DE10013966B4

DE10013966B4 - Verfahren zur Erhöhung des UV-Absorptionsvermögens und zur Verringerung der Fibrillierneigung von Lyocell-Fasern

Info

Publication number: DE10013966B4
Application number: DE2000113966
Authority: DE
Inventors: Axel Dr. Nechwatal; Klaus-Peter Dr. Mieck; Monika Nicolai; Ralf Dr. Bauer; Dietmar Haubold
Original assignee: ZiAG Plant Engineering GmbH
Current assignee: LL Plant Engineering AG
Priority date: 2000-03-21
Filing date: 2000-03-21
Publication date: 2005-07-28
Anticipated expiration: 2020-03-22
Also published as: DE10013966A1

Abstract

Verfahren zur Erhöhung des UV-Absorptionsvermögens und Verringerung der Fibrillierneigung von Lyocell-Fasern, gekennzeichnet dadurch, daß die Fasern in einem alkalischen Naßvernetzungsprozeß mit einer der Verbindungen der allgemeinen Formeln des Typs I bis II behandelt werden, wobei spinnfeuchte, noch nie getrocknete Lyocell-Fasern behandelt werden und wobei die
Formel der Verbindung I,

in der R₁, R₂, R₃, R₄ unabhängig voneinander jeweils bedeuten können;
– R₁ bis R₄ sind Chlor oder Fluor
– R₁ und R₃ sind Chlor oder Fluor und R₂ und R₄ bedeuten Wasserstoff ist
und die Formel der Verbindung II,

worin Y -CH₂-CH₂-SO₃Na oder -CH=CH₂ und R₁ Chlor oder Fluor sind, ist.

Description

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.
[Stand der Technik]
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
EP 950 750 A1 beschreibt die Verwendugn von triazinhaltigen Verbindungen zur Verringerung der Fibrillierneigung bei Geweben aus Lyocell-Cellulosefasern.
[Aufgabe der Erfindung]
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.
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.
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

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

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.
Zur Verbesserung der Löslichkeit kann das Brückenglied mit löslichkeitsverbessernden Gruppen, z.B. Sulfonsäuregruppen, substituiert sein.
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.
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.

Die nachfolgenden Beispiele enthalten prinzipielle Möglichkeiten der Applikation von Vernetzern mit mehreren Vinylsulfongruppen.
[Beispiele]
Die nachfolgenden Beispiele enthalten prinzipielle Möglichkeiten der Applikation von Vernetzern mit mehreren Vinylsulfongruppen.
Beispiel 1 Behandlung mit der Verbindung I
Wäsche:
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.
Behandlung:
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

Nachbehandlung:
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

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.
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.
Beispiel 2 Behandlung mit der Verbindung II
Wäsche:
Die Faserwäsche erfolgte wie bei Beispiel 1.
Behandlung:
Die gewaschenen Fasern wurden analog der Verfahrensweise in Beispiel 1 mit der Verbindung II behandelt.
Die Nachbehandlung erfolgte wie bei Beispiel 1.
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.

Claims

Verfahren zur Erhöhung des UV-Absorptionsvermögens und Verringerung der Fibrillierneigung von Lyocell-Fasern, gekennzeichnet dadurch, daß die Fasern in einem alkalischen Naßvernetzungsprozeß mit einer der Verbindungen der allgemeinen Formeln des Typs I bis II behandelt werden, wobei spinnfeuchte, noch nie getrocknete Lyocell-Fasern behandelt werden und wobei die Formel der Verbindung I,
in der R₁, R₂, R₃, R₄ unabhängig voneinander jeweils bedeuten können; – R₁ bis R₄ sind Chlor oder Fluor – R₁ und R₃ sind Chlor oder Fluor und R₂ und R₄ bedeuten Wasserstoff ist und die Formel der Verbindung II,
worin Y -CH₂-CH₂-SO₃Na oder -CH=CH₂ und R₁ Chlor oder Fluor sind, ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen I bis II eine oder mehrere Sulfonsäuregruppen enthalten.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen aus einer wäßrigen, alkalisch eingestellten Flotte mit einem pH-Wert zwischen 10 – 13 auf die Faser appliziert werden.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß 0,5 % bis 15% der Verbindung bezogen auf das Fasergewicht auf die Faser appliziert werden.