DE2752743C2 - Verfahren zur Herstellung von Filamenten oder Folien durch Verspinnen einer Celluloselösung - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Filamenten oder Folien durch Verspinnen einer Celluloselösung

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DE2752743C2
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    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01FCHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F2/00Monocomponent artificial filaments or the like of cellulose or cellulose derivatives; Manufacture thereof

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Filamenten oder Folien durch Verspinnen einer Celluloselösung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die niederländische Anmeldung 76 05 316, von der im Gattungsbegriff ausgegangen wird, beschreibt das Auspressen einer Celluloselösung in ein Gemisch von Dimethylsulfoxid (DMSO) und Formaldehyd in ein Regenerationsbad, das aus einer wäßrigen Lösung mit pH > 7 von Verbindungen besteht, die Ammoniak oder ammoniakalische Salze sein können.
Die DOS 27 32 187 betrifft verformbare Lösungen aus nativer Cellulose in Dimethylsulfoxid (UMSO), das Formaldehyd enthält, wobei die Cellulose in den Lösungen einen Polymerisationsgrad (DP) von mindestens 400 aufweist, die Konzentration an Cellulose wenigstens 6 Gew.-% Cellulose pro Volumen DMSO beträgt und das Verhältnis Formaldehyd/Cellulose zwischen 0.2 und 2. bezogen auf das Gewicht, liegt und wobei der Wassergehalt unterhalb oder gleich 5000 ppm. bezogen auf das Gewicht, beträgt.
lilt IPC Technical Paper Series No. 5 wird von D. C. Johnson. M. D. Nicholson und F. G. Haigh die Auflösung von Cellulose zu I bis 3% in einem Gemisch DMSO/Paraformaldehyd und das Auspressen der erhaltenen Lösung durch eine Spritze in ein Gefäß mit Methanol zur Erzielung eines faserigen Materials beschrieben. Ein derartiges Verfahren ist jedoch industriell nicht anwendbar,
Nach diesem Verfahren können nur Fäden mit mittelmäßigen mechanischen Eigenschaften hergestellt werden; außerdem ist es nötig, das anschließend an das Koagul.itionsbad mehrere Waschbäder erforderlich sind. Es ist für die rentable Durchführung in industriellem Maßstab nicht günstig.
Die Aufgabe der Erfindung besieht darin, ein Verfahren zu schaffen, das die technischen Vorteile des Verspinnens in eine Verdampfungsatmosphäre im Gegensatz zum Naßspinnverfahren aufweist, nämlich Erhöhung der Spinngeschwindigkeit, wirtschaftlichere und bequemere Wiedergewinnung des Lösungsmittels und keine Notwendigkeit, die Filamente anschließend zu waschen. Die Erfindung betrifft demnach ein kontinuierliches industrielles Verfahren zur Erzeugung von Cellulosefasern, das die Erzielung von Fasern mit guten Textileigenschaften erlaubt. Sie betrifft auch die Formgebung anderer Erzeugnisse, wie beispielsweise Filme oder Folien. Der Einfachheit halber wird im folgenden der Ausdruck »verspinnen« für die Formgebung von Fäden, Filamenten, Fasern oder Filmen bzw. Folien verwendet.
Obige Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, daß die Cellulose-Lösung in eine Gasatmosphäre, die Ammoniak enthält versponnen wird.
Um Fasern mit guten textlien Eigenschaften zu erhalten, ist es im allgemeinen vorzuziehen, von einer Cellulose mit einem Poiynierisäiiünsgrad (DP) von mindestens 400 und vorzugsweise zwischen 400 und 1100 auszugehen, obzwar Cellulosen mit höherem DP ebenfalls verwendet werden können.
Das Verhältnis Formaldehyd/Cellulose in der Lösung der Cellulose in dem Gemisch DMSO/Formaldehyd soll zwischen 0,2 und 2, bezogen auf das Gewicht, und vorzugsweise zwischen 0,2 und 0,6 liegen, damit allzu hohe Ammoniakwerte in der Verdampfungsatmosphäre nicht notwendig sind.
Hierfür löst man vorher getrocknete, vorzugsweise native Cellulose in der Wärme in einem Gemisch aus DMSO und Formaldehyd in solcher Menge, daß das Verhältnis Formaldehyd/Cellulose mindestens 1, bezogen auf das Gewicht, und vorzugsweise zwischen 1 und 2 ist; das DMSO sollte vorzugsweise weniger als 1000 ppm Wasser und um so weniger enthalten, wenn es sich darum handelt. Cellulose von geringerer Zugängen lichkeit aufzulösen. Aus Gründen der Bequemlichkeit verwendet man den Formaldehyd in Form von Paraformaldehyd.
Es ist bekannt, daß die Möglichkeit, Cellulosemolekü-Ie zur Reaktion zu bringen oder zu solvatisieren, zum
■»i großen Teil von dem Aufbau abhängt, in dem die Cellulosemoleküle in festem Zustand befindlich sind.
Um die Leichtigkeit des Eindringens eines Reagens in das Gefüge einer Cellulose zu charakterisieren, bezieht man sich im allgemeinen auf den Begriff der
i« Zugänglichkeit, was in komplexer Wrbe von der Länge der Ketten, dem mittleren Polymerisationsgrad (DP), dk" Dimensionen der kristallinen und amorphen Zonen und der fibril'ären bzw. Faser-Struktur, welche die Morphologie der in Betracht gezogenen Cellulosefaser charakterisiert, abhängt.
Das Verhältnis Formaldehyd/Cellulose hängt zum großen Teil von der Zugänglichkeit der aufzulösenden Cellulose ab. Es soll im allgemeinen um so größer sein, je weniger groß die Zugänglichkeit der verwendeten Cellulose ist.
Die Auflösung wird in der Hitze, beispielsweise zwischen 90 und 130" C, bewirkt, obzwar auch niedrigere oder höhere Temperaturen verwende! werden können, je nach der Zugänglichkeit der
h> aufzulösenden Cellulose.
Die Menge der gelösten Cellulose beträgt wenigstens 6Gcw.-n/n pro Volumen DMSO und kann sehr viel größer sein, beispielsweise 20% und mehr.
Man kann dann das Verhältnis Formaldehyd/Cellulose auf einen Wert zwischen 0,2 und 0,6 oder vorzugsweise zwischen 0,2 und 0,4 verringern, durch Entfernung des freien oder an die Cellulose gebundenen Formadelhyds durch jedes bekannte Mittel, wie Abschleppen mit einem wasserfreien, vorzugsweise inerten Gas oder Destillation unter verringertem Druck, ohne das Risiko der Bildung von Gelen oder der Koagulation, unter der Bedingung jedoch, daß das Verhältnis Formaldehyd/Cellulose wenigstens gleich 0,2 bleibt. Falls notwendig, stellt man die Menge an DMSO auf ihren ersten Wert wieder ein.
Im Falle der Verwendung einer CellUose mit einem Polymerisationsgrad (DP) <400, wie Cellulose II, welche von Abfällen herrühren kann, kann man ein geringeres Verhältnis Formaldehyd/Cellulose zur Auflösung verwenden und so den Arbeitsgang der Entfernung von überschüssigem Formaldehyd weglassen.
Die Verdampfungsatmosphäre besteht erfindungsgemäß aus einem Gasgemisch, das Ammoniak enthält. Vorzugsweise bestehi sie aus einem inerten Gas, wie Stickstoff, der eine kleine Menge Wasser enthalten kann.
Die Ammoniakmenge, welche in der Verdampfungsatmosphäre enthalten ist, ist eine Funktion des Gehalts an Formaldehyd der zu verspinnenden Lösung, der Auspreßgeschwindigkeit und der Zirkulationsgeschwindigkeit der Verdampfungsatmosphäre und der physikalischen Bedingungen, wie Temperatur und Druck. In der Praxis überschreitet die Konzentration an Ammoniak nicht 0,7 g/l, ausgerückt unter Normalbedingungen, und kann sogar so niedrig sein wie beispielsweise 0,03 g/l.
Die Verdampfungsatmosphäre u.ird vor dem Eintritt in die Spinnzelle vorerhitzt. Sie kann aui beispielsweise etwa 100°C oder mehr erhitzt werden, soll jedoch 130°C nicht übersteigen.
Die Ammoniak enthaltende Verdampfungsatmopshäre kann im selben Sinne oder im Gegenstrom, bezogen auf die Bewegung der ausgepreßten Fäden, erfolgen.
Gewünschtenfalls kann man eine zusätzliche Menge inerter, nicht mit Ammoniak beladener Atmosphäre in einer gewissen Entfernung von der Spinndüse einspritzen, wenn die Fäden einen gewissen Festigkeitsgrad aufzuweisen beginnen, um die Verdampfung des Lösungsmittels, besonders von DMSO, zu vollenden. Vorzugsweise wird diese zusätzliche inerte Atmosphäre auf eine höhere Temperatur, beispielsweise mindestens 200° C, erhitzt.
Die Temperatur der Wände der Spinnzelle ist genügend hoch, um die Verdampfung des in den Filamenten enthaltenen Lösungsmittels im Verlaufe des Auspressens zu begünstigen. Diese Temperatur kann wenigstens 800C in dem oberen Teil der Spinnzelle, welcher bei der Spinndüse liegt, und dann wenigstens 200°C und vorzugsweise wenigstens 240°C in dem unteren Teil, der von der Spinndüse weiter entfernt ist, sein.
Falls notwendig, kann der Faden nach dem Austritt aus der Spinnzelle beispielsweise mit Wasser gewa-
sehen werden, um das restliche Lösungsmittel zu entfernen und dann getrocknet werden.
Die erhaltenen Cellulosefasern weisen gute mechanische Eigenschaften auf in derselben Größenordnung wie diejenigen von Fasern aus regenerierter Cellulose für Textilzwecke. Ihr Herstellungsverfahren ist jedoch viel schneller und wirtschaftlicher.
Das folgende Beispiel, worin die Prozentsätze in Gewicht ausgedrückt sind, soll die Erfindung näher erläutern.
Beispiel
90 g Holzbrei mit Sulfat für die Viskoseherstellung vom DP 450 mit 5,5% Feuchtigkeit werden getrocknet unci dann zu 1000 ecm DMSO mit 600 ppm Wasser, das 106 ri 96%igen Paraformaldehyd suspendiert enthält (Verhältnis Formaldehyd/Cellulose: 1,20). gegeben.
Die Temperatur des Gemisches wird innerhalb einer Stunde unter langsamem Rühren auf 130°C gebracht und dann während 3 Stunden unter Rühren bei dieser Temperatur gehalten.
In die erhaltene Lösung, welche bei !200C gehalten wird, leitet man einen Stickstoffstrom von ebenfalls 1200C, um einen Teil des Formaldehyds zu entfernen und das Verhältnis Formaldehyd/Cellulose auf 0,25 zu senken. Nach Wiedereinstellung zur Kompensation der Verluste an DMSO, hat die erhaltene Lösung eine Viskosität von 1100 Poise bei 20° C.
Sie wird von oben nach unten bei 250C durch eine Spinndüse mit 48 Löcnern von 0,25 mm Durchmesser in einer Spinnzelle von 7 m Länge gepreßt, wobei die Spinnzelle aus zwei Teilen, 2 m im oberen Teil und 5 m im unteren Teil, besteht, deren Wände auf eine Temperatur von 120°C bzw. 245°C aufgeheizt sind.
Man spritzt im oberen Teil der Zelle Stickstoff ein, der auf 1050C erhitzt ist und in dem man vorher eine wäßrige 28%ige Ammoniaklösung verdampft hat, so daß der Gehalt an Ammoniak in dem Gasgemisch, zurückgeführt auf Normalbedingungen, 0,10 g/l beträgt.
In den unteren Teil der Zelle spritzt man Stickstoff von245°Cein.
Das Gasgemisch wird im unteren Teil der Zelle abgesaugt. Der erhaltene Faden tritt mit einer Geschwindigkeit von 140 m/min aus und wird bei dieser Geschwindigkeit auf einer perforierten Metallbobine aufgewickelt.
Die erhaltene Bobine wird mit Wasser bei gewöhnlicher Temperatur zur Entfernung des Lösungsmittels gewaschen, geschmälzt und getrocknet.
Der erhaltene Faden weist die folgenden Eigenschaften auf:
Titer 150dtex/48 Fasern
Reißlänge in
konditioniertem Zustand 17 g/lex
Bruchdehnung in
konditioniertem Zustand 20%
Naßfestigkeit I2g/tcx
Bruchdehnung in
angequollenem Zustand 27%

Claims (7)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von Filamenten oder Folien durch Verspinnen einer Celluloselösung in DimeihylsulFoxid und Formaldehyd, wobei die Lösung mindestens 6 Gew.-% Cellulose pro Volumenteil Dimethylsulfoxid enthält und das Verhältnis Forma'dehyd zu Cellulose, bezogen auf das Gewicht, zwischen 0,2 und 2 liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung in eine Gasatmosphäre, die Ammoniak enthält, versponnen wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis Formaldehyd/Cellulose der zu verspinnenden Lösung zwischen 0,2 und 0,6, bezogen auf das Gewicht, liegt.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasatmosphäre aus einem Gemisch von inertem Gas und Ammoniak besteht
4. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das inerte Gas Stickstoff ist.
5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasaimosphäre auch eine schwache Menge Wasserdampf enthält.
6. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasatmosphäre auf etwa !000C erhitzt wird.
7. Verfahren gemäß Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände der Auspreßzone auf mindestens 80° C aufgeheizt sind.
DE2752743A 1976-11-26 1977-11-25 Verfahren zur Herstellung von Filamenten oder Folien durch Verspinnen einer Celluloselösung Expired DE2752743C2 (de)

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