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Verfahren zur Herstellung von Kunstschwämmen aus Viskose Diese Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Herstellung aus `'iskose von Kunstschwämmen mit gleichmäßiger
Oberfläche.
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Eins der ältesten Patente auf diesem Gebiet, die deutsche Patentschrift
?So 11 t vom Jahre 1913, beschreibt zwei Verfahreil zur Herstellung von Kunstschwämmen
aus Cellulose. Die erste geht von einem Teig aus, welcher aus Viskose, Baumwolle,
fein gepulvertem Kochsalz und grob gekörntem Kochsalz besteht, welcher in die gewünschte
Form gebracht und dann in Essigsäure gelegt wird, bis der Teig vollkommen damit
durchdrungen ist und die Säure die Viskose koaguliert und zerlegt hat.
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Gemäß dem zweiten Verfahren wird eine \itrocelluloselösung benutzt;
(las Cellulosenitrat wird in der bekannten Weise in einem flüchtigen organischen
Lösungsmittel, nämlich in einer Mischung vori Äther und Alkohol, gelöst. Dieser
Lösung werden dann Kampfer, Ricinusöl, Hanffaser, feines Glaubersalz und grobe Glaubersalzkristalle
zugesetzt, wonach die Masse in die gewünschte Form gebracht wird. Die Form wird
dann in einem Bindfadennetz so lange der Luft ausgesetzt, bis das Lösungsmittel
verdampft und der Celluloseester stabilisiert ist, wonach das Salz mit Hilfe von
`'Wasser ausgelaugt wird, so daß die gewiinschten Poren entstehen. Man kann auch
von einer Lösung von Acetylcellulose in Aceton ausgehen.
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Das letzte Verfahren wird zu kostspielig, besonders mit Rücksicht
auf die Verdampfung der organischen Lösungsmittel und auf den Preis des Celluloseesters.
Wenn man aber das erste Verfahren
versucht, so gibt dieses sogar
in den Händen von Viskosefachleuten keine brauchbaren Resultate, da der Schwamm
auseinanderfällt.
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Die holländische Patentschrift 16370 beschreibt ein Verfahren zur
Herstellung von Kunstschwamm aus einer Mischung, welche aus einer Lösung von Viskose,
schmelzbaren oder in Wasser löslichen Stoffen und gegebenenfalls auch Faserstoffen
besteht, wobei das Kennzeichen der Erfindung ist, daß die Mischung der Wirkung von
Dampf ausgesetzt wird.
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Wenn man aber mit Dampf arbeitet, so muß man in Formen arbeiten. Die
Koagulierung der Viskose kann nämlich in zweierlei Weise geschehen, erstens durch
Hitze und zweitens durch Alkalientziehung. Das letzte ist nur möglich, wenn Wasser
oder wenigstens eine Flüssigkeit anwesend ist, in der das Alkali sich lösen und
dadurch entzogen werden kann. Bei Dampferhitzung kondensiert aber nicht reniigend
Wasser, um Koagulierung durch Alkalientziehung zu ermöglichen. Bleibt also die Hitzekoagulierung,
welche jedoch weniger schnell als der andere Koagulierungstyp, nämlich durch Alkalientziehung,
vor sich geht. Durch die Hitze wird die Viskose aber so schnell weich, daß sie in
einer Form oder einem Gefäß zusammengehalten werden muß. Es wäre nicht möglich,
eine freie Einzelmenge Teig in Schwammform mit Hilfe von Dampf zu koagulieren; die
Masse würde zu einem dünnen Pfannkuchen sich flach legen, welcher überdies unten
und oben verschiedenartig sein würde.
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Dies ist die Ursache gewesen, daß man in den folgenden Jahren versucht
hat, die Schwämme so herzustellen, daß man Viskose mit Faserteilchen und Salzkristallen
mischte, wonach die blasse in Formen gebracht wurde und die Formen erhitzt wurden,
Wodurch die Viskose koagulierte. Manchmal auch ließ man die Zerlegung durch Erhitzung
nicht völlig vor sich gehen, so daß erst durch eine besondere Bearbeitung, wie Einwirkung
von Säure, die Zerlegung beendet wurde. Danach wurde das Salz durch Auslaugen entfernt.
Bisweilen wurde das Auslaugen und die Zerlegung kombiniert.
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Diese Formen hatten nahezu immer derartige .lbmessungen, daß die koagulierte
Masse nachher in Stücke zerteilt werden mußte. Hierbei entstand immer das unangenehme
Ergebnis, daß die Schwammteile, welche mit den Wänden der Formen in Berührung gewesen
waren, eine Art Häutchen aufwiesen. Während das Schwamminnere und die durchgeschnittenen
Flächen die normalen vom Salz gebildeten Löcher aufzeigten, entsprechend der Korngröße
des benutzten Salzes, war dieses Häutchen immer sehr dicht und ihre Permeabilität
sehr gering, was zur Folge hatte, daß das Auftreten dieses Häutchens auf irgendeiner
Sch-,vammfläche immer als ein beträchtlicher Fehler angesehen wurde. Es sind deshalb
zahlreiche Versuche bekanntgegeben worden, um mittels einer rohen Oberfläche mit
Spitzen oder sogar mit Kieselsteinchen, welche nachher vom Schwamm entfernt wurden,
diesen Fehler zu beheben; auch hat man schon versucht, dieses Übel zu vermeiden,
indem man in die Formen ein Tuch einbringt, das nachher vom Schwamm entfernt wird.
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Befriedigende Resultate hat man jedoch nicht damit erreichen können;
hinzu kam auch noch, daß die Kunstschwämme in der Form von Parallelepipeden nicht
im geringsten einen natürlichen Eindruck machten und daher öfters vom Publikum verweigert
wurden. Im Jahre 1930 ist man daher zu Kunstschwämmen, gebildet aus einem Teig von
X-iskose, Hanffaser und Natriumsulfat, zurückgekehrt (holländische Patentschrift
29 307) ; diese Formstücke wurden, gegebenenfalls unter Hinzufügung von Milchsäure,
in eine kochende Lösung von 25'10 Natriumsulfat oder eine kochende Lösung von 35
0/0 Ammoniumsulfat gelegt. Nach dem Kochen während einiger Stunden ist die Koagulierung
und Zerlegung beendet, wonach die Schwämme salzfrei zu waschen sind. Dieses Auswaschen
ist für Massenfabrikation ein zeitraubendes Verfahren, vor allen Dingen dadurch,
daß der Salzinhalt des Schwamms, wenn dieser in kaltes `VaschNvasser gebracht wird,
zu einem harten Salzkuchen erstarrt, welcher das Ausdrücken des Waschwassers aus
dem Schwamm unmöglich macht. Trotzdem scheint eine Abänderung dieses Verfahrens
nicht recht möglich zu sein, da in der genannten holländischen Patentschrift 29
307
mit. Recht schon bemerkt wird, daß es überraschend ist, daß die schwammartigen
Massen nicht in der kochenden Salzlösung auseinanderfallen (S. i, Zeile 55 u. f.).
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Darum war es noch überraschender, daß es sich gerade als möglich herausstellte,
Kunstschwämme aus Viskoseteig, gemischt mit Fasern und Salzkristallen, dadurch herzustellen,
daß die schwammartigen Teigmassen direkt in Wasser gebracht werden, welches nur
eine Temperatur von 20° oder höher hat, vorzugsweise 8o bis ioo°, worin dann die
Koagulierung, die Zerlegung und die Lösung des Salzes in nur einer Arbeitsphase
stattfinden.
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Obschon man erwarten sollte, daß in diesem Falle die Viskose in dem
Wasser von niedrigerer Temperatur in Lösung geht, das Wasser also erheblich weniger
stark koaguliert, so geschieht dies doch nicht. Die Ursache hiervon ist zwar noch
nicht gefunden worden, und es könnte sein, daß die Entfernung des Alkalis aus der
Viskose oder das anfangende Lösen des Salzes eine Rolle spielen. Tatsache ist, daß,
wenn man einen schwammartigen Ballen Viskoseteig in Wasser bringt, das eine Temperatur
von 2o bis ioo° hat, diese 'Masse ihre ursprüngliche Form völlig behält. Man läßt
dann die Masse so lange im warmen Wasser, bis die Koagulierung und die darauffolgende
Zerlegung des Xanthogenats vollkommen sind. Das ganze Salz löst sich während dieser
Zeit völlig auf. Die dazu benätigte Zeit hängt, wie man verstehen wird, von der
Schwammgröße und von der Temperatur ab. Während für diesen Prozeß bei ioo° einige
Stunden genügen, dauert es bei 6o° viel länger, bei 20° viele Tage. In der Praxis
wird man also meistens bei Temperaturen von 8o bis ioo° arbeiten. Im Vergleich zu
der Arbeit mit Dampf ist das vorliegende Verfahren einfacher und billiger.
Es
bildet sich ein Häutchen um die ganze Teigmasse. Obschon dieses Häutchen weniger
große Poren als das Schwamminnere aufzeigt, so ist es dennoch derartig porös, daß
es durchaus als günstig beurteilt werden kann. Besonders für die Benutzung dieser
Schwämme zum Waschen von Fenstern ist es wichtig, daß die Poren in der Oberfläche
mäßig groß sind, was mittels des vorliegenden Verfahrens erreicht wird. Die Koagulierung
mittels Dampf oder einer gesättigten Salzlösung ergibt eine mehr geschlossene, erheblich
weniger brauchbare Haut.
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Der Viskoseteig kann vorher mit einem Farbstoff gemischt sein, wodurch
dem Schwamm die natürliche gelbe Farbe oder eine Fantasiefarbe gegeben werden kann.
Solche mit Hilfe von substantiven Farbstoffen gefärbten Schwämme sind jedoch oft
nicht lichtecht, so daß dieselben bereits während der Ausstellung im Schaufenster
und weiter auch im Gebrauch verbleichen. Falls man als Farbstoff ein lichtechtes
Pigment, wie gelben Ocker, benutzt, so sind die hinzugesetzten Fasern nicht gefärbt,
so daß die an der Oberfläche liegenden Fasern dem Schwamm ein unregelmäßiges Aussehen
geben. In diesem Falle ist es empfehlenswert, den zu benutzenden Faserstoff vor
der Mischung gesondert alkaliecht und chlorecht in derselben Farbe zu färben, z.
B. mittels Naphtholfärbung.
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Das neue Verfahren ergibt dabei den Vorteil, daß der Farbstoff bei
der niedrigeren Temperatur weniger der Gefahr ausgesetzt ist, sich zu zersetzen,
als wenn Dampf einiger Atmosphären Druck verwendet würde.
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Die Teigmasse kann leicht rund oder eiförmig gestaltet werden, entweder
mit der von einem Gummihandschuh geschützten Hand oder mittels einer geeigneten
Vorrichtung, was diesen Schwämmen ein sehr natürliches Aussehen gibt.
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Es hat sich hierbei herausgestellt, daß ein sehr günstiges Ergebnis
entsteht, wenn man eine Seite mehr oder weniger flach läßt; vor allen Dingen beim
Waschen von Fenstern stellt dies einen großen Vorteil dar, während die kugelförmige
Seite ein angenehmes Halten des Schwamms in der Hand ermöglicht.
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Dadurch, daß es sich erfindungsgemäß als möglich herausgestellt hat,
diese Herstellung von Kunstschwämmen in Wasser anstatt in einer konzentrierten kochenden
Salzlösung vor sich gehen zu lassen, entstehen sehr viele Vorteile.
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Bei der Zersetzung entstehen ja viele gefärbte Produkte neben Lauge,
welche zum Teil in die koagulierende Flüssigkeit kommen, so daß dieselbe regelmäßig
aufgefrischt werden muß. Die Benutzung einer Natriumsulfatlösung als Koagulierungsmittel
beansprucht beispielsweise eine sehr große Menge an Natriumsulfat oder eines anderen
Salzes, was jetzt wegfällt. Wie oben bereits erwähnt, muß nach der Koagulierung
in einer Salzlösung erst wieder eine langwierige Auswaschung vorgenommen werden,
bis sich alle im Schwamm anwesenden Kristalle aufgelöst haben. Dies ist ein langwieriges
und schwieriges Verfahren.
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Beim neuen Verfahren geht das Auswaschen größtenteils gleichzeitig
mit der Koagulierung und der Zerlegung vor sich, weil die ganze 1`Ienge Salz während
der Behandlung in der Hitze in Lösung geht, so daß nach Beendigung der Koagulierung
und der Zerlegung im Wasserbad der Schwamm bereits fast salzfrei ist. Das Wasser,
womit ausgewaschen wird, kann zuweilen aufgefrischt werden. Wenn für das erste Bad
1o 1 Wasser für jedes Kilogramm \'iskoseteig genommenwerden, enthält der Schwamm
nach der Koagulierung sowenig Salz, daß mit einem einfachen Nachspülen, gegebenenfalls
ein- oder zweimaligem Auspressen, dieser letzte Rest sofort entfernt -,werden kann,
zumal er nur als eine Lösung im Schwamm anwesend ist und nicht als Kristall. Beispiel
Cellulose wird in der bekannten Weise in etwa 18 % Natronlauge getränkt. Nachdem
Alkalicellulose entstanden ist, wird dieselbe in bekannter Weise gemahlen. Die gemahlene
Alkalicellulose wird sofort nach dem Mahlen in bekannter Weise xanthogeniert, wobei
4 kg Schwefelkohlenstoff pro 301,9
Alkalicellulose verwendet werden.
Das entstandene Yanthogenat wird in 86 kg 6,25o/oiger Natronlauge zu einer Viskose
mit einem Cellulosegehalt von ungefähr 8,5 % aufgelöst. Pro 1o kg werden 42,5 kg
kristallisiertes Glaubersalz, 0,3 kg Baumwollfaser und o,1 kg gelber Ocker hinzugefügt.
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Nach innigem Mischen werden Ballen oder Klumpen des Teigs von ungefähr
looo g in kochendes Wasser geworfen, wofür ein Gefäß von Zoo 1 Wasser pro 1o kg
Teig geeignet ist. Nach 5 Stunden Aufenthalt in diesem heißen \\"asserbad werden
die rohen Schwämme daraus entfernt. Die Schwämme werden noch zweimal in kaltes Wasser
gebracht, wozu wieder Zoo 1 Wasser benutzt werden. Dies geht sehr schnell, weil
die Schwämme an einem Druckapparat vorbeigehen, wo die heiße Flüssigkeit herausgepreßt
wird, wonach die Schwämme in kaltes Wasser fallen. Nachdem sie noch einmal ausgepreßt
und aufs neue in frisches Wasser gebracht worden sind, sind die Schwämme vollkommen
salzfrei, so daß sie nur noch, wenn gewünscht, gebleicht und getrocknet, zu werden
brauchen.
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Im allgemeinen ist die zur Reaktion im warmen Wasser benötigte Zeit
nahezu dem Durchmesser des Teigballs. also der Kubikwurzel, aus dem Gewicht proportional.
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Für jede 1o° Erhöhung geht die Reaktion normalerweise zweimal so schnell.