EP2664697B2 - Flame retardant cellulose regenerated fibers and process for their preparation - Google Patents
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- EP2664697B2 EP2664697B2 EP12007741.7A EP12007741A EP2664697B2 EP 2664697 B2 EP2664697 B2 EP 2664697B2 EP 12007741 A EP12007741 A EP 12007741A EP 2664697 B2 EP2664697 B2 EP 2664697B2
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- D01F2/06—Monocomponent artificial filaments or the like of cellulose or cellulose derivatives; Manufacture thereof from viscose
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Celluloseregeneratfaser, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.
Die Erfindung stellt eine flammgehemmte Celluloseregeneratfaser mit guten Trockenfestigkeitseigenschaften gemäß Anspruch 1 bereit. Weitere bevorzugte Ausgestaltungen sowie Verfahrensaspekte sind in den nachfolgenden Ansprüchen angegeben.The invention provides a flame-retarded cellulosic regenerate fiber having good dry strength properties according to
Zunächst werden weitere Erläuterungen zur Erfindung oder dem Umfeld der Erfindung angegeben. Dazu zählen ein Verfahren zur Herstellung von Celluloseregeneratfaser, insbesondere einer Multifilamentfaser, bei dem der Viskose vor dem Nass-Spinnen noch ein Feststoff zugegeben wird, und bei dem nach dem zumindest teilweise Koagulieren der Filamente im Spinnbad folgend dem Extrudieren der Spinnmasse noch eine Verstreckung im Zweitbad stattfindet, aus welchem die Filamente mit einer Endabzugsgeschwindigkeit abgezogen werden.First, further explanations of the invention or the environment of the invention will be given. These include a process for the production of regenerated cellulose fiber, in particular a multifilament fiber, in which the viscose is still added a solid before wet-spinning, and in the after the at least partially coagulating the filaments in the spinning bath following the extrusion of the dope still a stretching in the secondary bath takes place, from which the filaments are withdrawn at a final take-off speed.
Es hat sich herausgestellt, dass nach diesem Verfahren aus Viskose hergestellte Multifilamente entweder hinsichtlich ihrer Festigkeiten den modernen textilen Anforderungen nicht mehr genügen oder andernfalls, wenn sie den Anforderungen hinsichtlich der erzielbaren Festigkeiten genügen, Schwierigkeiten bei der Weiterverarbeitung der Multifilamentgarne zu textilen Gebilden auftreten, insbesondere wenn das Multifilament als Kettmaterial eingesetzt werden soll.It has been found that multifilaments produced by this process from viscose either no longer meet the modern textile requirements with regard to their strengths or otherwise, if they meet the requirements with regard to the achievable strengths, difficulties arise in the further processing of the multifilament yarns into textile structures, especially if The multifilament is to be used as a warp material.
Gegenwärtig hierzu verwendete Faserprodukte basieren insbesondere aufgrund der Marktknappheit an Alternativen vornehmlich auf Stapelfasergarnen unter Verwendung der Lenzing® FR-Faser. Gerade für den Einsatz als Kettmaterial sind diese Stapelfasergarne aber nur bedingt geeignet.Fiber products currently being used are based primarily on staple fiber yarns using the Lenzing FR fiber, particularly due to market shortages. However, these staple fiber yarns are only of limited suitability for use as warp material.
Ein weitergehender Aspekt liegt darin, ein Verfahren wie oben genannt so weiterzubilden, dass sich die Weiterverarbeitbarkeit der damit hergestellten Faserprodukte verbessert, insbesondere im Hinblick auf eine Verwendung als Kettmaterial, insbesondere für die Herstellung hochqualitativer Textilprodukte zur Anwendung beispielsweise als Schutzkleidung.A further aspect is to develop a method as mentioned above so that the further processability of the fiber products produced therewith improves, in particular with regard to use as a warp material, in particular for the production of high-quality textile products for use, for example, as protective clothing.
Bevorzugt ist eine Weiterbildung im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass ein aus dem Quotienten der in Prozent bemessenen Verstreckung und der in Meter pro Minute bemessenen Endabzugsgeschwindigkeit gebildeter dimensionsloser erster Parameter kleiner ist als 2,5, bevorzugt kleiner als 2,0, insbesondere kleiner als 1,67.A refinement is preferably characterized in that a dimensionless first parameter formed from the quotient of the draft dimensioned in percent and the final take-off speed formed in meters per minute is less than 2.5, preferably less than 2.0, in particular less than 1, 67th
In diesem Rahmen ist nämlich erkannt worden, dass aufgrund einerseits der Feststoffzugabe (beispielsweise eines flammhemmenden Mittels) und andererseits durch die Verstreckung im Zweitbad (B-Bad) bei Anwendung bekannter Verfahrensparameter die Gefahr einer erhöhten Sprödigkeit der hergestellten Fasern besteht, welche sich unmittelbar negativ auf die Oberflächeneigenschaften der hergestellten Fasern und Garne auswirkt. Mit der erfindungsgemäßen Wahl des ersten Parameters werden dagegen trotz Feststoffzugabe und durch Verstreckung erzielter Festigkeit verbesserte Oberflächeneigenschaften der hergestellten Fasern erreicht, insbesondere glattere Faseroberflächen.In this context, it has been recognized that on the one hand the addition of solids (for example, a flame retardant) and on the other hand by the drawing in the second bath (B-bath) using known process parameters there is a risk of increased brittleness of the fibers produced, which is directly negative the surface properties of the fibers and yarns produced. By contrast, with the choice of the first parameter according to the invention, improved surface properties of the fibers produced are achieved, in particular smoother fiber surfaces, despite solids addition and strength achieved by stretching.
Auf diese Weise ist es nicht mehr erforderlich, ökonomisch wie ökologisch wenig attraktive Gegenmaßnahmen in Form zusätzlicher, die Oberfläche temporär modifizierenden Arbeitsschritte wie z.B. Schlichten und Schärölen heranzuziehen.In this way, it is no longer necessary, economically and ecologically unattractive countermeasures in the form of additional, the surface temporarily modifying operations such. To apply sizing and scouring oils.
Mikroskopisch gesehen sind Brüche einzelner Kapillaren als Folge von Spinnfehlern eine wesentliche Ursache für eine sich verschlechternde Oberflächenqualität, die sich in Form von Dickstellen am Garn bemerkbar machen und landläufig als Flusen bezeichnet werden. Im Zuge der nachgelagerten textilen Arbeitsschritte, z.B. beim Zwirnen, Weben oder Stricken nehmen diese an Größe kontinuierlich zu. Durch die mechanische Beanspruchung des Garnes durch Reibung an z.B. Umlenkrollen, Ösen, Schärgattern usw. können sich diese losen Kapillaren aufschieben, wodurch die Flusen sukzessive an Größe zunehmen.Microscopically, fractures of individual capillaries as a result of spins are a major cause of a deteriorating surface quality, which is manifested in the form of thick spots on the yarn and commonly referred to as lint. In the course of the downstream textile operations, e.g. when twisting, weaving or knitting, they increase in size continuously. Due to the mechanical stress of the yarn due to friction at e.g. Pulleys, eyelets, pegs, etc. can defer these loose capillaries, whereby the lint gradually increase in size.
Quantitativ läßt sich die Oberflächenqualität der Endlosfaser somit durch die Anzahl der Flusen pro Mengeneinheit der Faser, beispielsweise pro 1000 Meter Länge (oder per Kilogramm Garn) bestimmen. Im vorliegenden Rahmen wird unter der Anzahl der Flusen pro 1000 Meter die Anzahl der durch ein Meßgerät feststellbaren Fehlstellen am Garn pro 1000 Meter Länge verstanden, wobei ein einziges gebrochenes Einzelfilament bereits eine solche Fehlstelle verursachen kann, zwei oder mehrere an der gleichen Stelle gebrochenen Einzelkapillaren jedoch nicht doppelt oder mehrfach gezählt werden. Ein geeignetes Meßgerät ist beispielsweise ein Elkometer III von der Firma Textechno.Quantitatively, the surface quality of the continuous fiber can thus be determined by the number of lint per unit of mass of the fiber, for example per 1000 meters of length (or per kilogram of yarn). In the present framework, the number of lint per 1000 meters means the number of detectable by a meter defects on the yarn per 1000 meters in length, a single broken single filament may already cause such a defect, however, two or more broken at the same point individual capillaries can not be counted twice or more times. A suitable measuring device is, for example, an Elkometer III from the company Textechno.
Durch das erfindungsgemäß bevorzugte Verfahren können Obergrenzen für ein ungezwirntes Garn von 4 Flusen/1000 Meter, aber auch 2 Flusen/1000 Meter, sogar 1,5 Flusen/1000 Meter erreicht und eingehalten werden. Dies gelingt auch mit eingesponnen Pigmenten in einer Menge von mehr als 15%, insbesondere auch im Bereich von 18% bis 25%, wobei sich diese Prozentangaben auf Gewichtsprozente bezogen auf die α-Cellulose beziehen. Des weiteren lassen sich mit dem erfindungsgemäß bevorzugten Verfahren auch gezwirnte Garne mit Flusenwerten von 1 Fluse pro 1000 Meter oder weniger, insbesondere von 0,6 Flusen pro 1000 Meter oder weniger erreichen, und dies selbst bei einem eingesponnenen phosphorhaltigen Flammschutzmittel bei einem auf Cellulose bezogenen Phosphorgehalt von 3% bis 4% und in industrieller Fertigung.By the method preferred according to the invention, upper limits for an untwisted yarn of 4 lint / 1000 meters, but also 2 lintels / 1000 meters, even 1.5 lintels / 1000 meters can be achieved and maintained. This is also possible with spun-in pigments in an amount of more than 15%, in particular also in the range of 18% to 25%, these percentages referring to percentages by weight based on the α-cellulose. Furthermore, with the method preferred according to the invention, it is also possible to achieve twisted yarns with fluff values of 1 flute per 1000 meters or less, in particular 0.6 fluff per 1000 meters or less, even with a spun-on phosphorus-containing flame retardant with a phosphorus content based on cellulose from 3% to 4% and in industrial production.
Zur Erläuterung dieses dimensionslosen ersten Parameters kann nachstehendes Kurzbeispiel herangezogen werden. Beispielsweise werde im Zweitbad eine Verstreckung um 80% vorgenommen, bei einer Endabzugsgeschwindigkeit von 70 Meter/Minute. Dann beträgt der erste Parameter 80/70 = 1,14.To illustrate this dimensionless first parameter, the following short example can be used. For example, the second bath is stretched by 80% at a final take-off speed of 70 meters / minute. Then the first parameter is 80/70 = 1.14.
Bevorzugt ist der erste Parameter größer als 0,75, insbesondere größer als 1,0. Auch kann der erste Parameter weiter bevorzugt kleiner als 1,5 sein, bevorzugt kleiner als 1,33, insbesondere als 1,25. Damit lassen sich besonders gute Oberflächeneigenschaften der Fasern herstellen.The first parameter is preferably greater than 0.75, in particular greater than 1.0. Also, the first parameter may be more preferably less than 1.5, preferably less than 1.33, in particular 1.25. This makes it possible to produce particularly good surface properties of the fibers.
Bevorzugt ist ein dimensionsloser zweiter Parameter, der nicht wie der erste Parameter aus dem Quotienten sondern aus dem Produkt der beiden Größen gebildet ist, im Bereich von 3200 aufwärts, bevorzugt größer als 3600, insbesondere größer als 4000, allerdings bevorzugt im Bereich von kleiner als 8000, bevorzugt kleiner als 7500, insbesondere kleiner als 7000.Preferably, a dimensionless second parameter, which is not formed from the quotient but from the product of the two variables as the first parameter, is in the range from 3200 upwards, preferably greater than 3600, in particular greater than 4000, but preferably in the range of less than 8000 , preferably less than 7500, in particular less than 7000.
In diesem Zusammenhang ist vorgesehen, dass als Absolutwert für die Endabzugsgeschwindigkeit wenigstens ein Wert von 40 m/min, bevorzugt wenigstens 50, weiter bevorzugt wenigstens 60 und insbesondere wenigstens > 65 m/min erreicht wird. Hinsichtlich der Verstreckung soll um wenigstens 60%, vorzugsweise mit mehr als 70% verstreckt werden, aber bevorzugt um nicht mehr als 120%, insbesondere nicht mehr als 100%.In this context, it is provided that at least a value of 40 m / min, preferably at least 50, more preferably at least 60 and in particular at least> 65 m / min is achieved as the absolute value for the final take-off speed. With regard to drawing, it is intended to draw by at least 60%, preferably by more than 70%, but preferably by not more than 120%, in particular not more than 100%.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Titer des gebildeten Multifilaments spezifisch berücksichtigt. Dabei ist vorgesehen, dass ein aus dem Quotienten des zweiten Parameters und der Wurzel des in dtex gemessenen Titers des Multifilaments gebildeter dimensionsloser dritter Parameter nicht kleiner ist als 300, bevorzugt größer als 330, weiter bevorzugt größer als 360 ist und insbesondere größer als 400 ist. Die Titerangabe bezieht sich dabei auf den Gesamttiter des Multifilaments, beträgt dieser beispielsweise 225, und der zweite Parameter liegt bei 6300, so ergibt sich der dritte Parameter zu 420. Diese Werte des dritten Parameters beziehen allerdings vornehmlich auf Multifasern mit einem Gesamttiter von 330 dtex oder weniger, können jedoch auch noch für etwas höhere Titer bis etwa in den Bereich von 600 dtex herangezogen werden. Grundsätzlich ist allerdings für Gesamttiter von größer als 330 dtex, insbesondere von größer als 600 dtex oder sogar größer als 900 dtex eine Untergrenze für den dritten Parameter von 160, insbesondere 200 bevorzugt.In a further advantageous embodiment of the invention, the titer of the multifilament formed is specifically taken into account. It is provided that a dimensionless third parameter formed from the quotient of the second parameter and the root of the titer of the multifilament measured in dtex is not smaller than 300, preferably greater than 330, more preferably greater than 360, and in particular greater than 400. The titer specification refers to the total titer of the multifilament, this is 225, for example, and the second parameter is 6300, the third parameter is 420. However, these values of the third parameter relate primarily to multifibers with a total denier of 330 dtex or Less, but can also be used for slightly higher titers to about in the range of 600 dtex. In principle, however, for total titers of greater than 330 dtex, in particular of greater than 600 dtex or even greater than 900 dtex, a lower limit for the third parameter of 160, in particular 200, is preferred.
Als Obergrenze für den so gebildeten dritten Parameter wird der Wert 680 bevorzugt. Weiter bevorzugt soll der dritte Parameter 600 oder kleiner, weiter bevorzugt kleiner als 530 und insbesondere kleiner als 500 sein.As the upper limit of the third parameter thus formed, the value 680 is preferable. More preferably, the third parameter should be 600 or smaller, more preferably less than 530 and in particular less than 500.
Hinsichtlich der zugegebenen Feststoffmenge soll die bezogen auf die α-Cellulose in Prozent angegebene Gesamtmenge derartiger wasserunlöslicher Pigmente bevorzugt 25% nicht überschreiten. Des weiteren wird bevorzugt, dass sich die in Meter pro Minute bemessene Endabzugsgeschwindigkeit unter der Kurve 95 - 0,025 x2, bevorzugt unter der Kurve 90 - 0,016 x2 bewegen.With regard to the amount of solids added, the total amount of such water-insoluble pigments, based on the percentage of α-cellulose, should preferably not exceed 25%. It is further preferred that the sized in meters per minute Endabzugsgeschwindigkeit under the curve 95 is - 0.016 x scroll 2 to 0.025 x 2, preferably under the curve 90th
Im Hinblick auf Anwendungen, die eine Feuerfestigkeit der aus der Faser hergestellten Gebilde erfordern, wird als Feststoff bevorzugt ein phosphorhaltiges Flammschutzmittel zugegeben. Die Zugabe erfolgt bevorzugt durch Zugabe einer Dispersion der Partikel. Insbesondere kann die Zugabe zu der ansonsten bereits spinnfertigen Masse erfolgen. Die oben bereits genannten Dispersionsmittel können auch hier Anwendung finden.With regard to applications which require fire resistance of the structures produced from the fiber, a phosphorus-containing flame retardant is preferably added as solid. The addition is preferably carried out by adding a dispersion of the particles. In particular, the addition may be made to the otherwise ready-to-spin mass. The above-mentioned dispersants can also find application here.
Hinsichtlich des Gesamttiters der Multifilamentfaser wird eine Faserstärke von nicht unter 60 dtex bevorzugt. Des weiteren wird bevorzugt, dass der Gesamttiter der Faser nicht größer als 2500 dtex ist. Hinsichtlich der Kapillartiter wird ein Bereich von 1,8 bis 2,6 dtex als bevorzugt angesehen, insbesondere im Bereich von 2,2 bis 2,6 dtex, wobei letzteres insbesondere für Gesamtgarntiter von unter 330 dtex als vorteilhaft angesehen wird. Als durchschnittliche Durchmesser der Einzelfaser wird ein Bereich zwischen 10 und 30 µm, bevorzugt zwischen 11 und 20 µm als vorteilhaft angesehen.With regard to the total titer of the multifilament fiber, a fiber thickness of not less than 60 dtex is preferred. Further, it is preferable that the total titre of the fiber is not larger than 2500 dtex. With respect to the Kapillartiter a range of 1.8 to 2.6 dtex is considered to be preferred, in particular in the range of 2.2 to 2.6 dtex, the latter being particularly advantageous for Gesamtgarntiter of less than 330 dtex. As the average diameter of the single fiber, a range between 10 and 30 microns, preferably between 11 and 20 microns is considered advantageous.
Des weiteren wird bevorzugt vorgesehen, dass sich die Menge xFR des phosphorhaltigen flammhemmenden Feststoffes bei vorgegebenem Gesamttiter T des Multifilaments so zudosiert wird, dass sie in Prozent auf die α-Cellulose bezogen überhalb von 16,5 + (290-T)/90, bevorzugt über 17 + (290-T)/90 liegt, und insbesondere unter 19 + (290-T)/90, weiter bevorzugt unter 18,5 + (290-T)/90. Insbesondere wird an das in Anspruch 10 angegebene Flammschutzmittel gedacht. Diese Mengen für xFR gelten vornehmlich für Gesamttiter im Bereich von 330 oder kleiner. Für Gesamttiter im Bereich von 330 oder größer sollte xFR bevorzugt im Bereich zwischen 17,5 bis 19,0% liegen.Furthermore, it is preferably provided that the amount x FR of the phosphorus-containing flame-retardant solid is metered in at a given total titer T of the multifilament in such a way that it relates in percent to the α-cellulose above 16.5 + (290-T) / 90, preferably above 17 + (290-T) / 90, and especially below 19 + (290-T) / 90, more preferably below 18.5 + (290-T) / 90. In particular, the flame retardant recited in
Des weiteren wird unter diesem Aspekt ein aus Viskose gesponnenes und gezwirntes Multifilament vorgeschlagen, das insbesondere nach einem der oben beschriebenen Verfahrensaspekte hergestellt wurde, und bei dem zum einen eine Flusenzahl von 2 Flusen pro 1000 Meter Länge nicht überschritten ist, bevorzugt eine Flusenzahl von 1 Fluse pro 1000 Meter nicht überschritten ist, insbesondere von 0,5 Flusen pro 1000 Meter, und das zum anderen einen Phosphorgehalt bezogen auf die α-Cellulose von 2,8% oder höher, bevorzugt 3% oder höher, insbesondere 3,2% oder höher aufweist sowie von 4,2% oder weniger, bevorzugt 4% oder weniger, insbesondere 3,8% oder weniger. Das Zwirnen erfolgt auf geeigneten Zwirnmaschinen, beispielsweise und bevorzugt auf Ringzwirnmaschinen der Marke Ratti auf S500.Furthermore, under this aspect, a viscose spun and twisted multifilament is proposed, which was produced in particular according to one of the method aspects described above, and in which a number of flakes of 2 flakes per 1000 meters in length is not exceeded, preferably a number of flutes of 1 flute per 1000 meters, in particular of 0.5 lint per 1000 meters, and on the other hand, a phosphorus content based on the α-cellulose of 2.8% or higher, preferably 3% or higher, in particular 3.2% or higher and 4.2% or less, preferably 4% or less, more preferably 3.8% or less. The twisting takes place on suitable twisting machines, for example and preferably on ring twisting machines of the brand Ratti on S500.
Insbesondere wird bevorzugt, dass eine Obergrenze für das Produkt aus Flusenanzahl pro 1000 Meter Länge und bezogen auf die α-Cellulose in Prozent angegebenen Phosphorgehalt nicht größer als 8 ist, weiter bevorzugt nicht größer als 6 ist, nochmals weiter bevorzugt nicht größer als 4 ist und insbesondere nicht größer als 3 ist.In particular, it is preferred that an upper limit for the product of fluff number per 1000 meters in length and in terms of α-cellulose in percent phosphorus content is not greater than 8, more preferably not greater than 6, even more preferably not greater than 4, and in particular not greater than 3.
Es werden für die fertige Faser Trockenreißfestigkeiten im konditionierten Zustand im Bereich von über 25 cN/tex erreicht. Des weiteren bleibt das daraus hergestellte Gewebe nach dem initialen Schrumpfen (erste bis zweite Wäsche) nach weiteren 50 Wäschen bei unter 5% weiterem Schrumpfen.Dry tensile strengths in the conditioned state in the range of over 25 cN / tex are achieved for the finished fiber. Furthermore, after the initial shrinkage (first to second washings), the fabric produced therefrom remains under 5% further shrinkage after another 50 washes.
Die Nassfestigkeit und damit auch die Waschbeständigkeit des hergestellten Multifilaments lässt sich beispielsweise durch den Chord-Modulus, nass im gezwirnten Zustand cN/tex mit den Dehnungspunkten E1=4% und E2=3,5% angeben, wie in der BISFA, Testing Methods for Viscose, Cupro, Acetate, Triacetate, and Lyocell Filament Yarns (Cellulosic Filament Yarns), 2007-Edition, Chapter 7 (7.6.1.3) definiert. Es wird bevorzugt, dass sich das Produkt aus dem in cN/tex angegebenen so gemessenen Chord-Modulus mit der Quadratwurzel des in dtex angegebenen Titers der Faser im Bereich von nicht geringer als 280 bewegt, bevorzugt nicht kleiner als 320, insbesondere nicht kleiner als 360. Desweiteren soll dieses Produkt bevorzugt 560 nicht überschreiten, weiter bevorzugt 520 und insbesondere 480 nicht überschreiten. Diese Produktwerte gelten insbesondere für Fasern mit Gesamttiter von 330 dtex oder kleiner. In Absolutwerten sollte der Chord-Modulus bevorzugt mindestens 20 cN/tex betragen für Garntiter ≥ 200 dtex, und wenigstens 30 cN/tex für Garntiter von 120 dtex oder weniger.The wet strength and thus also the wash resistance of the produced multifilament can be indicated, for example, by the Chord modulus, wet in the twisted state cN / tex with the extension points E1 = 4% and E2 = 3.5%, as in the BISFA, Testing Methods for Viscose, Cupro, Acetate, Triacetate, and Lyocell Filament Yarns, 2007 Edition, Chapter 7 (7.6.1.3). It is preferred that the product of the chord modulus thus measured in cN / tex be in the range of not less than 280, preferably not less than 320, more preferably not less than 360, with the square root of the denier of the fiber expressed in dtex Furthermore, this product should preferably not exceed 560, more preferably 520 and in particular 480 do not exceed. These product values apply in particular to fibers with a total titer of 330 dtex or less. In absolute terms, the chord modulus should preferably be at least 20 cN / tex for yarn titers ≥ 200 dtex, and at least 30 cN / tex for yarn titers of 120 dtex or less.
Die Walzentemperatur der Trockenwalzen liegt insbesondere bei diesem zweiten Erfindungsaspekt bevorzugt im Bereich von 40°C oder höher, bevorzugt 45°C oder höher, insbesondere 50°C oder höher, und vorzugsweise 95°C oder niedriger, bevorzugt 80°C oder niedriger, insbesondere 70°C oder niedriger.The roller temperature of the drying rollers is in this second aspect of the invention preferably in the range of 40 ° C or higher, preferably 45 ° C or higher, in particular 50 ° C or higher, and preferably 95 ° C or lower, preferably 80 ° C or lower, in particular 70 ° C or lower.
Besonders bevorzugt soll als Zellstoff der Viskose ein Zellstoff mit einer Grenzviskosität von größer 560 ml/g und einem α-Cellulosegehalt von größer als 97,5% mit insbesondere monomodaler Molekulargewichtsverteilung herangezogen werden, insbesondere ein Kraft-Nadelholz-Zellstoff. Die Grenzviskosität soll dabei nach ISO/FDIS 5351:2009 bestimmt sein (Limiting Viscosity Number [η]).Particularly preferred pulp of the viscose is a pulp having an intrinsic viscosity of greater than 560 ml / g and an α-cellulose content of greater than 97.5%, in particular monomodal molecular weight distribution, in particular a kraft-softwood pulp. The intrinsic viscosity should be determined according to ISO / FDIS 5351: 2009 (Limiting Viscosity Number [η]).
Dazu ist anzumerken, dass Celluloseregeneratfasern ein durchaus hochwertiges Grundmaterial für flammfeste Fasern darstellen, da es sich durch per se bekannte Techniken ausgezeichnet flammfest ausrüsten läßt. Denn sie sind als als hydrophiles, nichtthermoplastisches Polymer in der Lage, große Mengen Feuchtigkeit aufzunehmen.It should be noted that regenerated cellulose fibers represent a thoroughly high-quality base material for flame-resistant fibers, since it can be equipped excellent flame-resistant per se known techniques. Because they are able to absorb large amounts of moisture as a hydrophilic, non-thermoplastic polymer.
Insbesondere weisen sie Vorteile von natürlich vorkommenden cellulosischen Fasern wie Baumwolle auf, mit dem zusätzlichen Vorteil, dass sie durch Zugabe von Flammfestmitteln in die Spinnlösung permanent flammfest ausrüstbar sind, und nicht nur oberflächlich, wie die Baumwolle.In particular, they have advantages of naturally occurring cellulosic fibers such as cotton, with the added advantage that they are permanently flame resistant by the addition of flame retardants in the spinning solution, and not just on the surface, such as cotton.
Bevorzugt werden zur Erreichung gewünschter Festigkeiten Zellstoffe mit sehr hohen Reinheiten verwendet, bevorzugt wird insbesondere die Verwendung eines Zellstoffs mit monomodaler Molekulargewichtsverteilung.For achieving desired strengths, preference is given to using pulps with very high purities; preference is given in particular to the use of a pulp having a monomodal molecular weight distribution.
Grundsätzlich ist die Anwendung des Lyocell-Verfahrens (Direktlöseverfahren mit NMMO als Lösungsmittel) möglich, sehr hohe Festigkeiten bei niedriger Fibrillationsneigung werden allerdings bevorzugt mit dem Viskoseverfahren in seiner Ausprägung als Filamentspinnverfahren erreicht, wie oben beschrieben. Damit können die inhärenten Festigkeitseigenschaften der Cellulose bestmöglich ausgenutzt werden.In principle, the use of the lyocell method (direct dissolution method with NMMO as solvent) is possible, but very high strengths at a low fibrillation tendency are preferably achieved with the viscose method in its form as a filament spinning method, as described above. Thus, the inherent strength properties of cellulose can be utilized optimally.
Zum einen kann hier ein hoher Verstreckungsgrad vorteilhaft sein, zum anderen aber auch eine Trocknung in nicht relaxiertem Zustand. Die sich dadurch ausbildende Mikromorphologie, der Kristallisationsgrad und der Grad der Ausrichtung der elementaren Cellulosestränge können für hohe Festigkeitseigenschaften vorteilhaft sein.On the one hand, a high degree of stretching can be advantageous here, but on the other hand drying in a non-relaxed state can also be advantageous. The resulting micro-morphology, degree of crystallization and degree of alignment of the elemental cellulose strands may be advantageous for high strength properties.
Für das Verspinnen von Stapelfasern wird bevorzugt eine gewisse Rauhigkeit der Oberfläche wie auch eine ausreichende Kräuselung/Krümmung/Verdrehung der Stapelfasern vorausgesetzt. Um diese Eigenschaften zu erreichen, werden Stapelfasern gebildet, indem in einem Naßspinnverfahren zunächst endlos hergestellte Fasern erzeugt, diese noch in feuchtem Zustand geschnitten und erst später in relaxiertem Zustand getrocknet werden.For the spinning of staple fibers, it is preferable to assume a certain roughness of the surface as well as sufficient crimping / bending / twisting of the staple fibers. In order to achieve these properties, staple fibers are formed by first producing endlessly produced fibers in a wet spinning process, then cutting them in a moist state and drying them later in a relaxed state.
Im Rahmen der Erfindung ist allerdings erkannt worden, dass zum einen ein Verspinnen aus Stapelfasern immer noch mit ausreichender Zuverlässigkeit möglich ist, auch wenn diese aus bereits getrocknetem Filamentgarn hergestellt werden. Dies ist verwunderlich, da die so hergestellten Fasern eine eher glatte und ebenmäßige Oberfläche aufweisen und allenfalls gering gekräuselt sind, so dass derartige Stapelfasern deutlich weniger zur Weiterverarbeitung geeignet sind wie die gewöhnlich im feuchten Zustand geschnittenen Stapelfasern. Es ist jedoch erkannt worden, dass dieser Nachteil bei der Verspinnbarkeit anderweitig dadurch ausgeglichen wird, dass überraschenderweise Festigkeitseigenschaften der Filamente wenigstens teilweise noch auf die Stapelfasern übertragen werden, wenn diese aus bereits getrockneten Filamenten erzeugt werden. Insbesondere durch Streckreißen der Filamente ("stretch-breaking") werden besonders gute Festigkeitseigenschaften erzeugt. Diese machen sich insbesondere durch eine im Vergleich zu herkömmlichen Stapelfasern deutlich höhere spezifische Höchstzugkraft trocken (durchaus 25 % Verbesserung erreichbar) sowie insbesondere einer verbesserten spezifischen Höchstzugkraft naß (40 % höhere Werte erreichbar) bemerkbar.In the context of the invention, however, it has been recognized that, on the one hand, spinning from staple fibers is still possible with sufficient reliability, even if these are produced from already dried filament yarn. This is surprising, since the fibers thus produced have a rather smooth and even surface and are at most slightly curled, so that staple fibers of this kind are considerably less suitable for further processing than the staple fibers usually cut in the moist state. However, it has been recognized that this disadvantage in spinnability is otherwise compensated for by surprisingly transferring strength properties of the filaments at least partially to the staple fibers as they are produced from already dried filaments. In particular, by stretch breaking of the filaments ("stretch-breaking") particularly good strength properties are produced. These become noticeable in particular by a significantly higher specific maximum tensile force (achievable 25% improvement) compared to conventional staple fibers, and in particular an improved specific maximum tensile force (40% higher values achievable).
Bei dem Streckreißverfahren werden die Filamente zwischen Walzen, welche mit unterschiedlicher Geschwindigkeit rotieren, nochmals gestreckt und schließlich gerissen. Die Länge der so entstehenden Stapelfasern kann durch Verstellen der Parameter des Streckreißverfahrens eingestellt werden.In the stretch-drawing process, the filaments are re-stretched between rolls rotating at different speeds and finally torn. The length of the resulting staple fibers can be adjusted by adjusting the parameters of the stretch-breaking process.
Ein weiteres bevorzugtes Merkmal betrifft das Volumen-zu-Oberfläche-Verhältnis (bzw. Querschnittsfläche zu Umfang, z.B. bestimmt durch optische Bildanalysesoftware ImageJ), wodurch weniger Angriffspunkte gegenüber mechanischer Belastung, aber auch gegenüber Hitzeeinwirkung geboten werden. Diesbezüglich ist herausgefunden worden, dass auch niedrigere durch das Einspinnen des Flammschutzmittels generierte Phosphorgehalte in der Faser als herkömmlich ausreichen, wodurch neben einem ökonomischen noch ein ökologischer Vorteil entsteht. Jedenfalls werden phosphorhaltige, halogenfreie Mittel wie das weiter oben angegebene Sandoflam/Exolit bevorzugt.Another preferred feature relates to the volume-to-surface ratio (or cross-sectional area to circumference, as determined by ImageJ Image Analysis Optical Software), which provides fewer targets for mechanical stress as well as heat exposure. In this regard, it has been found that even lower levels of phosphorus in the fiber generated by the incorporation of the flame retardant are conventionally sufficient, thereby creating an ecological as well as an economic advantage. In any case, phosphorus-containing, halogen-free agents such as the above-mentioned Sandoflam / Exolit are preferred.
Wie bereits gesagt, werden die erfindungsgemäßen Stapelfasern bevorzugt nach dem Viskosefilamentspinnverfahren hergestellt. Dabei wird eine Viskosespinnmasse in einem säurehaltigen Spinnbad oder säurehaltigen Spinnbädern zu Cellulose regeneriert und dabei verstreckt. Die anschließend erfolgende Trocknung der so hergestellten Filamente kann online oder offline erfolgen, wobei bevorzugt die Spannung in den Filamenten aufrechterhalten wird. Anschließend kann das Streckreißen der im nicht relaxierten Zustand getrockneten Fasern erfolgen.As already stated, the staple fibers according to the invention are preferably produced by the viscose filament spinning process. This is a Viskosepinnmasse in an acidic spin bath or acidic spinning baths regenerated to cellulose and thereby stretched. The subsequent drying of the filaments thus produced can be done online or offline, wherein preferably the tension in the filaments is maintained. Subsequently, the stretch breakage of the fibers dried in the non-relaxed state can take place.
Bevorzugte Einzeltiter der erfindungsgemäßen Garne liegen im Bereich zwischen 1,7 und 3,3 dtex, insbesondere jedoch größer als 2,0 dtex und/oder kleiner als 2,7 dtex.Preferred individual titers of the yarns according to the invention are in the range between 1.7 and 3.3 dtex, but in particular greater than 2.0 dtex and / or less than 2.7 dtex.
Ebenfalls von der Erfindung unter Schutz gestellt wird ein textiles Flächengebilde, das unter Einbau einer Celluloseregeneratfaser, insbesondere einer Stapelfaser oder einem Multifilament nach einer der oben beschriebenen Eigenschaften hergestellt ist.Also protected by the invention is a textile fabric which is produced by incorporation of a cellulose regenerated fiber, in particular a staple fiber or a multifilament, according to one of the properties described above.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren der Zeichnung beispielhaft erläutert. Von diesem zeigt
- Fig. 1
- einen schematischen Aufbau für eine Anlage zur Herstellung von Celluloseregeneratfasern,
- Fig. 2
- eine REM-Aufnahme eines Multifilaments,
- Fig. 3
- eine Kraft-Dehnungs-Kurve trocken für aus einem Multifilement hergestellte Stapelfasern,
- Fig. 4
- eine Kraft-Dehnungs-Kurve naß für die Stapelfaser, und
- Fig. 5
- eine Umrißanalyse der erfindungsgemäßen Fasern im Vergleich zu herkömmlichen Stapelfasern.
- Fig. 1
- a schematic structure for a plant for the production of cellulose regenerated fibers,
- Fig. 2
- a SEM image of a multifilament,
- Fig. 3
- a force-elongation curve dry for staple fibers made from a multifilament,
- Fig. 4
- a force-strain curve wet for the staple fiber, and
- Fig. 5
- an outline analysis of the fibers of the invention compared to conventional staple fibers.
Anhand der
Aus einem Rührkessel 1 wird eine Dispersion von Partikeln eines flammhemmenden Feststoffes von einer Dosierpumpe 2 über eine Rückschlagklappe 5 einem statischenFrom a stirred
Mischer 6 zugeführt. Außerdem wird dem statischen Mischer 6 über eine Viskoseförderpumpe 3 Viskose zugeführt. Aus dem statischen Mischer 6 strömt die darin gebildete Mischung aus Viskose und Dispersion in einen weiteren statischen Mischer 7 und wird dort weiterhin durchmischt.
Der den statischen Mischer 7 verlassende Förderstrom läuft durch einen Massendurchflußmesser 8 zu einer Spinnmaschine hin, in der die Celluloseregeneratfaser ersponnen wird. Ebenso läuft der dem statischen Mischer 6 zugeführte Förderstrom der Dispersion durch einen weiteren Massendurchflußmesser 9. Eine Regeleinheit 10 erzeugt ansprechend auf die Meßsignale der Massendurchflußmesser 8 und 9 ein Regelsignal für den Antrieb der Dosierpumpe 2, durch das das Massenverhältnis der beiden Förderströme auf einen gewünschten Wert geregelt wird.The flow leaving the
Weiterhin wird der Druck des zur Spinnmaschine geförderten Förderstroms von einem Drucksensor 4 erfaßt und in Abhängigkeit von dessen Meßsignal die Förderrate der Viskoseförderpumpe 3 geregelt.Furthermore, the pressure of the conveyed to the spinning machine flow rate is detected by a
Ein Beispiel der Realisierung bevorzugter Merkmalskombinationen wird ohne Bezug auf Figuren wie folgt angegeben:
Es wird im industriellen Verfahren ein Multifilament mit Titer 200f76 mit kontinuierlicher Spinntechnologie hergestellt. Der Spinnmasse wurde noch das phosphorhaltige Flammschutzpigment Viscofil Exolit 5060VP2988 zugegeben. An dieser Stelle und auch generell zu dieser Anmeldung wird unter einem industriellen Verfahren ein Verfahren verstanden, bei dem die eingesetzte Maschine eine Stundenproduktion von wenigstens 6 oder bevorzugt wenigstens 8, insbesondere wenigstens 10 kg pro Stunde erreicht.An example of the realization of preferred feature combinations is given without reference to figures as follows:
In the industrial process a multifilament with titre 200f76 with continuous spinning technology is produced. The spinning mass was added nor the phosphorus-containing flame retardant Viscofil Exolit 5060VP2988. At this point, and also generally for this application, an industrial process is understood to mean a process in which the machine used achieves an hourly production of at least 6 or preferably at least 8, in particular at least 10, kg per hour.
Die Temperatur des Koagulations-Spinnbads liegt im Bereich von 58 bis 63°C, die des Verstreckungsbades im Bereich von 90 bis 94°C. Die Zugabe des Flammschutzmittels erfolgt so, dass sich ein Feststoffgehalt im Garn (bezogen auf die α-Cellulose) von 19,8% ergibt.The temperature of the coagulation spinning bath is in the range of 58 to 63 ° C, that of the coagulation bath in the range of 90 to 94 ° C. The addition of the flame retardant is such that a solids content in the yarn (based on the α-cellulose) of 19.8% results.
Im Verstreckungsbad wird um 85% verstreckt, der Endabzug erfolgt mit einer Geschwindigkeit von 80 m/min. Daraus ergibt sich ein erster Parameter von 1,06.In the drawing bath is stretched by 85%, the final deduction takes place at a speed of 80 m / min. This results in a first parameter of 1.06.
Der dimensionslose zweite Parameter beträgt 6800, und der dimensionslose dritte Parameter beträgt 480.The dimensionless second parameter is 6800 and the dimensionless third parameter is 480.
Der Phosphorgehalt der Faser bezogen auf die α-Cellulose liegt im Bereich von 3,5%. Dennoch behält die Faser im konditionierten Zustand eine Trockenreissfestigkeit ungezwirnt im Bereich von 265 bis 285 cN/100dtex.The phosphorus content of the fiber relative to the α-cellulose is in the range of 3.5%. Nevertheless, in the conditioned state, the fiber retains a dry tensile strength in the range of 265 to 285 cN / 100dtex.
Trotz der guten Flammschutzwirkung und der hohen Festigkeit weist dieses Multifilamentgarn gezwirnt (S500) nur noch 0,4 bis 0,6 Flusen pro 1000 Meter auf. Es eignet sich daher hervorragend für die weitere Verarbeitung, insbesondere als Kettmaterial.Despite its good flame retardancy and high strength, this multifilament yarn is twisted (S500) only 0.4 to 0.6 fluff per 1000 meters up. It is therefore ideal for further processing, especially as a warp material.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand der
Wie aus
Des weiteren geht aus
Die den
Schließlich ist in
Weitere Daten zu einem Ausführungsbeispiel für eine Faser sind:
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist ein Stapelfasergarn 200 dtex aus 70% Viscont FR Stapelfaser und 30% m-aramid (Conex):
Die Erfindung ist nicht auf die in den Ausführungsbeispielen einzeln gezeigten Merkmale eingeschränkt. Vielmehr können die Merkmale der nachfolgenden Ansprüche und der vorstehenden Beschreibung einzeln oder in Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.The invention is not limited to the features shown individually in the embodiments. Rather, the features of the following claims and the foregoing description, alone or in combination, may be essential to the practice of the invention in its various embodiments.
Claims (15)
- Flame-retardant regenerated cellulose fibres, in particular staple fibres, and in particular produced by the viscose process, with increased dry strength properties in the form of a force required in the range of between 2 and 7 % relative extension average percentage extension of 1.4 cN/tex or more, preferably at least 1.6 cN/tex or more, more preferably at least 1.8 cN/tex or more and in particular at least 2.0 cN/tex or more.
- The regenerated cellulose fibres according to Claim 1 with a maximum tensile force (dry) of 26 cN/tex, preferably of at least 28 cN/tex, more preferably of at least 30 cN/tex.
- The regenerated cellulose fibres according to Claim 1 or 2, with a maximum tensile force (wet) of at least 15 cN/tex, preferably at least cN/tex, in particular at least 20 cN/tex.
- The regenerated cellulose fibres according to any of the preceding claims, wherein the flame-protection effect is provided by spinning in a flame protection means that is in particular phosphoric, a phosphorus content contained in the fibre in relation to the cellulose not exceeding 3.4 %, preferably not exceeding 3.2 %, in particular not exceeding 3.0 %.
- The regenerated cellulose fibres according to any of the preceding claims, with a ratio of average cross-sectional area counted in pixels to average circumference counted in pixels of 16.6 or less, preferably 16.2 or less, in particular 15.8 or less.
- The regenerated cellulose fibres according to any of the preceding claims, which are produced from dry filament yarn.
- The regenerated cellulose fibres according to Claim 6, wherein the staple fibres are produced by cutting the filament yarn.
- The regenerated cellulose fibres according to Claim 6, the staple fibres being produced by stretch breaking from the filament yarn.
- The regenerated cellulose fibres according to any of Claims 6 to 8, wherein the length of the staple fibres comes within the range of between 30 and 150 mm.
- The regenerated cellulose fibres according to any of the preceding claims, in the manufacture of which a quotient of the extension measured as a percentage in the second bath after precipitation in the spinning bath and the final removal speed from the second bath measured in metres per minute is less than 2.5, preferably less than 2.0, in particular less than 1.67.
- A staple fibre yarn, comprising a regenerated cellulose fibre according to any of Claims 1 to 10 in the form of a staple fibre, and another mixture partner preferably made of aramid fibre, the proportion of regenerated cellulose fibre preferably being at least 20 % by weight (in relation to the yarn), more preferably at least 50 % by weight, particularly preferably at least 70 % by weight.
- A textile fabric, produced by the incorporation of a regenerated cellulose fibre, in particular a fibre and/or a yarn according to any of Claims 1 to 11.
- A process for the production of regenerated cellulose fibres according to claim 1, wherein filaments produced by the viscose filament spinning process are dried on-line or off-line, preferably by maintaining the tension in the filaments, and staple fibres are produced from the dry filaments.
- The process according to Claim 13, wherein viscose is mixed in a specified proportion after the addition of a solid, and the mixture produced in this way is wet spun according to specific parameters and is extended in the spinning bath in a second bath after precipitation and is finally removed from the latter, a dimension-free first parameter formed form the quotient of the extension measured as a percentage and the final removal speed measured in metres per minute being less than 2.5, preferably less than 2.0, in particular less than 1.67.
- The process according to Claim 13 or 14, wherein the staple fibres are produced from the multifilament in the dry state by cutting or stretch breaking.
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