DE4321016A1 - Carboxymethyliertes Guargalaktomannan als Schlichtemittel - Google Patents
Carboxymethyliertes Guargalaktomannan als SchlichtemittelInfo
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Description
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung von Alkalisalzen
des Carboxymethylguargalaktomannans mit Substitutionsgraden unter 0,15 als
Schlichtemittel sowie ein Verfahren zum Schlichten von natürlichen und/
oder synthetischen Garnen unter Einsatz dieser Verbindungen.
Im Webprozeß werden Schlichtemittel bekanntlich eingesetzt, um dem Kettfa
den genügend Festigkeit zu verleihen und andererseits abstehende Fäserchen
an den Garnkörper anzukleben beziehungsweise bei Filamentgarnen, um die
einzelnen Filamente miteinander zu verkleben. Damit wird die Beanspruch
barkeit des Kettfadens beim Weben erhöht. Altbekannte Schlichtemittel sind
native oder modifizierte Stärken, Carboxymethylcelullosen, Polyvinylalko
hole und Polyacrylate. Meist müssen die Schlichtemittel nach dem Webprozeß
wieder von dem Gewebe entfernt werden, da sie sonst die nachfolgenden Aus
rüstungsprozesse stören würden. Eine Möglichkeit der Entfernung der
Schlichtemittel ist ein einfaches Auswaschen mit Wasser, was voraussetzt,
daß die Schlichtemittel wasserauswaschbar sind. Derartige wasserauswasch
bare Schlichtemittel sind insbesondere carboxymethylsubstituierte Stärken,
Carboxymethylcellulosen, Polyvinylalkohole und Polyacrylate. Bis auf die
carboxymethylsubstituierten Stärken zeigen die anderen Schlichtemittel
jedoch nur mangelhafte biologische Abbaubarkeit. Die carboxymethylierten
Stärken sind zwar gut biologisch abbaubar, lassen aber in ihrer Schlichte
wirkung zu wünschen übrig, weshalb sie in hohen Mengen eingesetzt werden
müssen, wodurch der Vorteil der guten biologischen Abbaubarkeit zum Teil
wieder kompensiert wird.
Die mangelhafte biologische Abbaubarkeit der anderen Schlichtemittel ist
deshalb besonders nachteilig, da Schlichtemittel den Hauptanteil an der
durch die Textilindustrie verursachten Abwasserverschmutzung ausmachen. So
geht man davon aus, daß die Schlichtemittel bis zu 80% der textilen Ab
wasserbelastung verursachen. Es hat daher nicht an Versuchen gefehlt,
Schlichtemittel mit hoher Effizienz und guter Wasserauswaschbarkeit zur
Verfügung zu stellen, die eine verbesserte biologische Abbaubarkeit auf
weisen.
In Melliand Textilberichte 8/1983, 526-529 werden beispielsweise unter
schiedliche Galaktomannane unter anderem auch Guargalaktomannane als
Schlichtemittel beschrieben. In diesem Artikel werden die Vorteile und
Nachteile der Galaktomannanschlichte als auch ihre gute biologische Abbau
barkeit erwähnt. Als Beispiele für Galaktomannanschlichten werden solche
des Guargalaktomannans, Tamarindenkernmehls und des Johannisbrotkernmehls
(Carubin) aufgeführt. Nun wird aber in dem vorliegenden Artikel behauptet,
daß Guargalaktomannanschlichten aufgrund mangelhafter Klebkraft keine ver
nünftige Alternative zu den bislang verwendeten Schlichten sind. Zum ande
ren werden in dem Artikel nicht die Carboxymethylderivate des Guargalakto
mannans genannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, biologisch besser abbau
bare Schlichtemittel zur Verfügung zu stellen, die wasserauswaschbar sind,
und die zudem zumindest in ihrer Schlichtewirkung vergleichbar oder sogar
besser sind als die bislang verwendeten Schlichtemittel wie Carboxymethyl
cellulose.
Überraschenderweise wurde gefunden, daß die Aufgabe gelöst werden kann,
wenn man Alkalisalze des Carboxymethylguargalaktomannans mit Substituti
onsgraden unter 0,15 als Schlichtemittel verwendet.
Eigene Untersuchungen haben nämlich gezeigt, daß spezielle Guargalaktoman
nanderivate, und zwar die Alkalisalze von carboxymethyliertem Guargalakto
mannan dann eine gute Klebkraft und eine gute biologische Abbaubarkeit
aufweisen, wenn sie einen niedrigen Substitutionsgrad besitzen.
Ein Gegenstand der vorliegenden -Erfindung ist daher die Verwendung von
Alkalisalzen des Carboxymethylguargalaktomannans mit Substitutionsgraden
unter 0,15 als Schlichtemittel zum Schlichten von natürlichen und/oder
synthetischen Garnen.
Im Sinne der Erfindung werden die Begriffe carboxymethyliertes Guargalak
tomannan und Carboxymethylguargalaktomannan synonym gebraucht.
Guargalaktomannanprodukte werden aus dem Endosperm von Guarsaat herge
stellt. Native Guarprodukte bestehen aus Galaktomannanen mit kleinen Men
gen von Protein, Faser und Fett sowie sehr geringen Mengen von Alkali- und
Erdalkalimetallen, Eisen und einigen Spurenelementen. Die chemische Struk
tur der Galaktomannane in Guargalaktomannan wird als eine lineare Mannose
kette beschrieben, wobei die Mannoseeinheiten durch (1 → 4)-β-glyco
sidische Bindungen miteinander kondensiert sind, und jede zweite Mannose
einheit durch Substitution des Wasserstoffs der primären Hydroxylgruppe
eine Galaktoseeinheit trägt. Das Galaktosemolekül ist durch eine (1 → 6)
-α-glycosidische Bindung mit der Mannanhauptkette verbunden. Die beiden
Zuckerbausteine besitzen Hydroxylgruppen in der Cis-Position, im Gegensatz
zu Glukose, dem Monomer der Cellulose und der Stärke, das alle Hydroxyl
gruppen in der Trans-Position haben. Die Cis-Hydroxylgruppen und die ge
streckte starre Struktur des Galaktomannans sind der Grund für viele ein
malige Eigenschaften von Guargalaktomannan und seinen Derivaten. Guarga
laktomannan läßt sich wie andere Polysaccharide modifizieren. Eine Art der
Modifizierung ist die Carboxymethylierung, wobei anionische Guargalakto
mannanderivate entstehen. Die Carboxymethylierung kann analog den amerika
nischen Patentschriften US 2 520 161 und US 2 477 544 durch Umsetzung des
Guargalaktomannans mit einer kalten wäßrigen Lösung von Alkalihydroxiden
und anschließendem Behandeln der Alkaliderivate des Guargalaktomannans mit
einer halogenierten Fettsäure oder deren Salz erfolgen. Man kann auch mit
anderen Carbonsäuren oder deren Salze wie mit Glykolsäure oder mit Natri
umglykolat carboxmethylieren. Je nach Einsatzmenge der Reaktanten bzw.
Reaktionszeiten und -bedingungen werden unterschiedliche Substitutionsgra
de des Guargalaktomannans erhalten. Maximal möglich ist ein Substituti
onsgrad von 3. Im Sinne der Erfindung werden besonders solche Alkalisalze
des Carboxylmethylguars bevorzugt, die Substitutionsgrade von 0,05 bis
0,15 aufweisen.
Gemäß der deutschen Patentschrift DE 37 09 698 wurde carboxymethyliertes
Guargalaktomannan mit Substitutionsgraden von 0,22 in Mischung von Hy
droxyalkylguargalaktomannan und Hydroxyalkylcassiagalaktomannan als
Schlichtemittel verwendet. Gemäß vorliegender Anmeldung sollen aber Alka
lisalze von carboxymethylierten Guargalaktomannan mit niederen Substitu
tionsgraden verwendet werden, da eigene Versuche gezeigt haben, daß bei
ihnen die Klebkraft bedeutend besser und auch die biologische Abbaubarkeit
überlegen ist.
Guargalaktomannanprodukte zeigen Molekulargewichte, die im Bereich von 0,5
bis 11 · 10⁶ liegen. Sofern eine Modifizierung wie die Carboxymethylierung
erfolgt, werden in der Regel gleichzeitig die Guargalaktomannanprodukte
depolymerisiert. Da die Molekulargewichtsbestimmung von solchen Polymeren
Schwierigkeiten in der Praxis verursachen kann, ist man dazu übergegangen,
anstelle des Molekulargewichtes die mit diesem zusammenhängende Viskosität
anzugeben. Einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entsprechend
werden Alkalisalze von oxidativ abgebautem Carboxymethylguargalaktomannan
verwendet, die als 4 gew.-%ige wäßrige Lösung eine Viskosität nach Höppler
bei 20°C zwischen 10 und 3000 mPas, vorzugsweise zwischen 20 und 500
mPas, aufweisen.
Bedingt durch die Herstellweise gemäß den schon zitierten beiden amerika
nischen Patenten können die Alkalisalze des Carboxymethylguargalaktoman
nans Alkalihalogenide als Verunreinigungen enthalten. Bevorzugt im Sinne
der Erfindung werden daher Alkalisalze des Carboxymethylguargalaktomannans
verwendet, die Alkalihalogenid-Verunreinigungen unter 10 Gew.-%, vorzugs
weise unter 5 Gew.-%, aufweisen. Eine Reduktion der Verunreinigungen an
Alkalihalogeniden kann auf an und für sich bekannte Weise erfolgen, bei
spielsweise durch Auswaschen mit einem Methanol/Wasser-Gemisch. Eine wei
tere Verunreinigung, die nach den obigen Herstellverfahren auftreten kön
nen, sind die Salze der Glykolsäuren, die ebenfalls beispielsweise durch
Waschen mit einem Methanol/Wasser-Gemisch entfernt werden können.
Besonders bevorzugt werden von den Alkalisalzen der Carboxymethylguarga
laktomannane das entsprechende Natriumsalz.
Im Sinne der Erfindung können die Alkalisalze des carboxymethylierten
Guargalaktomannans alleine oder in beliebiger Abmischung mit üblichen
Schlichtemitteln, vorzugsweise mit den Stärkederivaten, Polyvinylalkoholen
und Polyacrylaten, verwendet werden. Die Mischungsverhältnisse werden je
nach gewünschten Schlichteeigenschaften gewählt und liegen dabei in den
für den Fachmann üblichen Mengen.
Die Alkalisalze des Carboxymethylguargalaktomannans können auf allen Web
maschinen als auch auf allen Schlichtemaschinen wie Schützen-, Greifer-
und Luftdüsen-Webmaschinen verwendet werden. Die Garne können im Sinne der
Erfindung sowohl Stapelfasergarne als auch Endlosgarne sein. Dabei können
die Garne natürlichen Ursprungs sein, beispielsweise aus Baumwolle oder
Regeneratcellulose, und/oder synthetischen Ursprungs wie Celluloseacetat,
Polyester, Polyacrylnitril und Polyamid. Besonders gute Ergebnisse werden
erzielt für Baumwolle und Regeneratcellulose sowie deren Mischungen mit
Polyester.
Die Schlichteauflage an Alkalisalzen des Carboxymethylguargalaktomannans
mit Substitutionsgraden unter 0,15 alleine oder in Mischung mit den üb
lichen Schlichtemitteln liegen in dem Bereich von 1 bis 25 Gew.-% - bezogen
auf Trockengewicht des Garns -. Die Einsatzmenge an Alkalisalzen des car
boxymethylierten Guargalaktomannans liegt damit in dem Bereich von ca. 1/3
bis an die Hälfte von 100 Teilen Stärkeschlichte und bei letzterem damit
in dem Bereich der bekannten synthetischen Schlichten.
Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Alkalisalze des Carboxymethylguarga
laktomannans ergibt sich eine ausgezeichnete Schlichtewirkung. Des weite
ren zeigen die Alkalisalze des Carboxymethylguargalaktomannans eine her
vorragende biologische Abbaubarkeit, die bei diesen niedrigen Substitu
tionsgraden noch wesentlich besser ist als bei nur geringfügig höher sub
stituierten Guargalaktomannanen. Des weiteren lösen sich Alkalisalze des
Carboxymethylguargalaktomannans im Wasser schnell und klumpenfrei, zeigen
keine Hautbildungserscheinungen, schäumen in der Flotte nicht und sind mit
Wasser auswaschbar.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum
Schlichten von natürlichen und/oder synthetischen Garnen in bekannter Wei
se mit Alkalisalzen des Carboxymethylguargalaktomannans, das dadurch ge
kennzeichnet ist, daß Alkalisalze des Carboxymethylguargalaktomannans mit
Substitutionsgraden unter 0,15 eingesetzt werden. Der Auftrag des Alkali
salzes des Carboxymethylguargalaktomannans erfolgt wie für Schlichtemittel
üblich als wäßrige Lösung mit Produktkonzentrationen von 10 bis 150 g/l in
den üblichen Schlichtemaschinen.
Die Viskosität wurde nach Höppler gemäß DIN 53015 bestimmt. Getestet die
obigen Natriumsalze des Carboxymethylguargalaktomannans, beispielsweise
gemäß US 2 477 544 oder US 2 520 161 herstellbar.
Zur Bestimmung des Schlichteeffekts wurde ein Scheuertester verwendet, der
vom Faserinstitut TNO, Delft/NL entwickelt wurde.
Bei diesem Scheuertester wurden 30 Einzelfäden so eingespannt, daß sie
einer kombinierten Beanspruchung aus Faden-Faden- und Faden-Metallreibung
unterliegen. Die Umlenkstifte waren auf einer Leiste montiert, die von
einem Motor auf- und abbewegt wurde. Ein Anhängegewicht von 50 g sorgte
für Zugbeanspruchung. Nach Scheuerung bis zum Bruch aller Fäden, wobei die
Anzahl der Scheuertouren bei jedem Fadenbruch erfaßt wurde, wurde der Ver
such unter statistischen Gesichtspunkten ausgewertet. Als Maß für den
Schlichteeffekt wurde der Median-Wert, der dadurch gekennzeichnet ist, daß
50% aller Werte oberhalb und 50% unterhalb dieses Wertes liegen, genom
men.
Die Kettgarne wurden auf einer Laborschlichtmaschine der Fa. Sucker, Mön
chengladbach geschlichtet, wobei 40 Fäden ab Gatter geschlichtet wurden.
Routinemäßig wurden rohweiße Baumwoll-Ringgarne der Feinheit Nm 50/1 ver
wendet.
Es lagen folgende Versuchsbedingungen vor:
| Versuchsbedingungen | |
| Garn | |
| Nm 50/1, CO-Ring | |
| Einstellung | 30 Fäden/cm |
| Tauchwalze | 144 daN |
| Quetschwalze | 0,5 bar (großes Manometer) |
| Temperatur Trog | ca. 85°C |
| Temperatur Trocknung | ca. 130°C |
| Geschwindigkeit | ca. 30 m/min |
In Tabelle 1 sind die bei verschiedenen Schlichtegehalten (gemäß DIN
54285) gefundenen Scheuerwiderständen, ausgedrückt als Anzahl der Hübe bis
zum Fadenbruch (Median-Wert) zusammengefaßt.
Aus Tabelle 1 ist zu entnehmen, daß das Natriumsalz des carboxymethylier
ten Guargalaktomannans mit höheren Substitutionsgraden (Vgl. 1) schlechte
re Schlichtewirkung bei gleichen bzw. höheren Schlichtegehalten zeigen als
solche mit Substitutionsgraden unter 0,15, da nach wenigen Hüben Faden
bruch auftritt. Des weiteren zeigt Tabelle 1, daß die erfindungsgemäßen
Natriumsalze des Carboxymethylguargalaktomannans (A1) und (A2) in der
Schlichtewirkung dem bislang verwendeten Carboxymethylcellulosederivat
Horsil NV-P (eingetragener Handelsname der Fa. Henkel KGaA (Vgl. 2)) deut
lich überlegen ist.
Es wurde ein Kurzzeit Zahn-Wellens-Test (ZWT) zur Bestimmung der biolo
gischen Abbaubarkeit durchgeführt. Testmatrix ist aufgehärtetes destil
liertes Wasser, zu dem eine ca. 1 g/l Trockenmasse entsprechende Menge
Naßschlamm gegeben wurde. Inkubiert wurde 7 Tage bei 19 bis 25°C unter
Rühren und ständiger Luftzufuhr. Es wurden regelmäßige DOC-Bestimmungen
durchgeführt. In Tabelle 2 sind die Ergebnisse für A1) und Vgl. 1) zusam
mengefaßt.
Aus Tabelle 2 ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäß verwendeten Ver
bindungen sich sehr viel besser abbauen lassen, als die etwas höher sub
stituierten Guargalaktomannanderivate.
Claims (9)
1. Verwendung von Alkalisalzen des Carboxymethylguargalaktomannans mit
Substitutionsgraden unter 0,15 als Schlichtemittel zum Schlichten von
natürlichen und/oder synthetischen Garnen.
2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Alkalisalze
des Carboxymethylguargalaktomannans mit Substitutionsgraden von 0,05
bis 0,15 verwendet werden.
3. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Alka
lisalze von oxidativ abgebautem Carboxymethylguargalaktomannan ver
wendet werden, die als 4 gew.-%ige wäßrige Lösung eine Viskosität nach
Höppler bei 20°C zwischen 10 und 3000, vorzugsweise zwischen 20 und
500 mPa·s, aufweisen.
4. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß Alkalisalze des Carboxymethylguargalaktomannans verwendet werden,
die Alkalihalogenid-Verunreinigungen unter 10, vorzugsweise unter 5
Gew.-% aufweisen.
5. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Alkalisalze des Carboxymethylguargalaktomannans in Mischung
mit üblichen Schlichtemitteln, vorzugsweise mit Stärkederivaten, Poly
vinylalkohole und Polyacrylate verwendet werden.
6. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Alkalisalze des Carboxymethylguargalaktomannans in Schlichte
auflagen von 1 bis 25 Gew.-% - bezogen auf Trockengewicht des Garns -
verwendet werden.
7. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Alkalisalze des Carboxymethylguargalaktomannans zum Schlichten
von Garnen aus Baumwolle, Regeneratcellulose sowie deren Mischungen
mit Polyester verwendet werden.
8. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Natriumsalze der Carboxymethylguargalaktomannane verwendet
werden.
9. Verfahren zum Schlichten von natürlichen und/oder synthetischen Garnen
in bekannter Weise mit Alkalisalzen des Carboxymethylguargalaktoman
nans, dadurch gekennzeichnet, daß Alkalisalze des Carboxymethylguarga
laktomannans mit Substitutionsgraden unter 0,15 eingesetzt werden.
Priority Applications (7)
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| DE4321016A DE4321016A1 (de) | 1993-06-24 | 1993-06-24 | Carboxymethyliertes Guargalaktomannan als Schlichtemittel |
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