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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausrüstung von
aus Lösungsmittel
gesponnenen Cellulosefasern (Lyocell-Fasern) mit dem Ziel, deren
Verhalten gegenüber
ultravioletten Strahlen zu verbessern sowie deren Fibrillierneigung
zu verringern.
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[Stand der Technik]
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Auf
Grund der sich verändernden
Bedingungen in der Atmosphäre
spielt der Schutz vor Ultravioletter Strahlung eine zunehmende Rolle.
Dies gilt zum einen für
den Menschen, der in steigendem Maße einer starken Strahlenbelastung
ausgesetzt ist, zum anderen aber auch für den Schutz der Textilen vor
Faserschädigungen
und Farbveränderungen.
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Die
Lyocell-Fasern sind für
verschiedenste Anwendungen im Bekleidungssektor geeignet. Aus diesem Grund
bietet es sich an, dem neuen innovativen Fasermaterial zusätzlich zu
den anderen Vorteilen auch UV-Schutz zu verleihen.
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Lyocell-Fasern
weisen hohe Festigkeits- und Modulwerte im trockenen und auch im
nassen Zustand auf. Weitere Vorteile sind eine gute Anfärbbarkeit
und die der Viskose-Faser analoge Tragephysiologie. Für den Kunden
zeichnen sich Textilien aus dem neuen Faserstoff durch einen angenehmen
Griff und ein neuartiges Oberflächenbild
aus.
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Eine
Besonderheit der lösungsgesponnenen
Cellulose-Fasern ist deren geringe Naßscheuerbeständigkeit
bzw. deren hohe Naßfibrillierung.
Diese Eigenschaft läßt sich
zur Erzielung besonderer Oberflächeneffekte
oder bei der Vliesherstellung positiv verwerten, steht aber einer
umfassenden Markteinführung
im Wege, da sie sich bei Veredlungsprozessen und auch im Gebrauch
störend
auswirkt.
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Fibrilliererscheinungen
sind gekennzeichnet durch eine örtlich
begrenzte Abspaltung von Fibrillen entlang der Faseroberfläche bei
mechanischer Beanspruchung im feuchten Zu stand. Das schlechte Naßscheuerverhalten
bei Lyocell ist auf die vergleichsweise nur schwach ausgebildeten
Wechselwirkungen zwischen den kristallinen Faserbereichen zurückführen.
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Bekannt
ist, daß Vernetzungsreaktionen
eine Möglichkeit
zur Verbesserung des Naßscheuerverhaltens
bieten. Trockenvernetzungs-Prozesse wie in den Erfindungen WO 94/20656
und WO 95/30043 sind weniger geeignet, da alle Vernetzungen in der
trockenen Faser zur Verschlechterung wichtiger Faserparameter sowie
der Tragephysiologie führen.
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Interessanter
sind Produkte, die sich über
den Mechanismus der Naßvernetzung
mit der Cellulosefaser umsetzen. Zur Vernetzungen an der gequollenen
Faser liegen inzwischen einige Ergebnisse vor, z.B. Textile Research
Journal 66,575-580(1996);
Textilveredlung 31, 96-100 und 191-194(1996) u.v.a. Bei diesen Arbeiten
zeigte sich, daß vorrangig
Substanzen, die zwei oder mehr Bindungen mit Cellulose eingehen
können, geeignet
sind, wobei es sich auch um nicht-kovalente Bindungen handeln kann.
Die Wirkung auf die Naßscheuerung
hängt – neben
den Applikationsbedingungen – in
starkem Maße
von der Struktur der jeweiligen Substanz ab. Die Ausrüstung mit
bifunktionellen Reaktivfarbstoffen ist im weiteren Sinn ebenfalls
ein Naßvernetzungsprozeß. Hier
zeigt sich ganz besonders, daß trotz
gleicher Art und Anzahl von Ankergruppen oft ein völlig unterschiedliches
Naßscheuerverhalten
resultieren kann. Somit reagieren die Substanzen auf Grund ihrer
Größe, ihrer
inneren Beweglichkeit oder der Anordnung der reaktiven Gruppen (Platz
im Molekül
und Abstand voneinander) innerhalb der Faser unterschiedlich.
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In
EP 0785304 A3 und
US 5310424 werden Naßvernetzungsprozesse
zur Verbesserung des Naßscheuerverhaltens
angeführt.
Darunter fallen auch Beispiele zur Färbung mit polyfunktionellen
Reaktivfarbstoffen. Nachteil mit polyfunktionellen Reaktivfarbstoffen
ist die Tatsache, daß ihre
Applikation notwendi gerweise mit der Färbung der Faser verbunden ist.
Außerdem
sind nur sehr wenige Farbstoffe in der Lage, überhaupt eine ausreichende
Naßscheuerbeständigkeit
zu erzielen, und dies auch nur bei hohen Farbstoffkonzentrationen – das Textil
ist dann tief gefärbt.
Ein Schutz vor UV-Strahlen ist nicht oder nur im untergeordneten
Maße gegeben.
Verläßt man die
aus der Farbstoffchemie bekannten Bindeglieder zwischen den Cellulose-reaktiven Gruppen,
so tritt das Problem mangelnder Affinität auf. Eine Applikation über die
Ausziehverfahren bringt dann nur unbefriedigende Resultate.
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In
EP 0538977 B1 wird
ebenfalls mittels polyfunktioneller Substanzen das Naßscheuerverhalten
von Lyocellfasern verbessert, allerdings nur über Behandlungen der getrockneten
Faser. Dies erfordert beim Veredler zusätzliche Arbeitsgänge. Über die
Veränderung
der Fasereigenschaften werden keine Aussagen getroffen, eine zusätzliche
bzw. gleichzeitige Schutzfunktion gegen Ultraviolette Strahlung
tritt mit den dort genannten Produkten ebenfalls nicht ein.
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In
Patent WO 99/19555 werden Substanzen vorgestellt, die die Fibrillierung
von Lyocell-Fasern zurückdrängen und
der Faser gleichzeitig UV-Absorptions-Eigenschaften verleihen. Nachteilig
ist, daß die
dort genannten Substanzen nur über
einen Dichlortriazin-Anker verfügen.
Theoretisch könnte
zwar die Dichlortriazin-Gruppe wegen der beiden reaktiven Zentren
vermutlich bifunktionell reagieren und so zumindest partiell Verknüpfungen
von Celluloseketten bewirken. Einen Effekt wie mit Substanzen, die
zwei oder mehr Ankergruppen aufweisen, ist hier jedoch nicht zu
erwarten.
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DE 197 20 683 A1 beschreibt
die Verwendung von triazinhaltigen Verbindungen als UV-Absorber,
insbesondere zur photochemischen Stabilisierung und zur Verbesserung
des Sonnenschutzfaktors von polyamid- bzw. cellulosehaltigen Textilmaterialien,
wobei die fertigen Gewebe mit den Verbindungen behandelt werden. Die
Verbindungen gelangen also auf Fasern, die im Verlauf ihrer vorausgehenden
Verarbeitung bereits mindestens einmal getrocknet wurden.
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EP 850 934 A1 beschriebt
ebenfalls die Verwendung von triazinhaltigen Verbindungen zur Verbesserung
des Sonnenschutzfaktors sowie zusätzlich des Weißgrades
von Textilmaterialien, beispielsweise Geweben aus Baumwolle, Wolle,
Polyamid, Polyester, Polyacryl, Seide oder Mischungen daraus. Diese
Materialen zeigen keine Fibrillierneigung.
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EP 950 750 A1 beschreibt
die Verwendugn von triazinhaltigen Verbindungen zur Verringerung
der Fibrillierneigung bei Geweben aus Lyocell-Cellulosefasern.
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[Aufgabe der Erfindung]
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Ziel
der Erfindung ist ein Verfahren, Textilien aus lösungsgesponnenen Cellulosefasern
eine dauerhafte Schutzfunktion gegen Ultraviolette Strahlung zu
verleihen sowie gleichzeitig deren Fibrillierneigung zu verringern,
ohne daß sich
die anderen Eigenschaften oder die Eigenfärbung der Faser verändern.
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Diese
Aufgabe wurde erfinderisch dadurch gelöst, daß die Fasern über einen
Naßvernetzungsprozeß mit Verbindungen,
die zwei oder mehr Cellulose-reaktive Ankergruppen sowie einen UV-absorbierenden
Teil enthalten, behandelt werden.
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Für die Kombination
von UV-Sorption und Verringerung der Fibrillierneigung wurden erfindungsgemäß die folgenden
Strukturen ermittelt:
- – Stilbenderivate, die neben
dem UV-Schutz auch noch eine Aufhellung des Textils durch Fluoresenz
bewirken (z.B. Verbindung I) Verbindung
I
- – Verbindungen
nach II oder deren Derivate Verbindung
II
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An
diesen Substanzen sind mindestens zwei Ankergruppen enthalten. Da
die Vernetzung von Cellulosefasern im trockenen Zustand zu erheblicher
Verschlechterung anderer wichtiger Parameter führt, sind vor allem die Anker-Gruppen
von Interesse, mit denen man eine Cellulosevernetzung im gequollenen
Zustand hervorrufen kann. Es handelt sich dabei um Anker-Gruppen, die sich über
- 1. eine nucleophile Substitution oder
- 2. einen Eliminierungs-Additionsmechanismus
mit den
alkalisch aktivierten Hydroxylgruppen der Cellulose umsetzen können. Beispiele
für die
Gruppe 1 sind Strukturen, die Monochlortriazin-, Dichlortriazin-,
Fluortriazin-, Difluortriazin-, Dichlorpyrimidin-, Trichlorpyrimidin-,
Dichlorfluorpyrimidin- oder Dichlorchinoxalin-Strukturen, enthalten.
Für die
Gruppe 2 stehen Verbindungen mit Vinylsulfon- oder deren Vorläufer Sulfatoethylsulfonyl-Gruppen.
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Verbindungen
mit diesen oder ähnlichen
Strukturen lassen sich im alkalischen Zustand mit Cellulose reaktiv
umsetzen. Vor teilhaft sind Foulardverfahren, weil dabei die Affinität der Substanzen
nicht die entscheidende Rolle spielt.
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Zur
Verbesserung der Löslichkeit
kann das Brückenglied
mit löslichkeitsverbessernden
Gruppen, z.B. Sulfonsäuregruppen,
substituiert sein.
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Da
Naßvernetzungsprozesse
nur den gequollenen Faserzustand stabilisieren, verändern sich
die Fasereigenschaften wenig. Umsetzungen mit den genannten Verbindungen
lassen sich als Naßvernetzung
an der gequollenen Faser bei niedriger Temperatur und unter alkalischen
Bedingungen, wie sie in der Textilveredlung typisch sind, vornehmen.
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Verbessert
man das Naßscheuerverhalten
mit den Substanzen, die Gegenstand der Erfindung sind, so ergeben
sich die bereits angedeuteten Vorteile:
- – über die
ausgewählten
Substanzen erhält
man am Textil für
den Menschen einen ausreichenden Schutz gegen die Ultraviolette
Strahlung der Sonne
- – die
ausgewählten
Substanzen bewirken einen gewissen Schutz der Cellulosefaser gegen
Ultraviolette Strahlung
- – die
ausgewählten
Substanzen verleihen der Faser einen höheren Weißgrad
- – bei
künstlicher
UV-Strahlung, wie sie beispielsweise in Diskotheken auftritt, fluoreszieren
die ausgerüsteten
Textilien
- – die
Faser ist durch die Applikation der Substanz gegen Beanspruchungen,
wie sie in der Textilveredlung und im Gebrauch auftreten, geschützt
- – die
Faserparameter bleiben nach der Vernetzung weitgehend erhalten
- – die
Vernetzersubstanzen können
auf die spinnfeuchte, noch niemals getrocknete, Faser aufgebracht
werden.
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Die
nachfolgenden Beispiele enthalten prinzipielle Möglichkeiten der Applikation
von Vernetzern mit mehreren Vinylsulfongruppen.
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[Beispiele]
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Die
nachfolgenden Beispiele enthalten prinzipielle Möglichkeiten der Applikation
von Vernetzern mit mehreren Vinylsulfongruppen.
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Beispiel 1 Behandlung
mit der Verbindung I
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Wäsche:
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Die
Fasern wurden zunächst
in einem Färbegerät 30 min
bei 80°C
mit einer Lösung
von 1 g/l Trinatriumphosphat und 1 g/l nichtionischem Tensid in
deionisiertem Wasser bei einem Flottenverhältnis von 1:30 gewaschen, dann
gründlich
mit warmen und kaltem fließenden
Wasser abgespült
und abschließend
10 min bei 60°C
mit reinem deionisiertem Wasser bei gleichem Flottenverhältnis im
Färbegerät gespült. Die
Trocknung der Fasern erfolgte 60 min bei 80°C im Vakuumtrockenschrank. Die
Fasern wurden bis zur Weiterbehandlung in Exsikkatoren über Kieselgel
gelagert.
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Behandlung:
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Zunächst wurde
die Verbindung I in einer Konzentration von 10 g/l in Wasser gelöst. Die
Herstellung der Klotzflotte erfolgte erst unmittelbar vor der Behandlung
aus den entsprechenden Mengen
- – der Lösung des
Vernetzers
- – einer
2%igen Natronlauge
im Becherglas. Nach Kontrolle des pH-Wertes
wurden 1,00 g Lyocell-Faser (Trockenmasse) in die Flotte getaucht
und 30 s mit dem Glasstab gerührt.
Dann wurde die Faser herausgenommen und am Laborfoulard 3 mal bei
3 bar abgedrückt.
Die Flottenaufnahme der Faser betrug nach dem Abquetschen 90%. Danach
lagerte die Faser luftdicht in einer Plastetüte eingeschlossen.
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Nachbehandlung:
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Nach
der vorgegebenen Lagerzeit erfolgte die Nachbehandlung, ebenfalls
im Färbegerät, bei einem Flottenverhältnis von
1:50 in verschiedenen Flotten:
- – 15 min
bei 50°C
in 50 ml deionisiertem Wasser
- – 15
min bei 30°C
in 50 ml leicht verdünnter
Schwefelsäure
zum Neutralisieren (der pH-Wert der Flotte betrug nach der Behandlung
pH 6...8)
- – 15
min bei 60°C
in 50 ml deionisiertem Wasser
- – 15
min bei 30°C
in 50 ml deionisiertem Wasser
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Nach
den jeweiligen einzelnen Nachbehandlungsprozeduren wurden die Fasern
aus den Bechern entnommen, über
den Bechern ausgedrückt
und dem nächsten
Nachbehandlungsschritt zugeführt.
Abschließend wurden
die Fasern 60 min bei 105°C
getrocknet.
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Die
Lyocell-Fasern wiesen eine Naßscheueranzahl
von 138 bei weitgehend unveränderter
Reißfestigkeit,
Reißdehnung
und Schlingenfestigkeit auf. Die Absorption für Ultraviolette Strahlung war
deutlich verbessert. Der Weißgrad
nach CIE erhöhte
sich von 75 auf 90.
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Beispiel 2 Behandlung
mit der Verbindung II
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Wäsche:
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Die
Faserwäsche
erfolgte wie bei Beispiel 1.
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Behandlung:
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Die
gewaschenen Fasern wurden analog der Verfahrensweise in Beispiel
1 mit der Verbindung II behandelt.
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Die
Nachbehandlung erfolgte wie bei Beispiel 1.
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An
den derart ausgerüsteten
Lyocell-Fasern war eine Naßscheueranzahl
von 212 zu beobachten. Reißfestigkeiten,
Reißdehnung
und Schlingenfestigkeit der Faser blieben weitgehend erhalten. Der
Weißgrad steigt
von 75 auf 85.