WO2016065377A1 - Schnell fibrillierende lyocellfasern und deren verwendung - Google Patents

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  • the optimized property profile should be improved by an increased opacity (light scattering) and porosity, distinguished by the improvement of the soft grip. The higher porosity is said to result in a higher absorbency of water and oil, resulting in improved cleaning performance.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft fibrillierte Lyocellfasern, die einen Fibrillationsquotienten Q von 20 oder größer aufweisen und deren Gehalt an Mikrofasern mit einer Feinheit von kleiner 14 mesh und einem Durchmesser von kleiner 2 μιτι mindestens 50% beträgt, sowie deren Verwendung zur Herstellung eines Wischtuches, das Zellstoff und 5 bis 20 Gew.-% fibrillierte Lyocellfasern enthält.

Description

Schnell fibrillierende Lyocellfasern und deren Verwendung
Die vorliegende Erfindung betrifft fibrillierte Lyocellfasern, die einen
Fibrillationsquotienten Q von 20 oder größer aufweisen und deren Gehalt an Mikrofasern mit einer Feinheit von kleiner 14 mesh und einem Durchmesser von kleiner 2 prn mindestens 50% beträgt, sowie deren Verwendung zur Herstellung eines Wischtuches, das Zellstoff und 5 bis 20 Gew.-% fibrillierte Lyocellfasern enthält.
Stand der Technik
Die US 6042769 offenbart ein Verfahren, mit dem die Fibrillationsneigung von Lyocell-Fasern durch eine Behandlung, die den Polymerisationsgrad der Cellulose um mindestens 200 Einheiten herabsetzt, erhöht wird. Die so erhaltene Faser sollte vor allem in Vliesstoffen und Papier eingesetzt werden. Bevorzugt erfolgt die Behandlung mit einem Bleichmittel, insbesondere mit Natriumhypochlorit. Alternativ ist auch die Behandlung mit einer Säure, vorzugsweise einer Mineralsäure wie Salzsäure, Schwefelsäure oder
Salpetersäure möglich. Dieses Verfahren wurde allerdings bis heute nicht kommerziell umgesetzt.
Die Verwendung von Cellulose-Regeneratfasern, wie Viskose und Lyocell in Vliesstoffen ist hinlänglich bekannt. Im speziellen werden durch Mahlung oder auch in sogenannten Refinern, die aus der Papierherstellung bekannt sind, Lyocellfasern auffibrilliert und als Cellulose-Mikrofasern in Mischung mit Papierzellstoff in sogenannten Nasslege-Verfahren (in Fachkreisen auch als „wet-laid-Verfahren bezeichnet) eingesetzt. Dabei werden verschiedenste Produkte wie zB. Wisch- bzw. Reinigungstücher, sogenannte wipes, und Papierstrukturen für zB. Tissues, hergestellt. Beispielsweise beschreibt die US 8187422, daß durch die Beimischung fibrillierter Lyocell-Mikrofasern zu Papierzellstoff, die Eigenschaften von cellulosischen Einweg-Wischtüchern entsprechend optimiert werden können. Im Gegensatz zu reinen Zellstoff- Wischtüchern soll durch diese Beimischung das Reinigungsverhalten entsprechend verbessert werden. Dabei soll sich das optimierte Eigenschaftsprofil durch eine erhöhte Opazität (light scattering) und Porosität, bei Verbesserung des Weichgriffs auszeichnen. Die höhere Porosität soll ein höheres Saugvermögen für Wasser und Öl bedingen, was zu einem verbesserten Reinigungsverhalten führt.
Die US 8187422 beschreibt nicht genau, wie die verwendeten Lyocell- Mikrofasern hergestellt werden. Sie deutet nur an, daß übliche Lyocell- Stapelfasern, wie sie z.B. auch für die Herstellung von Textilien eingesetzt werden, in einem Scheibenrefiner oder ähnlichem Aggregat in einem wässrigen Medium bei niedrigem Feststoffanteil fibrilliert werden können. Die gemäß der US 8187422 verwendeten Lyocell-Mikrofasern wurden in bereits fibrilliertem Zustand von einem Lieferant gekauft. Sie weisen einen Fibrillationsgrad von CSF < 175ml sowie einen Durchmesser von < 2μιη auf. 40% der Fasern sollen dabei eine Feinheit von feiner als 14mesh haben. Die in der US 8187422 offenbarten Einweg-Wischtücher enthalten zwischen 25 und 75% der auf diese Weise hergestellten Lyocell-Mikrofasern.
Die gemäß der US 8187422 eingesetzten Lyocellfasern fibrillieren zwar bei mechanischer Mahlbeanspruchung in einem wässrigen Medium. Allerdings ist der Aufwand, um gemäß der US 8187422 einen bestimmten Fibrillationsgrad zur erreichen, in Bezug auf Zeit und Energieeinsatz mit den derzeitigen Refiner-Technologien deutlich größer als beispielsweise für Zellstoff.
Aufgabe
Die Aufgabe bestand gegenüber diesem Stand der Technik darin, Fasern zur Verwendung in Wischtüchern zur Verfügung zu stellen, die zum einen kostengünstiger fibrilliert werden können und zum anderen in geringerem Mengenanteil in Wischtüchern noch die gleichen mechanischen
Eigenschaften der Wischtücher, wie beispielsweise hohe Festigkeit, ermöglichen.
Beschreibung der Erfindung
Die oben beschriebene Aufgabe konnte gelöst werden durch fibrillierte
Lyocellfasern, die dadurch gekennzeichnet sind, dass sie einen Fibrillationsquotienten Q von 20 oder größer aufweisen und ihr Gehalt an Mikrofasern mit einer Feinheit von kleiner 14 mesh und einem Durchmesser von kleiner 2 pm mindestens 50% beträgt. Um Missverständnisse zu vermeiden, soll hiermit klargestellt werden, daß der Begriff„fibrillierte
Lyocellfasern" im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung nicht eine Gesamtmenge völlig identischer Fasern bedeutet, sondern ein Gemisch von Fasern grundsätzlich gleicher Natur, wobei im Gemisch Fasern
unterschiedlicher Feinheit (gemessen in mesh) und unterschiedlichem
Durchmesser.
Der Fibrillationsquotient Q ist definiert als Q = 200 / tCSF2oo
Dabei ist tcsF2oo die Zeit (in min), die in der CSF-Prüfung benötigt werden, um einen CSF-Wert von 200 zu erreichen. Je größer Q ist, umso weniger Zeit wird also bei gleichbleibenden Fibrillierungsbedingungen benötigt, um den gleichen Fibrillationsgrad zu erreichen. Je nach Art der Ausgangsfasern und der erfindungsgemäßen Säurebehandlung kann ein Q-Wert von bis zu 400 erreicht werden.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Wischtuch, das Zellstoff und 5 bis 20 Gew.-% fibrillierte Lyocellfasern enthält und wobei die fibrillierten Lyocellfasern einen Fibrillationsquotienten Q von 20 oder größer aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Zellstoff ein
Papierzellstoff.
Die schnell fibrillierenden Lyocell-Fasern konnten überraschenderweise durch eine Säurebehandlung von herkömmlichen Lyocellfasern hergestellt werden. Diese Säurebehandlung kann erfindungsgemäß erfolgen, indem ein auf bekannte Weise nach dem Lyocell-Verfahren aus Spinndüsen extrudiertes Faserkabel mit einem Einzelfasertiter von beispielsweise zwischen 1 ,0 und 6,0 dtex mit verdünnter Mineralsäure, beispielsweise Salz-, Schwefel- oder Salpetersäure, mit einer Konzentration von beispielsweise zwischen 0,5 und 5 % bei Raumtemperatur in einem Behälter bei einem Flottenverhältnis von beispielsweise 1 :10 imprägniert und dann auf eine gewisse Restfeuchte von beispielsweise 200% abgepresst wird. Das imprägnierte Faserkabel wird anschließend mit Wasserdampf bei Überdruck in einer geeigneten
Vorrichtung beaufschlagt, danach säurefrei gewaschen und getrocknet.
Zur Ermittlung der Fibrillationsneigung wird das Faserkabel auf eine
Stapellänge von 5 mm geschnitten und der CSF-Prüfung (Canadian Standard Freeness gemäß TAPPI Standard T227 om-94) unterzogen.
Das Faserkabel wird zur Herstellung der erfindungsgemäßen Wischtücher in Stapelfasern geeigneter Schnittlänge, beispielsweise 4 bis 6 mm geschnitten. Die Fibrillierung kann dann in einem in der Papierindustrie gebräuchlichen Zerkleinerungsaggregat, beispielsweise einem Mahlaggregat, einem Refiner, einem Desintegrator oder einem Hydrapulper, stattfinden. Sie wird dort solange ausgeführt, bis der gewünschte Fibrillierungsgrad erreicht ist.
Der Effekt der Säurebehandlung und der dadurch bedingten Reduzierung des CSF kann durch Variieren der Behandlungsparameter beeinflusst werden. Bei längerer Behandlungsdauer im Überdruck-Dampf kann mit geringeren
Säurekonzentrationen der gleiche Effekt erzielt werden und umgekehrt.
Ebenso kann mit niedrigeren oder höheren Temperaturen der
Dampfbehandlung der CSF-Wert beeinflusst werden.
Dabei wird offenbar die Faserstruktur gezielt geschwächt und damit die Fibrillationsneigung erhöht.
Bei einer anschließenden CSF-Prüfung ist festzustellen, dass die Mahldauer, die benötigt wird, um einen CSF von 200ml zu erreichen, bei unbehandelten Lyocell-Fasern, je nach Zellstofftype und Produktionsparameter im Bereich von 12-16 Minuten beträgt (siehe Fig. 1). Dieses Vorgehen ist mit dem in US 8187422 vergleichbar. Die mit Säure behandelten Lyocell-Fasern benötigen bei gleicher Mahlungsart nur mehr ca. 3-4 Minuten bis zum Erreichen eines CSF von 200ml (Fig. 1). Zudem konnte festgestellt werden, dass sich durch die Säurevorbehandlung der Anteil an beim Mahlen gebildeten Mikrofasern mit <14 mesh und <2 pm Durchmesser deutlich auf über 50% erhöht. Dadurch ist es möglich, den Anteil an Lyocellfasern in einem Reinigungstuch auf deutlich < 25 Gew.-%, erfindungsgemäß sogar unter 20 Gew.% zu reduzieren und trotzdem die geforderten, beispielsweise in der US 8187422 beschriebenen Eigenschaftsprofile zu erhalten.
Die erfindungsgemäßen schnell fibrillierenden Lyocellfasern können erfindungsgemäß zur Herstellung verschiedenster Produkte wie
Wischtüchern, insbesondere Einweg-Wischtüchern, Papieren, insbesondere Filterpapieren und Papieren für technische Anwendungen wie Batterien, etc. eingesetzt werden. Diese und weitere Produkte sowie die dafür in Frage kommenden Herstellungsverfahren sind unter anderem in der WO 95/35399 beschrieben, auf die hiermit verwiesen wird und deren Offenbarung
vollinhaltlich in die vorliegende Patentanmeldung übernommen wird.
Insbesondere können erfindungsgemäße Wischtücher nach grundsätzlich bekannten Verfahren aus den erfindungsgemäßen Fasern und Zellstoff hergestellt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die
Verfestigung durch Wasservernadelung.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch die Verwendung der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Fasern zur Herstellung eines Wischtuchs, wobei das Wischtuch Zellstoff und 5 bis 20 Gew.-% fibrillierte Lyocellfasern enthält Der Zellstoff ist bevorzugt ein Papierzellstoff.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen beschrieben. Die Erfindung ist jedoch ausdrücklich nicht auf diese Beispiele beschränkt, sondern umfasst auch alle anderen Ausführungsformen, die auf dem gleichen erfinderischen Konzept beruhen.
Beispiele
Beispiel 1 : Säurebehandlung
Erfindungsgemäße schnell fibrillierende Lyocell-Fasern werden wie folgt hergestellt: Ein Lyocell-Faserstrang mit einem Einzelfasertiter von 1 ,7dtex wird mit verdünnter Schwefelsäure bei Raumtemperatur und einem
Flottenverhältnis von 1 :10 imprägniert und auf ca. 200% Feuchte abgepresst. Der imprägnierte Faserstrang wird in einem Labordämpfer für ca. 10min mit Wasserdampf unter Druck beaufschlagt, anschließend mit Wasser säurefrei gewaschen und getrocknet. Der trockene Faserstrang wird auf 5mm
Stapellänge geschnitten und der CSF Prüfung unterzogen.
Beispiel 2: Vergleich der Fibrillationsdynamik
Die Fibrillationsneigung wird mittels einer CSF (Canadian Standard of Freeness) Prüfung gemäß TAPPI Standard T227 om-94 gemessen und der Fibrillationsquotient Q ermittelt. Verglichen wurden:
A. handelsübliche unbehandelte 1 ,7 dtex/6mm Lyocell-Fasern,
kommerziell erhältlich als Tencel® von der Lenzing AG („Tencel®- Standard")
B. Gemäß Beispiel 1 säurebehandelte Fasern („ Tencel® schnell fibrillierend")
Fig. 1 zeigt die Abnahme des CSF-Wertes mit zunehmender
Zerkleinerungszeit in der Meßvorrichtung. Es läßt sich gut erkennen, daß die säurebehandelten Fasern deutlich schneller fibrillieren als die unbehandelten. Dies bedeutet für die Praxis der kommerziellen Herstellung fibrillierter
Lyocellfasern einen erheblich geringeren Zeit- und Energieaufwand als bei Verwendung unbehandelter Lyocellfasern.
Tab. 1 zeigt die für die verschiedenen Proben ermittelten tcsF2oo-Werte und die daraus errechneten Q-Werte.
Tab. 1 :
Figure imgf000007_0001
Beispiel 3: Vergleich der Eignung für Nasslegeverfahren
Verglichen wurden die gleichen Faserproben wie in Beispiel 1 :
Jeweils 1 %ige wässrige Fasersuspensionen beider Faserproben A und B wurden in einem Laborrefiner vom Typ Andritz R1 L bei einer Leistung von 500W vermählen, wobei sowohl der Energieverbrauch in kWh/to als auch die Dauer zur Erreichung eines Mahlgrades von CSF 200 (Canadian Standard of Freeness-Prüfung gemäß TAPPI Standard T227 om-94) ermittelt wurden. Die fibrillierende Lyocellfaser konnte im Vergleich zur Standard-Lyocellfaser in nur 50 % der Vermahlungsdauer mit weniger als 80% des Energieverbrauchs verarbeitet werden (siehe Tab. 2).
Tab. 2:
Figure imgf000008_0001
Von 2000 ml dieser wurden in einem Blattbildner vom Typ Rapith Kothen Versuchsblätter hergestellt und REM-Aufnahmen dieser Versuchsblätter gemacht. Fig. 2 zeigt eine REM-Aufnahme des Blattes aus der Suspension von Probe B.

Claims

Patentansprüche
1. Wischtuch, das Zellstoff und 5 bis 20 Gew.-% fibrillierte Lyocellfasern enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die fibrillierten Lyocellfasern einen Fibrillationsquotienten Q von 20 oder größer aufweisen.
2. Wischtuch gemäß Anspruch 1 , wobei der Zellstoff ein Papierzellstoff ist.
3. Fibrillierte Lyocellfasern, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Fibrillationsquotienten Q von 20 oder größer aufweisen und ihr Gehalt an Mikrofasem mit einer Feinheit von kleiner 14 mesh und einem Durchmesser von kleiner 2 pm mindestens 50% beträgt.
4. Verwendung der Fasern nach Anspruch 3 zur Herstellung eines Wischtuchs, dadurch gekennzeichnet, dass das Wischtuch Zellstoff und 5 bis 20 Gew.-% fibrillierte Lyocellfasern enthält.
5. Verwendung gemäß Anspruch 4, wobei der Zellstoff ein Papierzellstoff ist.
6. Verwendung der fibrillierten Lyocellfasern nach Anspruch 3 in Nasslegeverfahren.
7. Verwendung nach Anspruch 6 in Mischung der fibrillierten Lyocellfasern mit Papierzellstoff mit einem Lyocellfaser-Anteil zwischen 5 - 20 Gew.%.
PCT/AT2015/000082 2014-10-29 2015-05-29 Schnell fibrillierende lyocellfasern und deren verwendung WO2016065377A1 (de)

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