NO309490B1 - Framgangsmåte for framstilling av celluloseholdige fibre og anvendelse av de framstilte fibre - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en framgangsmåte for framstilling av celluloseholdige fibre i henhold til aminoksidmetoden, såvel som celluloseholdige fibre, særlig celluloseholdige stabelfibre.

Bakgrunn

I flere tiår har en etterstrebet en framgangsmåte for framstilling av celluloseholdige formlegemer, som skal erstatte viskosemetoden som i dag anvendes i stor målestokk. Som et interessant alternativ, ikke minst på grunn av miljømessige hensyn, har det derved utkrystallisert seg en metode med oppløsing av cellulose uten derivatisering i et organisk løsningsmiddel, og ekstrudering av formlegemer, f.eks. fibre, folier og membraner, fra denne løsningen. Slike ekstruderte fibre fikk fellesnavnet Lyocell av BISFA (The International Bureau for the Standardization of man made fibers). Med organisk løsningsmiddel mener BISFA en blanding av et organisk kjemikalium og vann.

Det har vist seg at en blanding av et tertiært aminoksid og vann er svært egnet som organisk løsningsmiddel i framstilling av celluloseholdige formlegemer. Som aminoksid anvendes derved i første rekke N-metylmorfolin-N-oksid (NMMO). Andre aminoksider er beskrevet i f.eks. EP patentpublikasjon 0.553.070. En framgangsmåte for framstilling av formbare celluloseløsninger er kjent fra eksempelvis EP patentpublikasjon 0.356.419. Framstillingen av celluloseholdige formlegemer ved bruk av tertiære aminoksider blir generelt betegnet som aminoksidmetoden.

I US patentskrift 4.246.221 er det beskrevet en aminoksidmetode for framstilling av celluloseløsninger, som i et formverktøy, f.eks. ei spinndyse, spinnes til filamenter og deretter føres gjennom et fellingsbad, der cellulose felles ut og det oppnås vannholdige svellete filamenter. Disse filamentene kan på vanlig vis, dvs. ved vasking og etterbehandling, bearbeides til celluloseholdige fibre og "stabelfibre" (spinnbare fibre med bestemt lengde).

Det er kjent at cellulosefibrene framstilt fra aminoksidløsninger etter tørr/våt-spinnemetoden i motsetning til naturlig krøllete cellulosefibre, slik som bomull, oppviser et upåvirket rundt tverrsnitt. Det runde tverrsnittet og den relativt glatte overflata kan medføre problemer i etterbearbeiding til garn og flatekonstruksjoner, som beskrevet i f.eks. EP patentpublikasjon 0.574.870. Disse problemene er i henhold til denne patentpublikasjonen en mangelfull fiberbeheftelse ved spinning av spinnfibrene til gam, en utilstrekkelig trådsammenføyning ved filamentgarnet og en for lav skyvefasthet i flatekonstruksjonen av disse fiber- og filamentgamene. For å løse dette problemet ble det i denne patentpublikasjonen foreslått at aminoksidløsningen ekstruderes gjennom spinnhull med et tverrsnitt som ikke er rundt men profilert, f.eks. Y-formet. På denne måten får Lyocell-fibrene et Y-formet tverrsnitt.

I Chemical Fibers International (CFI), bind 45, februar 1995, side 27 og 30, er det vist et mikroskopisk bilde av fire celluloseholdige fibre som alle er framstilt i henhold til aminoksidmetoden. Det er bemerkelsesverdig at disse fibrene tross det faktum at de alle ble framstilt med aminoksidmetoden ikke er identiske. Forskjellene mellom de fire fibrene er endog framtredende under mikroskopet. I den ovennevnte litteratur er det ikke angitt på hvilken måte fagmannen kan framstille de ulike celluloseholdige fibrene, med andre ord har ikke fagmannen fått kjennskap til hvilken måte de enkelte fibrene med sine ulike utseende kan framskaffes.

I Textilia Europe 6/94, side 6ff, er det likeså beskrevet et celluloseholdig fiber som ble framstilt med aminoksidmetoden, hvorved fagmannen igjen ikke kan se detaljene for framstillingen. Blant annet framgår det fra denne litteraturen at de celluloseholdige fibre, hvis framstilling ikke er illustrert, oppviser en permanent krusning. Der framgår imidlertid ikke nærmere detaljer vedrørende dette og på hvilken måte fibrene kan oppnå en slik krusning.

Fibre som oppviser en krusning er fordelaktig av ulike årsaker for bearbeiding av fibre, særlig stabelfibre. Slik sett vil en for eksempel lykkes bedre med karding, siden det her er nødvendig med en viss heft fibrene imellom for overhodet å kunne framstille et kardebånd. Et kruset fiber har et større båndheft enn et ikke kruset fiber, hvorved kardehastigheten kan økes.

Fra teknikkens stand er det kjent såkalte crimp-metoder, der fibrene kan krølles. Krøllingen oppnådd på denne måten går imidlertid for det meste tapt allerede etter karding, og senest etter garnspinning, og vil ikke foreligge i tekstilveven. En krusing ville tildele tekstilveven en voluminøs og myk struktur.

Fra WO patentpublikasjon 94/28220 og WO patentpublikasjon 94/27903 er det kjent en framgangsmåte der Lyocell-fibre kan kruses på mekanisk vis. I henhold til denne framgangsmåten blir de nylig framstilte filamentene i tauform ført gjennom en rekke vaskebad for å fjerne løsningsmidlet. Deretter blir tauet tørket ved omlag 165 °C og stoppet i tørket tilstand i en røraktig innretning, der filamenttauet krølles og på denne måten oppnår en slags krusning. I tillegg blir de krøllete fibrene behandlet med het og tørr damp og deretter kuttet til stabelfibre. Disse fibrene har den ulempe at de kun kan framstilles med stor innsats da det kreves en egen innretning for krusningen og at krusningen er framkalt ved krølling. Det har dessuten vist seg at krusningen framskaffet med denne metoden på mekanisk vis går tapt etter noen ekstra etterbearbeidingstrinn.

Formål

Formålet med oppfinnelsen er å anvise en framgangsmåte for framstilling av nye Lyocell-fibre som lettere lar seg bearbeide til garn og vev enn de vanlige Lyocell-fibre. De nye fibrene skal ikke framstilles med hjelp av noen mekanisk krusning ifølge WO patentpublikasjon 94/28220 eller WO patentpublikasjon 94/27903. Fibrene skal dessuten ikke framstilles med spinndyser med spinnhull-tverrsnitt som avviker fra det runde. Lyocell-fibrene framstilt ifølge oppfinnelsen skal derimot framstilles med vanlige spinndyser, hvis spinnhull oppviser et rundt tverrsnitt.

Oppfinnelsen

Framgansgmåten ifølge oppfinnelsen for framstilling av celluloseholdige fibre oppviser følgende trinn: (A) løse et celluloseholdig materiale i et vandig tertiært aminoksid for å framskaffe en spinnbar celluloseløsning, (B) spinne celluloseløsningen og føre den gjennom et vandig fellingsbad, hvorved det oppnås vannholdige svellete filamenter, (C) presse de vannholdige svellete filamentene på ulike steder slik at det for hver millimeter filamentlengde gjennomsnittlig foreligger minst to press-steder, og

(D) tørke de pressete filamentene til celluloseholdige fibre,

hvorved pressingen utføres under et trykk tilstrekkelig til at press-stedene oppnådd på

filamentene også opprettholdes på det tørkete fiber og framtrer som fargeendringer ved visuell inspeksjon under linært polarisert lys.

Med uttrykket "press-steder" menes i denne sammenheng knekkpunkt, rotasjon og andre endringer i filamentets og fibrets tverrsnittsform.

Oppfinnelsen bygger på den erkjennelse at et filament framstilt med aminoksidmetoden i svellet tilstand kan forandres i tverrsnittsform ved pressing, og at denne pressingen beholdes etter tørking når den presses med en tilstrekkelig stor kraft. På denne måten kan en framstille celluloseholdige fibre hvis tverrsnittsform ved press-stedene har en ikke-sirkelrund form, f.eks. oval. Press-stedene er dessuten synlig under mikroskopet også som innbukting, breddeøkning eller knekkpunkter.

Størrelsen på kraften som anvendes ved pressing er naturligvis avhengig av flere faktorer, slik som fiberfinhet, pressegrad og av tilmåling av de ønskete tverrsnittsforandringer. Foreliggende oppfinner har slått fast at kraften for oppnåelse av den ønskete tverrsnittsforandring på enkel måte kan bestemmes ved innledende forsøk.

Pressingen av fibrene kan oppnås ved at de svellete filamentene føres gjennom et tilsvarende formverktøy, eksempelvis ei platepresse, hvorved overflata av platepressa er strukturert med forhøyninger og forsenkninger for å sette de svellete filamentene i lengderetning under trykk av ulik størrelse og på denne måten etablere en deformering av filamentene med ulik styrke.

De svellete filamentene kan også presses ved at de føres over en valse, hvor kraften for pressing på filamentene utøves med en motvalse hvis overflate er strukturert tilsvarende.

Det er dessuten mulig å sammenfatte de svellete fibrene til et tau, som består av tusener av filamenter, dreie samme i lengderetningen og føre det i denne tilstanden gjennom et valsepar som utøver pressekraften.

Pressingen utføres fortrinnsvis slik at det per millimeter filamentlengde foreligger minst tre, særlig minst seks press-steder.

Det har vist seg at fibrene framstilt ifølge oppfinnelsen lettere undergår karding da press-stedene åpenbart tildeler fibrene et visst heft overfor hverandre, slik at det lettere kan framstilles et kardeband. Fibrene framstilt ifølge oppfinnelsen har et høyere bandheft enn vanlige Lyocell-fibre med gjennomgående rundt tverrsnitt. Dette gjør det mulig å øke kardehastigheten.

En foretrukket utførelsesform av framgangsmåten ifølge oppfinnelsen er kjenneteknet ved at de vannholdige og svellete filamentene oppnådd i trinn (B) foran kuttes før pressing.

Nok en foretrukket utførelsesform av framgangsmåten ifølge oppfinnelsen er kjenneteknet ved at det før pressing lages et slags fibersjikt eller fibermatte (Vlies) av de kuttede, vannholdige og svellete filamentene, der de kuttede filamentene er tilfeldig orientert og at fibermatta presses. Det har vist seg at pressflaten i dette tilfellet ikke trenger være strukturert da de ulike trykkstørrelser som kreves for pregingen av en uregelmessig overflate etableres ved at fibrene som resultat av deres statistiske orientering ligger over hverandre, slik at det på naturlig måte utøves et større trykk på de steder der fibrene ligger over hverandre enn på andre steder. Dette fører til en ulik tverrsnittsforming.

Pressingen kan i denne utførelsesformen av framgangsmåten ifølge oppfinnelsen utføres innenfor rammen av kjent utpressing av vaskevann i viskosemetoden. Denne vannfjemingen utføres vanligvis med ett eller flere valsepar, gjennom hvilke stabelfibermatter føres på en silduk. Det er imidlertid avgjørende at det utøves et tilstrekkelig høyt trykk på fibermatta med valseparet/valseparene, som ikke bare reduserer vanninnholdet men også gir en tilstrekkelig endring av tverrsnittsformen av de kuttede og svellete filamentene.

Fiberen som framstilles ifølge oppfinnelsen utmerker seg ved at den forannevnte tverrsnittsforandring av fibrene opprettholdes, dvs. at den ikke forsvinner etter karding eller etter garnframstiIling. Dette letter videre bearbeiding av Lyocell-fibrene ifølge oppfinnelsen.

Det har overraskende vist seg at fiberfastheten og fiberutvidelsen i fibre framstilt med aminoksidmetoden ikke endres med tverrsnittsendringen.

Oppfinnelsen angår dessuten garn, vev, ikke-vevd tekstil, og strikkevare, som er kjenneteknet ved at de inneholder fibre som er framstilt ved framgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Eksempel 1

Det ble først framstilt en spinnbar løsning av cellulose i vannholdig NMMO, hvorved framgangsmåten beskrevet i EP patentpublikasjon 0.356.419 ble anvendt.

Den spinnbare løsning ble spunnet til filamenter i henhold til framgangsmåten beskrevet i WO patentpublikasjon 92/19230, hvorved det ble brukt ei dyse med sirkelrunde spinnhull. Filamentene ble etter trekking i ei luftspalte ført i et vandig fellingsbad, der cellulosen koagulerte. De oppnådde vannholdige filamentene, som forelå i en svellet og hydroplastisk tilstand, ble kuttet til fiberlengder på 4 cm.

De kuttede filamentene ble oppslemmet i vann i en blander, og de oppkuttede filamentene oppvirvlet i vannet ble anbrakt på en silduk hvor det ble dannet ei matte av kuttede fibre orientert i alle retninger.

Silduken ble ført gjennom et valsepar, hvor det ble utøvd et trykk på omlag IO<6>Pa i løpet av et tidsrom på omlag 0.1 sekunder på matta. Deretter ble matta vasket og ført gjennom nok et valsepar som utøvde et trykk på omlag IO<6>på matta. Deretter ble de oppnådde stabelfibrene tørket.

En undersøkelse av fibrene ifølge oppfinnelsen under et polarisasjonsmikroskop (forstørrelse 400x) viste at det for hver millimeter fiberlengde var gjennomsnittlig 7 press-steder der fargeendringen for det polariserte lys var framtredende. På press-stedene hadde fibrene et tverrsnitt som ikke var sirkelrundt, men heller mer eller mindre uregelmessig formet. Fargeendringen av det gjennomstrålte lyset tilbakeføres til de ulike tykkelser av fibrene på de ulike press-stedene.

Det ble framstilt garn av de oppnådde fibrene, og heftlengden for båndene ble målt i henhold til DIN 53834, del 1. Fibrene framstilt i henhold til oppfinnelsen oppviste i sammenlikning med kjente fibre med generelt sirkelrundt tverrsnitt en større heftlengde.

Claims (6)

1. Framgangsmåte for framstilling av celluloseholdige fibre, omfattende å : (A) løse et celluloseholdig materiale i et vandig tertiært aminoksid for å framskaffe en spinnbar celluloseløsning, (B) spinne celluloseløsningen og føre den gjennom et vandig fellingsbad, hvorved det oppnås vannholdige svellete filamenter, karakterisert vedå (C) presse de vannholdige svellete filamentene på ulike steder slik at det for hver millimeter filamentlengde gjennomsnittlig foreligger minst to press-steder, og (D) tørke de pressete filamentene til celluloseholdige fibre, hvorved pressingen utføres under et trykk tilstrekkelig til at press-stedene oppnådd på filamentene også opprettholdes på det tørkete fiber og framtrer som fargeendringer ved visuell inspeksjon under linært polarisert lys.

2. Framgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat pressingen utføres slik at det for hver millimeter filamentlengde foreligger gjennomsnittlig minst tre press-steder.

3. Framgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat pressingen utføres slik at det for hver millimeter filamentlengde foreligger gjennomsnittlig minst seks press-steder.

4. Framgansgmåte ifølge et av kravene 1 til 3, karakterisert vedat de vannholdige svellete filamentene oppnådd i trinn (B) kuttes før pressingen.

5. Framgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert vedat det lages et fibersjikt av tilfeldig orienterte, kuttede vannholdige og svellete filamenter før pressing, og at fibersjiktet presses.

6. Anvendelse av celluloseholdige fibre framstilt ved å: (A) løse et celluloseholdig materiale i et vandig tertiært aminoksid for å framskaffe en spinnbar celluloseløsning, (B) spinne celluloseløsningen og føre den gjennom et vandig fellingsbad, hvorved det oppnås vannholdige svellete filamenter, (C) presse de vannholdige svellete filamentene på ulike steder slik at det for hver millimeter filamentlengde gjennomsnittlig foreligger minst to press-steder, og (D) tørke de pressete filamentene til celluloseholdige fibre, hvorved pressingen utføres under et trykk tilstrekkelig til at press-stedene oppnådd på filamentene også opprettholdes på det tørkete fiber og framtrer som fargeendringer ved visuell inspeksjon under linært polarisert lys, som gam, vev, ikke-vevd teksil og strikkevare.