EP0574762A1

EP0574762A1 - Verfahren zur Herstellung von Viskosefasern mit bandförmigen Querschnitten

Info

Publication number: EP0574762A1
Application number: EP93108662A
Authority: EP
Inventors: Dirk Dr. Theis; Willi Lohr; Bernd Dr. Huber
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1992-06-13
Filing date: 1993-05-28
Publication date: 1993-12-22
Also published as: FI932658A; JPH0665808A; FI932658A0

Abstract

Beschrieben werden neue Verfahren zur Herstellung von Viskosefasern. Das Verfahren umfaßt die Schritte a) Umsetzung von Cellulose mit Schwefelkohlenstoff und einer Lauge unter Ausbildung einer Xanthogenatlösung, b) Verspinnen der Xanthogenatlösung durch eine Spinndüse mit im wesentlichen runden Querschnitten der Düsenbohrungen in ein wässriges Fällbad enthaltend eine Protonensäure und ein die Koagulation des Fadens verlangsamenden Metallsalz, wobei sich unter Zersetzung des Xanthogenats ein Cellulosefaden ausbildet, und c) Auswahl der Säurekonzentration des Fällbades in der Weise, daß sich beim Ausfällen der Cellulose Fäden mit bandförmigen Querschnitten ausbilden. Die erhaltenen Viskosefasern weisen bandförmige Querschnitte auf, die ihrerseits eingerollt sind und besitzen ferner in Längsrichtung der Faser eine geriffelte Oberfläche. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung von Viskosefasern mit bandförmigen Querschnitten, die sich in üblichen textilen und nicht-textilen Anwendungen vorteilhaft einsetzen lassen.
Viskosefasern mit bandförmigen Querschnitten sind bereits bekannt. So wird in "Chemiefasern nach dem Viskoseverfahren", Herausgeber Dr. K. Götze, Springer Verlag (1967) auf S. 623 ausgeführt, daß man durch Variation der Spinnbedingungen Viskosefasern herstellen kann, die einem schlauchförmigen Gebilde gleichkommen.
Weitere Einzelheiten, wie die Spinnbedingungen einzustellen sind, sind diesen Ausführungen nicht zu entnehmen.
Ferner wird auf S. 624 der oben genannten Publikation auf die Herstellung von bändchenförmigen Fasern hingewiesen, die durch Verspinnen aus schlitzförmigen Bohrungen erhalten werden können.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch einfache Variation der Spinnbedingungen die Querschnittsform der entstehenden Viskosefasern so zu verändern, daß Fasern mit bandförmigem Querschnitt und anderen Eigenschaften, wie z.B. hoher Saugfähigkeit und gutem Wasserrückhaltevermögen, veränderter Optik und verändertem Griff entstehen, die sich unter anderem auf dem Hygienesektor gut einsetzen lassen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung von Viskosefasern mit bandförmigen Querschnitten umfassend die Schritte:

a) Umsetzung von Cellulose mit Schwefelkohlenstoff und einer Lauge unter Ausbildung einer Xanthogenatlösung,
b) Verspinnen der Xanthogenatlösung durch eine Spinndüse mit im wesentlichen runden Querschnitten der Düsenbohrungen in ein wässriges Fällbad enthaltend eine Protonensäure und ein die Koagulation des Fadens verlangsamendes Metallsalz, wobei sich unter Zersetzung des Xanthogenats ein Cellulosefaden ausbildet, und
c) Auswahl der Säurekonzentration des Fällbades in der Weise, daß sich beim Ausfällen der Cellulose Fäden mit bandförmigen Querschnitten ausbilden.

Die Herstellung der Cellulosexanthogenatlösung (Viskose) kann nach an sich üblichem Verfahren erfolgen, wie es z.B. im "Herstellungsverfahren von Viskose für Prüfzwecke, Merkblatt III/4, Verfasser: Verein der Zellstoff- und Papier-Chemiker und -Ingenieure, Fachausschuß für Rayon, Zellwolle und Folien" beschrieben ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf üblichen Apparaturen zur Herstellung von Viskosefasern durchgeführt werden. Es ist somit der Einsatz speziell ausgestalteter Düsen mit schlitzförmigen Profilen nicht erforderlich. Die Querschnittsform der Viskosefaser kann durch einfache Variation der Zusammensetzung des Fällbades eingestellt werden.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Cellulose, beispielsweise in Form von gepreßten Platten, Rollenware, Flocken oder abgepreßtem, ungetrocknetem Zellstoff, mit einer Lauge umgesetzt, wobei sich in an sich bekannter Weise zunächst die Alkalicellulose bildet. Als Laugen können beliebige basische Systeme eingesetzt werden, insbesondere wässrige Alkalilaugen, wie Kalilauge oder insbesondere Natronlauge. Die Konzentration der Lauge beläuft sich üblicherweise auf 15 bis 30 Gew.% an Base, bezogen auf das Gesamtgewicht an Lauge.
Nach dem Abpressen der überschüssigen Lauge erhält man die Alkalicellulose. Nach Vorreife, Xanthogenierung, Lösen, Nachreife und Entlüften der Viskose erhält man die Spinnlösung, wie z.B. in dem oben erwähnten Merkblatt III/4, Herstellung von Viskose für Prüfzwecke, beschrieben ist.
Das Verspinnen der nachgereiften Xanthogenatlösung erfolgt dann durch Verpressen der Lösung, die vorher filtriert und temperiert wurde, durch eine Spinndüse mit im wesentlichen runden Düsenbohrungen. Beispiele dafür sind Spinndüsen mit 250 bis 30000 Bohrungen und einem Einzeldurchmesser einer Bohrung von 35 bis 100 µm.
Im Fällbad koaguliert das Xanthogenat zu Fäden und wird mittels einer Protonensäure zu Regeneratcellulose, Salz und Schwefelkohlenstoff hydrolysiert. Der Schwefelkohlenstoff wird wieder in den Prozeß zurückgeführt. Das Salz entsteht aus dem Gegenkation des Xanthogenats und dem Gegenanion der Protonensäure. Im Falle der Koagulation und Zersetzung der Natriumxanthogenates durch Schwefelsäure entsteht Natriumsulfat.
Als Protonensäure im Fällbad läßt sich im weitesten Sinne jede beliebige Protonensäure, also eine organische Säure, wie Essigsäure, oder eine Mineralsäure, wie Salz-, Salpeter- oder Schwefelsäure, einsetzen.
Es ist bereits bekannt, daß man durch den Zusatz von bestimmten Metallsalzen die Koagulationsgeschwindigkeit des Cellulosexanthogenates zu Regeneratcellulose verlangsamen kann. Dieser Effekt ist z.B. in der oben erwähnten Publikation "Chemiefasern nach dem Viskoseverfahren" auf S. 543 beschrieben.
Beispiele für geeignete Metallsalze sind wasserlösliche Salze von Metallen der zweiten Haupt- und Nebengruppe, sowie der dritten Hauptgruppe des Periodensystems. Als Gegenion dieser Salze verwendet man bevorzugt solche Gegenionen, die dem anionischen Teil der im Fällbad eingesetzen Protonensäure entsprechen. Es können aber auch davon abweichende Salze eingesetzt werden.
Die Konzentration dieser Salze im Fällbad beträgt üblicherweise 2 bis 10 g/l, vorzugsweise 4 bis 8 g/l.
Es wurde nun gefunden, daß man durch Reduzierung der Säurekonzentration im Fällbad die Querschnittsform von Regeneratcellulose gezielt verändern kann.
Man hat also die Konzentration der Protonensäure im Fällbad soweit abzusenken, bis Cellulosefasern mit bandförmigen Querschnitten entstehen.
Bei der Herstellung von Cellulosefasern mit praktisch runden Querschnitten beträgt die Konzentration der Protonensäure im Fällbad im Falle der Verwendung von Schwefelsäure üblicherweise etwa 70 bis 100 g/l.
Für die Querschnittsänderung im gewünschten Sinne ist es erforderlich, diese Konzentration auf kleiner gleich 64 g/l, vorzugsweise 60 bis 40 g/l abzusenken.
Üblicherweise enthält das Fällbad als weiten Zusatz noch ein Salz, das dem Salz entspricht, das durch Hydrolyse des Xanthogenates mit der Protonensäure des Fällbades entsteht. Die Konzentration dieses Zusatzes beträgt im allgemeinen 200 bis 400 g/l.
Die Temperatur des Fällbades liegt in der Regel zwischen 30 und 60°C, vorzugsweise bei etwa 45 bis 55°C.
Ein Absenken der Salzkonzentration im Fällbad unter eine bestimmte Grenze ist aus Gründen der Betriebssicherheit des Verfahrens weniger angeraten. Verringert man die Konzentration des Salzzusatzes und des die Koagulationsgeschwindigkeit von Cellulose verlangsamenden Metallsalzes, so ist mit einer verschlechterten Spinnsicherheit zu rechnen und es treten vermehrt Verklebungen der Filamente auf.
Die Filamente werden mit einer Geschwindigkeit von 10 bis 100 m/min abgezogen, vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von 50 bis 80 m/min.
Der Spinnverzug beträgt üblicherweise 1:1 bis 1:1,6.
Nach dem Ausfallen der Regeneratcellulose können die Filamente in an sich bekannter Weise kontinuierlich nachbehandelt werden. Nach dem ein- oder mehrfachem Verstrecken der Cellulose-Spinnfäden folgt üblicherweise die Entsäuerung, die Entschwefelung, die Bleiche, gefolgt von ein oder mehreren Waschstufen und schließlich die Avivierung und Trocknung der Cellulosefaser.
Typische Verstreckverhältnisse liegen bei 1:1,1 bis 1:1,5. Die Verstrecktemperatur beträgt üblicherweise 40 bis 90°C. Die Verstreckung erfolgt in heißem Wasser, in heißem Dampf oder in Säurelösungen, bevorzugt in Schwefelsäurelösungen.
Nach dem Verstrecken können die Filamente zu Flocke geschnitten werden oder auch als Endlosfilamente auf Spulen aufgewickelt werden.
Die folgende Abbildung beschreibt das erfindungsgemäße Verfahren ohne dieses zu begrenzen:
In einem Vorratsgefäß (1) wird eine nach dem Merkblatt III/4 "Herstellung von Viskose für Prüfzwecke" hergestellte Na-Xanthogenatlösung mittels der Spinnpumpen (2) über eine Spinndüse (3) mit runden Bohrungen in ein Fällbad (4) eingepreßt. Die gebildeten Filamente (5) werden über einen Streckstift (6) in Form eines Glasstabes mittels einer Abzugsrolle (7) abgezogen und auf diese aufgewickelt.
Es werden Versuche zur Herstellung von Fasern mit bandförmigen Querschnitten durchgeführt, wobei die Temperatur des Fällbades 32 bis 62°C beträgt. Das wässrige Fällbad weist folgende Zusätze auf:
320 g/l Natriumsulfat,
60 g/l Schwefelsäure, und
5,6 g/l Zinksulfat.
Die erhaltenen Fasern haben einen bändchenförmigen Querschnitt, sind in sich eingerollt und weisen in Längsrichtung der Faser eine geriffelte Oberfläche auf. Sie zeichnen sich durch verbesserte Saugfähigkeit, höheres Wasserrückhaltevermögen, veränderte Optik und veränderten Griff aus. Die Fasern lassen sich beispielsweise im Vlies- und Hygienesektor, aber auch im üblichen textilen Bereich einsetzen.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Viskosefasern mit bandförmigen Querschnitten umfassend die Schritte:
a) Umsetzung von Cellulose mit Schwefelkohlenstoff und einer Lauge unter Ausbildung einer Xanthogenatlösung,

b) Verspinnen der Xanthogenatlösung durch eine Spinndüse mit im wesentlichen runden Querschnitten der Düsenbohrungen in ein wässriges Fällbad enthaltend eine Protonensäure und ein die Koagulation des Fadens verlangsamendes Metallsalz, wobei sich unter Zersetzung des Xanthogenats ein Cellulosefaden ausbildet, und

c) Auswahl der Säurekonzentration des Fällbades in der Weise, daß sich beim Ausfällen der Cellulose Fäden mit bandförmigen Querschnitten ausbilden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der wässrigen Lauge in Schritt a) um Kalilauge oder insbesondere um Natronlauge handelt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem die Koagulation des Fadens verlangsamenden Metallsalzes um ein Magnesium-, Aluminium-, Eisen- oder insbesondere ein Zinksalz handelt.
Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Zinksalz um Zinksulfat handelt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fällbad ein die Koagulation des Fadens verlangsamendes Metallsalz enthält, das in einer Konzentration von 2 bis 10 g/l vorliegt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Protonensäure um Schwefelsäure handelt.
Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwefelsäure im Fällbad in einer Konzentration von 40 bis 60 g/l vorliegt.
Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Fällbad zusätzlich ein Sulfat eines Alkalisalzes, vorzugsweise Natriumsulfat, enthält.