DE4409609A1

DE4409609A1 - Verfahren zum Erspinnen von Cellulosefasern und -filamentgarnen

Info

Publication number: DE4409609A1
Application number: DE19944409609
Authority: DE
Inventors: Christoph Dr Michels; Reinhard Dr Maron; Klaus Berghof
Original assignee: THUERINGISCHES INSTITUT fur TEXTIL- und KUNSTSTOFF-FORSCHUNG EV 07407 RUDOLSTADT DE; Thueringisches Institut fuer Textil und Kunststoff Forschung eV
Current assignee: Ostthueringische Materialpruefgesellschaft fur Te
Priority date: 1994-03-21
Filing date: 1994-03-21
Publication date: 1994-10-13

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erspinnen von Cellulosefasern und -filamentgarnen nach dem Trocken-Naßextrusions verfahren aus einer Lösung von Cellulose in einem Wasser enthal tenden N-Oxid eines tertiären Amins, insbesondere N-Methylmorpho lin-N-oxid durch Extrudieren der Lösung durch Düsenkanäle mit einem ausgangsseitigen Kapillarabschnitt, der eine Querschnitts dimension d in dem Bereich von 40 bis 100 µm hat und in dem die Cellulosemoleküle durch Scherkräfte vororientiert werden, in ein die Cellulose nicht ausfällendes Medium, weiteres Orientieren der Cellulosemoleküle durch Verzug des extrudierten Lösungsstrahls in diesem Medium in einem Verhältnis V in dem Bereich 0,5<V<3 und Ausfällen der Cellulose aus dem Lösungsstrahl durch Berührung mit einem Fällmedium ohne Verstreckung.

Aus EP-A-92890004.2 ist ein Verfahren zur Herstellung eines cellulosischen Formkörpers bekannt, bei dem eine cellulosische Aminoxidlösung durch eine Langkanaldüse gepreßt, anschließend durch einen Luftspalt geführt, in diesem verstreckt und schließ lich in einem Fällbad koaguliert wird. Dabei betragen der mini male Lochdurchmesser der Langkanaldüse höchstens 150 µm und die Länge des Düsenkanals mindestens 1000 µm. Der ausgangsseiti ge zylindrische Kapillarabschnitt des Düsenkanals hat eine Länge von mindestens 250 µm. Das Verzugsverhältnis liegt nach den Beispielen beträchtlich höher als 3. Nur in dem Beispiel Nr. 6 wird bei einer Kapillarlänge von 430 µm und einem Kapillardurch messer von 50 µm mit einem Verzug im Luftspalt von 1,4 gearbei tet. Der Düsenkanal muß generell so lang und von so kleinem Durchmesser sein, daß die auf die Lösung in dem Düsenkanal ein wirkenden Scherkräfte zu einer ausreichenden Vororientierung des Cellulosepolymeren führen. Der Benutzung von Langkanaldüsen bei der Verspinnung mit kleinen Verzugsverhältnissen verteuert die Investitionskosten und die Betriebskosten, da der Materialauf wand (Tantal, Edelmetall) für die Düsen beträchtlich ist und der Spinndruck proportional zur Länge des Kapillarabschnitts ansteigt.

Aus DE-A-42 19 658.2 ist ebenfalls die Erspinnung von Cel lulosefasern und -filamenten nach dem Trocken-Naßextrusionsver fahren aus Aminoxidlösung bei einem Verzugsverhältnis im Luft spalt von weniger als 3 bekannt. Zur Dimensionierung der Spinn kapillaren ist lediglich für die Filamentherstellung ein Durch messer d = 120 bzw. 100 m und ein Verhältnis 1/d = 2 ange geben.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Erspinnen von Cellulosefasern und -filamentgarnen nach dem Trocken-Naßextrusionsverfahren aus einer Lösung von Cellulose in einem Wasser enthaltenden N-Oxid eines tertiären Amins zu schaffen, bei dem trotz eines geringen Verzuges von 0,5<V<3 des Lösungsstrahls in dem nicht ausfällenden Medium der Aufwand für den Spinnbetrieb reduziert wird. Insbesondere sollen die Kosten für die Spinnapparatur, insbesondere für die Spinndüsen und Spinnpumpen, verringert werden. Darüber hinaus sollen auch die Betriebskosten der Spinnanlage verringert wer den. Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschrei bung.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man die Celluloselösung durch Düsenkanäle extrudiert, deren Länge L in dem Bereich von 200 bis 800 µm liegt und deren Kapillarabschnitt eine Länge l in dem Bereich von 40 bis 180 µm hat. Es wurde gefunden, daß bei der Extrusion der Lösung durch die hier definierte Kurz kanaldüse mit der durch sie erzielten Kosteneinsparung trotz des geringen Verzuges in dem nicht ausfällenden Medium günstige physikalische Fasereigenschaften erreicht werden. Die Senkung der Investitionskosten resultiert aus der einfacheren Fertigung der Düse bei gleichzeitiger Einsparung an teurem Düsenwerkstoff und durch die Kosteneinsparung für die Spinnmaschinen (Pumpen) infolge des geringeren Spinndruckes. Die Senkung der Betriebs kosten ergibt sich durch den geringeren Energieverbrauch für die Spinndruckerzeugung und den geringeren Aufwand für die Spinndüsen reinigung.

Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 7. Die nach Anspruch 7 ersponnenen Hohlprofilfasern zeichnen sich durch ge ringes Gewicht je Längeneinheit und hohe Sprungelastizität aus, so daß sie sich z. B. für Polsterzwecke eignen.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung und durch die Beispiele näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Apparatur zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung; und

Fig. 2 einen Teilschnitt einer Spinndüse für das erfindungs gemäße Verfahren, der die Dimensionierung und Form eines Düsen kanals zeigt.

Nach der schematischen Darstellung der Fig. 1 ist eine Spinndüse 3 in einem Abstand VS von der Oberseite 4 eines Spinn bades 10 vorgesehen, das sich in einem Behälter 1 befindet. In dem Behälter 1 unterhalb des Spinnbadniveaus 4 ist ein Spinn trichter 2 fest angeordnet, der sich durch den Boden des Spinn behälters 1 hindurch erstreckt. Der Eingangsdurchmesser und der Ausgangsdurchmesser des Spinntrichters 2 sind mit ED bzw. AD be zeichnet. Die Länge des Spinntrichters ist mit SL bezeichnet. Die ersponnene Fadenschar 5 wird von dem in dem Spinntrichter 2 fallenden Spinnbad soweit beschleunigt, daß die Zuliefergeschwin digkeit der zusammengeführten Fadenschar zum Umlenkorgan 6 etwa gleich der Abzugsgeschwindigkeit ist, so daß praktisch keine Nachverstreckung an dem Umlenkorgan 6 eintritt.

Fig. 2 zeigt den Längsschnitt eines Spinndüsenkanals in der typischen Form, wie sie bei dem erfindungsgemäßen Verfahren An wendung findet. Der Kanal der Spinndüse 3 umfaßt einen Kapillar abschnitt 7 am Ausgangsende und einen Vorkanalabschnitt 8, der sich eingangsseitig über den längsten Teil der Dicke der Düsenplatte erstreckt. Die Scherkräfte auf die Celluloselösung sind haupt sächlich in dem Kapillarabschnitt 7 wirksam, während sie in dem Abschnitt 8 aufgrund des großen Durchmessers zu vernachlässigen sind. Die beiden Abschnitte 7 und 8 sind durch einen kegelstumpf förmigen Übergangsabschnitt 9 miteinander verbunden. Der Durch messer D des Vorkanalabschnitts 8 ist etwa gleich dem 6fachen des Durchmessers d des Kapillarabschnitts.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend durch die Beispiele erläutert.

Beispiel 1

In einem Kneter werden Zellstoff mit einem DP = 490 und wäßrige N-Methylmorpholin-N-oxidlösung gemischt. Bei 80°C wird unter Vakuum und gleichzeitigem Lösen soviel Wasser ent fernt, daß eine Lösung aus 12% Cellulose und 88% N-Methylmorpho lin-N-oxid-Monohydrat entsteht. Der Durchschnittspolymerisations grad der Cellulose wird mittels Cuoxammethode gemessen.

Die Nullscherviskosität η_o der Lösung folgt aus rotations viskosimetrischen Messungen bei 95°C und Extrapolation mittels Carreau-Ansatz, die Viskosität η durch Extrapolation nach Ostwald de Waele. Über eine Förderschnecke und Zahnradpumpe wird die Cel luloselösung durch Spinndüsen der in Fig. 2 gezeigten Form mit einem Kapillardurchmesser d = 50 µm und einer Kapillarlänge l = 40 µm und demzufolge einem 1/d-Verhältnis von 0,8 gepreßt. Die Fadenschar wird durch einen Luftspalt von 10 mm geführt, im Verhältnis 1 : 2,65 verzogen und von einem mit wäßrigem Spinnbad gespeisten Spinntrichter der Dimensionierung SL = 400 mm, ED = 90 mm und AD = 6 mm erfaßt und mit einer Geschwindigkeit von 40 m/min abgezogen.

Die Fadenschar wird gewaschen, geschnitten, präpariert und getrocknet. Es werden die textilphysikalischen Eigenschaften in üblicher Weise bestimmt. Die Spinndüsengeometrie und die Kenn werte der Spinnlösung sind in der Tabelle 1a, die Spinnparameter und die Dimensionierung des Spinntrichters in Tabelle 1b und die ermittelten textilphysikalischen Parameter in der Tabelle 2 an gegeben.

Beispiele 2 bis 6

Es wird wie in Beispiel 1 gearbeitet, wobei jedoch die Spinndüsengeometrie und zum Teil auch die Lösungskennwerte, Spinnparameter und Trichterdimensionen geändert werden. Die Werte zusammen mit den ermittelten textilphysikalischen Parame tern sind ebenfalls in den Tabellen angegeben. Die Luftspalt breiten liegen in dem Bereich von 5 bis 20 mm.

Aus den Tabellen ist ersichtlich, daß nach dem erfindungs gemäßen Verfahren mit der Kurzkanaldüse bei Spinndrucken in dem Bereich von etwa 4 bis 100 Bar Spinnprodukte mit befriedigenden textilphysikalischen Eigenschaften erhalten werden. Demgegen über liegen die Spinndrucke unter Benutzung der Langkanaldüse nach EP-A-92890004 unter sonst gleichen Bedingungen erheblich über 100 Bar, z. B. nach dem vergleichbaren Beispiel Nr. 6 bei etwa 580 Bar.

Tabelle 1a

Tabelle 1b

Tabelle 2

Claims

1. Verfahren zum Erspinnen von Cellulosefasern und -filament garnen nach dem Trocken-Naßextrusionsverfahren, aus einer Lösung von Cellulose in einem Wasser enthaltenden N-Oxid eines tertiä ren Amins, insbesondere N-Methylmorpholin-N-oxid, durch Extru dieren der Lösung durch Düsenkanäle mit einem ausgangsseitigen Kapillarabschnitt, der eine Querschnittsmindestdimension d in dem Bereich von 40 bis 100 µm hat und in dem die Cellulose moleküle durch Scherkräfte vororientiert werden, in ein die Cellulose nicht fällendes Medium, weiteres Orientieren der Cellulosemoleküle durch Verzug des extrudierten Lösungsstrahls in diesem Medium in einem Verhältnis V in dem Bereich 0,5<V<3 und Ausfällen der Cellulose aus dem Lösungsstrahl durch Berüh rung mit einem Fällmedium ohne Verstreckung, dadurch gekenn zeichnet, daß man die Celluloselösung durch Düsenkanäle extru diert, deren Länge L in dem Bereich von 200 bis 800 µm liegt und deren Kapillarabschnitt eine Länge 1 in dem Bereich von 40 bis 180 µm hat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kapillarabschnitt eine Länge 1 in dem Bereich von 50 bis 150 µm hat.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß die Länge L der Düsenkanäle in dem Bereich von 300 bis 500 µm liegt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kapillarabschnitt ein Verhältnis 1/d von 0,8 bis 1 hat.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der eingangsseitige Vorkanalabschnitt des Düsenkanals zylindrisch ist und die in ihm auf die Lösung wirkenden Scherkräfte gegenüber den im Kapillarabschnitt wirksamen Scherkräften vernachlässigbar sind.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis D/d des Vorkanaldurchmessers D zu dem Kapil lardurchmesser d in dem Bereich von 3 bis 10 liegt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Lösung zu Hohlprofilen extrudiert.