in einem Spinnbad der Zusammensetzung 135 g/l H₂SO₄, 380 g/l Na₂SO₄, 5,5 g/l ZnSO₄ und 50°C extrudiert. Vor der Spinndüse wurde mittels eines Zylinderkondensators ein konstantes elektrisches Feld erzeugt. Zur Anwendung kam die Verstreckung über Knöpfe bei konstantem Umlenkwinkel. Die ermittelten textilphysikalischen Daten der erhaltenen Fasern sind nachstehender Tabelle zu entnehmen.

Es wurde somit ein Verfahren zur Herstellung von Fasern aus Spinnlösung, insbesondere Spinnviskose, aufgezeigt, das zur Verbesserung der textilphysikalischen Eigenschaften der gewonnen Fasern führt. Weiterhin wurde eine Vorrichtung zur Herstellung dieser Fasern erläutert.

Das erfindungsgemäße Verfahren führt zu beträchtlicher Reduzierung des Bedarfes an Natronlauge, Schwefelkohlenstoff und Schwefelsäure und verringert die Umweltbelastung bei der Viskoseproduktion.

Außerdem werden Erdölderivate, die sonst für die entsprechende Chemiefaserproduktion benötigt würden, eingespart. Ausgangsstoff für das Verfahren ist weiterhin Zellstoff aus nachwachsendem Holz oder sogar Fasern aus Einjahrespflanzen.

Bezugszeichenliste

1

Vorrichtung zur Herstellung von Fasern aus Spinnlösung

4

Einrichtung zur Erzeugung von Feldern

7

Vorratsbehälter

8

Pumpe

9

Fällbad

10

Düsenanordnung

11

Einrichtung zur Verstreckung und Verspinnung der Faser

40

Zylinderkondensator vor der Düsenanordnung

41

Plattenkondensator vor der Düsenanordnung

42

Spule vor der Düsenanordnung

48

Rohrelektrode vor der Düsenanordnung

49

Isolator vor der Düsenanordnung

50

Zylinderkondensator nach der Düsenanordnung

51

Plattenkondensator nach der Düsenanordnung

52

Spule nach der Düsenanordnung

58

Rohrelektrode nach der Düsenanordnung

59

Isolator nach der Düsenanordnung

Claims (27)

1. Verfahren zur Herstellung von Viskose, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorprodukte, insbesondere fließfähige Vorprodukte und/oder die Viskose zumindest zeitweise elektrischen bzw. magnetischen Feldern ausgesetzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei statische elektrische Felder eingesetzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die elektrische Feldstärke der elektrischen Felder 15-70 insbesondere 20-50 kV/cm beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die magnetische Feldstärke 10-100 Vs/m² beträgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3. wobei die elektrischen Felder durch Kondensatoren erzeugt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, wobei die magnetischen Felder durch Spulen bzw. Permanentmagnete erzeugt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3 oder 5, wobei die elektrischen Felder durch Elektrete erzeugt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei als Elektrete fluorierte Kohlenwasserstoffe oder Polykarbonat eingesetzt werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei Elektrete mit einem Zusatz von Ferroelektrika und/oder Fullerenen eingesetzt werden.

10. Anlage zur Herstellung von Viskose nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 9 mit einem Rohrleitungssystem zur Durchleitung der fließfähigen Viskose oder der Viskosevorprodukte, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrleitungssystem (402a, 402b, 402c, 402d, 410) ganz oder teilweise mindestens zeitweise äußeren elektrischen bzw. magnetischen Feldern ausgesetzt ist.

11. Anlage nach Anspruch 10, wobei das Rohrleitungssystem (402a, 402b, 402c, 402d, 410) zumindest teilweise das elektrische Feld eines Kondensators durchläuft.

12. Anlage nach einem der Ansprüche 10 bis 11, wobei das Rohrleitungssystem (402a, 402b, 402c, 402d, 410) zumindest teilweise und zeitweise das magnetische Feld einer Spule oder eines Permanentmagneten durchläuft.

13. Anlage nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das Rohrleitungssystem (402a, 402b, 402c, 402d, 410) zumindest teilweise und zeitweise das elektrische Feld eines Elektrets durchläuft.

14. Anlage nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei das Rohrleitungssystem (402a, 402b, 402c, 402d, 410) ganz oder teilweise aus Elektreten besteht.

15. Anlage nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei das Rohrleitungssystem ganz oder teilweise aus hochisolierenden, dielektrischen Kunststoffen besteht.

16. Verfahren zur Herstellung von Fasern aus Spinnlösung, dadurch gekennzeichnet, daß die Spinnlösung vor Verspinnen der Fasern, insbesondere vor einer Düsenanordnung, elektrischen und/oder magnetischen Feldern ausgesetzt wird.

17. Verfahren zur Herstellung von Fasern aus Spinnlösung, dadurch gekennzeichnet, daß die Spinnlösung nach Verspinnung der Fasern, insbesondere nach einem Fällbad, elektrischen und/oder magnetischen Feldern ausgesetzt wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 17, wobei die Spinnlösung eine Spinnviskose ist.

19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Spinnviskose aus bestrahlter Cellulose gewonnen wurde.

20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Felder derart angeordnet sind, daß die Moleküle der Spinnlösung durch die elektrischen und/oder magnetischen Felder vororientiert, insbesondere verdichtet, gestreckt und geglättet werden.

21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erzeugten Felder über einen vorbestimmten Zeitraum konstant gehalten werden, insbesondere wobei

• - die elektrische Feldstärke der elektrischen Felder 15 bis 70 kV/cm, besonders bevorzugt 20 bis 70 kV/cm beträgt und/oder
• - die magnetische Feldstärke der magnetischen Felder 10 bis 100 A/m, besonders bevorzugt 25 bis 60 A/m, beträgt.

22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrischen Felder durch Kondensatoren und/oder durch von Strom durchfließbare Spulen und/oder durch Elektrete, insbesondere durch mit Fullerenen dotierte Elektret, erzeugt werden.

23. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die magnetischen Felder durch Spulen und/oder Magnete erzeugt werden.

24. Vorrichtung (1) zur Herstellung von Fasern aus Spinnlösung gemäß einem der vorhergehenden Verfahren umfassend eine Düsenanordnung (10), dadurch gekennzeichnet, daß vor und/oder nach der Düsenanordnung (10) eine Einrichtung (4) zur Erzeugung elektrischer und/oder magnetischer Felder angeordnet ist.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, wobei die Einrichtung (4) eine Rohrelektrode, eine Zylinderspule, einen Zylinderkondensator und/oder einen Plattenkondensator umfaßt.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 oder 25, wobei die Einrichtung (4)
eine Rohrelektrode und/oder einen Zylinderkondensator und/oder eine von Strom durchfließbare Spule vor der Düsenanordnung (10) und
eine von Strom durchfließbare Spule und/oder einen Plattenkondensator nach einem Fällbad (9) umfaßt.

27. Faser, dadurch gekennzeichnet, daß sie bei ihrer Fertigung mit elektrischen und/oder magnetischen Feldern behandelt worden ist.