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Verfahren zur Herstellung von spinnfähigen Bastfasern Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zur unmittelbaren Herstellung von zum Verspinnen geeigneten
Fasern aus pflanzlichen Fasermaterialien, wie Flachs, Hanf, Sisalhanf, Ramie und
Bambusrohr. Gewöhnlich werden die Fasern von Flachs und ähnlichen Pflanzen durch
einen Fermentierungsprozeß, das sogenannte Rotten, gelöst und voneinander getrennt.
Hierbei werden die unlöslichen pektinhaltigen Bindestoffe in lösliches Pektin und
dessen Derivate umgesetzt, die dann aus den Fasern durch Pressen und Waschen entfernt
werden können.
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Das Rottungsverfahren hat den Übelstand einer außerordentlich langen
Dauer seiner Durchführung, da im allgemeinen eine Behandlungszeit bis zu io Tagen
erforderlich ist. Das Verfahren erfordert ferner eine sorgfältige Überwachung und
ist besonders der schädlichen Wirkung ungünstiger Wetterbedingungen unterworfen.
Auch wird ein voller Ertrag wegen des erheblichen Verlustes, der bei dem Schwingen
eintritt, niemals erzielt. Die Ausbeute beträgt niemals mehr als 5o °/o des Fasergehaltes
des Rohmaterials. Um diese Nachteile zu vermeiden, sind chemische Lösungsverfahren
vorgeschlagen worden, bei welchen verschiedene Reagenzien, wie Säuren, Benzin, Kohlenstofftetrachlorid
und Äthylchlorid, verwendet werden sollen. Indessen sind chemische Verfahren dieser
Art bisher nicht mit Erfolg eingeführt worden.
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Verfahren, bei denen Lösungen von neutralen Salzen und Alkalien benutzt
werden, sind ebenfalls als Ersatz für das Rotten vorgeschlagen worden. So sollen
in einem Falle die faserhaltigen Stoffe bei erhöhter Temperatur, z. B. bis zu 28o
°, unter hohem Drucke erhebliche Zeit mit Ammoniumhydroxydlösung behandelt werden,
die eine langsame Carbonisierungs-@virkung auf die Zellensubstanz ausübt. Nach einem
anderen Vorschlag werden Faserstoffe nach einer vorangehenden Extraktion mit heißem
Wasser unter Druck bei einer Temperatur bis zu 176' mit einer kochenden Lauge behandelt,
die aus einer Mischung von Alkalicarbonat und neutralem Alkalisulfit mit geringem
Zusatz von kaustischem Alkali besteht. Nach einem weiteren Vorschlag werden stark
verholzte Fasern, wie Hanffasern, unter Druck mit einer annähernd 0,5 °/oigen
Lösung von Alkalicarbonat und alsdann bei gewöhnlichem Druck mit einer gleichen
Lösung behandelt. Ein weiteres bekanntes Verfahren besteht in der Behandlung von
Faserstoffen mit Alkali und dann in einem Bade von Ammoniumsalzen, so daß die mechanische
Wirkung des entstehenden Ammoniakgases die harte Bastschicht öffnet und die Faser
freilegt. Ferner ist eine Vorbehandlung pflanzlicher Stengel und Fasern bekanntgeworden,
bei welcher dieselben einem Hydrolyseverfahren durch Einwirkung verdünnterLösungenorganischeroder
unorganischer Säuren oder ihrer leicht dissoziierbaren neutralen oder sauren Salze
bei Konzentrationen von 0,5
bis 2 °/o undTemperaturen von q.o bis 6o' C unterworfen
werden, wobei die inkrustierenden und verkittenden Stoffe hydrolytisch aufgespalten
und einem darauffolgenden chemischen Offnungsverfahren
mit schwachen
Alkalilösungen leichter zugänglich gemacht werden. Nun sind die Fasern, welche voneinander
getrennt werden sollen, selbst aus kleinen Fäserchen aufgebaut, die durch gummiartige
Stoffe miteinander vereinigt sind. Jedes Hydrolyseverfahren greift diese gummiartigen
Stoffe, die die feinsten Fäserchen verbinden, an, so daß die Fasern selbst geschwächt
werden, und zugleich vermag die Hydrolyse nicht in hinreichendem Maße die Pektinkörper,
durch welche die Fasern zusammengehalten werden, zu entfernen.
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Gegenstand der Erfindung ist ein verbessertes Verfahren zur Behandlung
der Faserstoffe, durch welches die Fasern voneinander leicht getrennt werden, ohne
daß die inhärente Stärke der Fasern durch Zerstörung der gummiartigen Stoffe, die
die feinsten Fäserchen verbinden, verringert wird.
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Gemäß der Erfindung werden die rohen Bastfasern mit Ammonsalzlösungen
behandelt und gegebenenfalls einer Nachbehandlung mit einer 2- bis 4 o/oigen Natronlauge
unter Drücken von 6 bis io Atmosphären unterworfen. Hierbei werden die Pektine und
ähnlichen Bindekörper, die die Fasern im Pflanzengewebe zusammenhalten, leicht durch
Ionenaustausch zwischen dem verwendeten Reagens und den unlöslichen Bindemitteln
in eine lösliche bzw. leicht entfernbare Beschaffenheit umgewandelt. Durch eingehende
Versuche hat sich ergeben, daß eine einfache Lösung durch Wirkung des Ionenaustausches
eintritt, wenn das Fasermaterial mit einer wäßrigen Lösung eines Ammonsalzes mit
einer Konzentration, die 0,5 0/ö nicht überschreitet, und bei einer Temperatur
von iio bis i2o ° zweckmäßig unter Druck erhitzt wird. Unter diesen Bedingungen
reagiert die sehr verdünnte neutrale Salzlösung nur mit den genannten Bindemitteln,
die die Fasern zusammenhalten, und greift die Stoffe, durch welche die feinsten
Fäserchen in der Faser vereinigt werden, nicht an. Die in den bekannten Verfahren
angewandten Konzentrations- und Temperaturbedingungen können diese einfache Trennung
durch Lösung nicht bewirken, sondern sie sind im wesentlichen Hydrolyseverfahren.
Es ist ein wesentliches Merkmal des Verfahrens nach der Erfindung, daß eine Hydrolyse
nicht eintreten darf. Bei Konzentrationen unter 0,5 % ist die Ionisation des Ammonsalzes
sehr hoch, wodurch das letztere befähigt wird, einen Ionenaustausch mit den unlöslichen
Pektinkomplexen in höchst vorteilhafter Weise einzugehen. Zweckmäßig werden neutrale
weinsaure, oxalsaure, citronensaure, schwefelsaure und phosphorsaure Ammonsalze
benutzt, und es hat sich gezeigt, daß die Verwendung derartiger Salze keine Beschädigung
der Fasern herbeiführt, selbst wenn das Verfahren bei verhältnismäßig hohen Drucken
ausgeführt wird. Ferner ist zu bemerken, daß die Anionen dieser Verbindungen nur
wenig lösliche Verbindungen mit den Alkalierdmetallen bilden, mit denen die Pektinstoffe
verbunden sind, wodurch die Wirksamkeit des Ionenaustausches noch besser gesichert
wird.
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Obwohl Ramie eine der stärksten und feinsten bekannten natürlichen
Fasern ist, war es bisher doch noch nicht möglich, die Faser in wirtschaftlicher
Weise herzustellen, infolge der mit ihrer Isolierung verbundenen Schwierigkeiten;
Ramiegras enthält einen überschüssigen Betrag an Pektinsubstanzen und Gummi, die
schwer durch die gewöhnlichen Rottungsverfahren zu entfernen sind, ohne gleichzeitig
die Qualität der Faser zu schädigen.
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Ferner ist es, um das Rottungsverfahren oder die mechanischen Behandlungen
durchzuführen, erwünscht, daß das Gras in verhältnismäßig frischer Beschaffenheit
behandelt wird, da die Pektin- und Gummistoffe, die die Fasern binden, mit dem Trocknen
der Gräser erhärten und .alsdanngrößere SchwierigkeitenbeiderAbscheidung bereiten.
Auch die Grasbänder müssen mechanisch von den Stengeln getrennt und für den Rottungs-
oder mechanischen Prozeß vor der Isolierung der Fasern vorbereitet werden, was erheblichen
Arbeitsaufwand erfordert. Auch ergeben die bisherigen Verfahren einen bedeutenden
Abfall bei der Abtrennung der Fasern, der bis zu 5o °/p des theoretischen Fasergehalts
betragen kann.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist es daher, die erwähnten
Schwierigkeiten zu. beseitigen und eine Faser von höherer Spinnqualität unmittelbar
aus Ramie o. dgl. Pflanzenstoffen zu gewinnen, eine erhebliche Ersparung an Arbeit
und Zeit zu bewirken und einen bedeutend besseren Ertrag an Fasern zu erlangen.
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Nach der Abtrennung des Pektins durch Behandlung des Pflanzenstoffes
mit Ammonsalzlösung können die Bastfasern noch einer Nachbehandlung mit einer z-
bis ,¢ o/oigen Natronlauge unter Drücken von 6 bis io Atmosphären unterworfen werden.
Dieser weitere Schritt ist besonders bei Ramiefasern oder diesen nahestehenden Faserstoffen
erforderlich wegen der Anwesenheit von Stoffen, wie Fetten, Wachsen, häutigen Stoffen
und Harzen, die die Fasern durchtränken und an ihnen anhaften.
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Der Ramiefaserstoff enthält auch färbende Stoffe, besonders Chlorophyll,
die sich sogar nach der erwähnten Alkalibehandlung halten, so daß ein Bleichen der
Fasern in beliebiger geeigneter bekannter Weise nach dieser Behandlung wünschenswert
ist. Die vorangegangenen Verfahren zur Pektinentfernung und zur Reinigung unter
hohem Druck mit Alkali erleichtern die Bleichverfahren und ergeben ein Produkt,
das keine mechanische Scheidung erfordert, da unmittelbar die letzten Fasern erhalten
werden. Man kann unter Urständen die Alkalibehand-
Jung der Fasern
nach dem Bleichen wiederholen, indes kann in diesem Falle die Dauer der Behandlung
kürzer sein.
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Allerdings ist es bekannt, alkalische Reagenzien bei der Faserbehandlung
zu verwenden. Wenn diese indes vor der Pektinentfernung angewandt werden, so ist
das Ergebnis, daß dunkelgefärbte Stoffe und Verunreinigungen entstehen, die von
den Fasern absorbiert oder zwischen ihnen abgelagert werden. Diese Verunreinigungen
wirken dem Bleichprozeß entgegen, da sie unlösliche Stoffe bilden, die eine stärkere
Bleichbehandlung erforderlich machen und der gebleichten Faser ein schlechtes Aussehen
geben.
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Der hier für die Behandlung von Ramie angegebene Prozeß verlangt eine
geringe Veränderung, wenn er auf die Behandlung von Bambus angewandt wird, um diesen
Stoff in spinnfähigen Zustand zu bringen, so daß er für die Herstellung von Seilen,
Säcken und eine Anzahl andere Zwecke benutzbar wird.
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Es hat sich ergeben, daß Bambus nicht der Behandlung durch das volle
Verfahren zugänglich ist und seine Fasern spröde und kurz werden, wenn er der vollen
Alkalibehandlung unterworfen wird. Wenn indes die Faserstoffe von Pektin befreit
und dann der Behandlung mit kaustischen Alkalien unterworfen werden, z. B. in einem
Autoklaven, bis der Druck auf eine Höhe von 7 bis io Atmosphären steigt, bei der
sie eine sehr kurze Zeit der Behandlung unterworfen bleiben können, so ergibt sich,
daß die einzelnen Fasern sehr gut voneinander getrennt sind und daß zugleich, da
das die einzelnen Fasern verbindende verholzte Gewebe nicht beeinflußt wird, die
Länge der Hauptfasern durch die Behandlung nicht verändert und jede Neigung zur
Sprödigkeit vermieden wird. Nachstehend sind Beispiele dafür gegeben, wie die Erfindung
in der Praxis angewandt werden kann. Beispiel i Ungerottetes Flachsstroh wird mit
einer geeigneten Menge einer o,i- bis 0,5 °/oigen Lösung von Ammoniumsulfat
unter einem Druck von i bis 2 Atmosphären bzw. bei Temperaturen, die diesen Drücken
entsprechen, während eines Zeitraums von 2o bis 6o Minuten erhitzt.
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Während dieser Zeit wird die unlösliche Pektose, die die Fasern verbindet,
in lösliches Pektin verwandelt, und nach Beendigung dieses Vorgangs wird Druck auf
das Stroh angewandt, um das anhaftende schleimige Wasser herauszudrücken und zu
entfernen. Darauf wird das Stroh in Wasser gewaschen und getrocknet und der Flachs
alsdann aus dem Stroh in der gewöhnlichen Weise, z. B. durch Schwingen oder Hecheln,
erhalten.
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Auf diesem Wege wird eine sehr erhebliche Zeitersparnis erreicht,
woraus sich eine entsprechende Verminderung der Herstellungskosten des Flachses
ergibt.
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Das Reagens wird vorzugsweise zur Behandlung mehrerer Rohmaterialbünde
gebraucht und kann benutzt werden, bis seine Farbe zu dunkel wird und Flecken auf
der Faser auftreten. Natürliche Säuren, die sich aus den Materialien entwickeln,
werden bei dieser Behandlung frei, und es hat sich ergeben, daß diese einen günstigen
Einfluß auf die Beschaffenheit der erzeugten Faser haben. Nachdem die Flüssigkeit
für die weitere Benutzung in dem Verfahren wertlos geworden ist, können die Abwässer,
die bei dem vorstehenden Beispiel aus verdünnten Lösungen von Ammoniumsulfat bestehen,
für Düngezwecke verwendet werden.
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Beispiel 2 Bei Anwendung des Verfahrens auf die Behandlung von Ramie
und ähnlicher Gräser kann das ungeröstete Stroh oder Gras mit einem geeigneten Volumen
einer o,i- bis 0,5 °/oigen Ammoniumsulfatlösung bei einem Druck von i bis
2 Atmosphären oder bei einer entsprechenden Temperatur einen Zeitraum von ao bis
6o Minuten erhitzt werden. Diese Behandlung der Ramie bewirkt die Verwandlung der
unlöslichen Pektosestoffe in lösliches Pektin.
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Wenn die Umwandlung der Pektosestoffe in das lösliche Pektin erfolgt
ist, wird die faserige :Masse herausgenommen und gepreßt, um die Leimstoffe, die
an den Fasern hängen, abzuscheiden. Die unbearbeiteten Fasern werden in einem Autoklaven
mit einer Lösung von 2- bis q. °/oiger Natronlauge bei einem Druck von etwa 6 bis
io Atmosphären 2o bis 6o Minuten lang erhitzt. Alsdann werden die Fasern aus dem
Autoklaven herausgenommen, gewaschen und getrocknet. Es ergibt sich ein Produkt
mit einem glänzenden, seidenartigen Aussehen und Gefüge, dessen Aussehen dem der
glänzenden Celluloseprodukte, die unter dem Namen künstliche = Seide bekannt sind,
vergleichbar ist. Indes ist das nach der Erfindung hergestellte Material von viel
größerer Zugfestigkeit als die Fäden der Produkte, die als künstliche Seide bekannt
sind. Ferner kann das glänzende Material mit verhältnismäßig niedrigen Kosten im
Vergleich mit der gewöhnlichen künstlichen Seide hergestellt werden, da reichliche
und billige Lieferungen von Ramie verfügbar sind und die Pflanze in ausgedehntem
Maße gezüchtet werden kann.
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Mit Rücksicht auf die Überlegenheit der Ramiefaset gegenüber der Baumwolle
und der sehr viel größeren Ausbeute an Fasern per Morgen Landes kann es ökonomisch
möglich sein, einen großen Teil der gegenwärtig verwendeten Baumwolle durch Ramie
zu ersetzen, die nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren behandelt wird.
Beispiel
3 Bambusrohr wird zwecks Befreiung von Pektinen zuerst auf geeignete Länge und Dicke
geschnitten und mit sehr verdünnten Lösungen neutraler Salze des Ammoniums erhitzt.
Eine o,i- bis 0,5 °/oige Ammoniumsulfatlösung kann zweckmäßig bei einem Druck
von i bis 2 Atmosphären oder bei Temperaturen, die diesen Drücken entsprechen, auf
einen Zeitraum von 2o bis 6o Minuten angewandt werden. Diese Behandlung scheidet
die einzelnen Fasern. Um diese Fasern geschmeidig und zum Spinnen geeignet zu machen,
werden die Fette, Wachse, häutigen Stoffe und Harze, die in ihnen enthalten sind,
entfernt oder zerstört. Letzteres geschieht durch Erhitzen mit einer Alkalilösung,
zweckmäßig einer 2- bis q. °/oigen Natronlauge in einem Autoklaven, bis der Druck
auf eine Höhe von 7 bis to Atmosphären ansteigt. Wenn der Druck diese Höhe erreicht
hat, wird er wieder auf normale Höhe gesenkt, und der Prozeß ist vollendet. Der
Höchstdruck darf nicht eine irgendwie erhebliche Zeit bestehen bleiben, und im Großbetriebe,
wo z. B. eine Tonne Material auf einmal behandelt wird, kann die Behandlungszeit
auf etwa 15 Minuten ausgedehnt werden. Diese besondere Behandlung mit Alkali hat
sich als nötig ergeben, weil eine verlängerte Behandlung mit diesem Reagens die
verholzten Bindegewebe zwischen den Einzelfasern zerstört, so daß die Hauptfasern
sehr spröde werden und leicht brechen. Eine verkürzte Behandlung, wie beschrieben,
erhält dieses Bindegewebe und zerstört zugleich in völlig hinreichendem Maße die
unerwünschte kieselartige Masse, die die Fasern einschließt.
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Die größere Länge und Stärke der Bambusaser macht sie anderen Fasern,
wie Hanf, Jute u. dgl., die bisher für die Herstellung von Stricken und Säcken benutzt
werden, in hohem Maße überlegen.
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Es hat sich ergeben, daß die äußere Schicht oder Haut des Bambusrohres
der oben beschriebenen Behandlung nicht zugänglich ist, da ihre Konstitution ganz
verschieden von der des eingeschlossenen Fasermaterials ist. Wenn die Masse indes
die Alkahbehandlung durchgemacht hat und noch feucht ist, so wird diese Hülle oder
Haut erweicht und kann leicht von der Faser abgezogen und entfernt werden. Läßt
man dagegen die Masse vor dieser Entfernung trocknen, so erhärtet sich die Hülse,
und die Arbeit wird infolge der Zähigkeit, mit welcher die benachbarten Fasern an
der Haut anhaften, erschwert.
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Wegen der Farbe der Bambusfaser und der gewöhnlichen Verwendungsarten,
für welche sie hauptsächlich in Betracht kommt, besteht nur geringe Notwendigkeit,
irgendeinen Bleichprozeß, anschließend an die Alkalibehandlung, anzuwenden. Wenn
es indes gewünscht wird, kann die Faser in bekannter Weise gebleicht werden.