DE69420037T2

DE69420037T2 - Kräuselung von aus celluloselösungen gesponnenen fasern

Info

Publication number: DE69420037T2
Application number: DE69420037T
Authority: DE
Inventors: Phillip Ian Robinson; Alan Sellars; Patrick White
Original assignee: Acordis Fibres Holdings Ltd
Current assignee: Lenzing Fibers Ltd
Priority date: 1993-05-24
Filing date: 1994-05-20
Publication date: 2000-01-27
Anticipated expiration: 2014-05-21
Also published as: EP0703997B1; MY131648A; DE69420037D1; CN1123042A; EP0703997A1; US5591388A; ATE183253T1; FI955630A0; AU6727694A; CZ306795A3; TR28495A; FI955630A; WO1994028220A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von gekäuselter Cellulosefaser und insbesondere die Kräuselung von Cellulosefaser, die nach einem Verfahren hergestellt worden ist, bei dem man Cellulose-Endlosfilamente aus einer Lösung von Cellulose in einem organischen Lösungsmittel, insbesondere einem Aminoxid-Lösungsmittel, verspinnt. So hergestellte Cellulose ist unter der Bezeichnung Lyocell bekannt und wird im folgenden als aus Lösungsmittel ersponnene Cellulose oder Lyocell bezeichnet. Die Erfindung betrifft außerdem die Bereitstellung brauchbarer Kurzfaserlängen, d. h. Stapelfaserlängen, aus den gekräuselten Endlosfilamenten.
Die Herstellung von Lyocell-Cellulosefilamenten ist beispielsweise in der US-PS 4,416,698 beschrieben, auf die hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird. Bei dem dort beschriebenen Verfahren zur Herstellung von Cellulosefilamenten löst man die Cellulose in einem geeigneten Lösungsmittel wie einem tertiären Amin-Noxid.
Dann extrudiert bzw. verspinnt man eine heiße Lösung der Cellulose über eine geeignete Düsenanordnung mit einer Düse zu Filamentmaterial, das dann in Wasser eingetragen wird, wobei das Aminoxid-Lösungsmittel aus den extrudierten Filamenten herausgewaschen wird.
Die Herstellung von künstlichen Filamenten durch Extrusion oder Verspinnen einer Lösung oder Flüssigkeit über eine Spinndüse ist natürlich gut bekannt. Zunächst wurden nur kleinere Anzahlen von Einzelfilamenten hergestellt, wobei die Filamente einzeln aufgewickelt als Endlosfilamentmaterial eingesetzt wurden. Das bedeutete, daß die herzustellende Anzahl von Endlosfilamenten im wesentlichen von der Anzahl der Filamente abhing, die entweder vor oder nach dem Trocknen einzeln aufgewickelt werden konnte.
Bei der Herstellung von Faser in Form von Faserkabel oder Stapelfaser hängt die jeweils herstellbare Anzahl der Filamente jedoch von anderen Kriterien ab.
Ein Faserkabel besteht im wesentlichen aus einem Bündel von im wesentlichen parallel angeordneten Filamenten, die nicht einzeln gehandhabt werden. Bei Stapelfasern handelt es sich im wesentlichen um kurze Faserstränge. Zur Herstellung von Stapelfaser zerschneidet man das getrocknete Kabel oder auch das noch nasse Kabel und trocknet die Schnittfaser.
Da man bei einem Kabel- oder Stapelprodukt keine Einzelfilamente handhaben muß, können sehr große Anzahlen von Filamenten gleichzeitig hergestellt werden.
So wird das aus Cellulosefilamenten bestehende Kabel vor oder nach dem Trocknen zu den gewünschten kurzen Fasersträngen zerschnitten.
Native Cellulosefasern sind von Natur aus schon gekräuselt, was natürlich für die Reibungseigenschaften bei der Verwendung der Fasern, z. B. direkt für Vliesprodukte oder zur Herstellung von Garnen für Web- oder Maschenwaren, von Vorteil ist. Lyocell ist dagegen nicht von Natur aus gekräuselt.
Ein bekanntes Verfahren zum Versehen von thermoplastischen Fasern mit einer Kräuselung ist in der US-A-4,040,155 beschrieben.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Faser aus Lyocell-Cellulosefilamenten bereitzustellen, die mit einer Kräuselung versehen ist.
Gegenstand der Erfindung ist demgemäß ein Verfahren zum Kräuseln einer Faser gemäß Anspruch 1.
Dabei verfährt man zweckmäßigerweise so, daß man
i) Cellulose in einem Aminoxid-Lösungsmittel löst und dabei eine heiße Celluloselösung erhält,
ii) die heiße Celluloselösung über eine Düsenanordnung zu einem Kabel aus Endlosfilament verspinnt und
iii) das Kabel durch ein Wasserbad führt, wobei das Aminoxid herausgewaschen wird, und danach in die Stauchkammer einlaufen läßt.
Als Aminoxid verwendet man vorzugsweise ein tertiäres Amin-Noxid. Als Cellulosequelle dienen zweckmäßigerweise Papierschnitzel oder Holzstoffschnitzel.
Bei der Herstellung der Filamente können Misch- und Pumpeinrichtungen, wie sie bei der Herstellung von Regeneratcellulose üblich sind, eingesetzt werden. Ganz analog kann es sich auch bei der Extruderdüsenanordnung um eine beliebige, bei der Herstellung von Filamentkabeln verwendete Anordnung handeln. Sie kann einen Spinnkopf des in der eigenen, gleichzeitig anhängigen internationalen Patentanmeldung WO94/28210, auf die hiermit ebenfalls ausdrücklich Bezug genommen wird, beschriebenen Typs enthalten.
Bei den Einrichtungen für den Transport des Kabels in den verschiedenen Stufen kann es sich ganz analog um übliche Einrichtungen einschließlich Walzen und Zugeinrichtungen handeln.
Die Erfindung ist gleichermaßen auf die Kräuselung von vorgefertigten Kabeln aus Lyocell anwendbar. So kann man der erfindungsgemäßen Kräuselungseinrichtung Kabel von einer Vorratsspule zuführen, kräuseln und dann lagern oder auf die gewünschte Länge zerschneiden. Ganz analog ist es auch nicht erfindungswesentlich, daß das gekräuselte Kabel als Bestandteil eines kontinuierlichen Verfahrens nach dem Kräuseln geschnitten wird. Es kann sich als zweckmäßiger erweisen, das gekräuselte Kabel z. B. auf Spulen zu lagern. Gegebenenfalls kann es dann später auf eine beliebige gewünschte Länge geschnitten werden. So kann das Zerschneiden in bezug auf das Kräuselungsverfahren wie auch das Kräuseln in bezug auf das Kabelherstellungsverfahren online oder off-line erfolgen.
Die Stauchkammer kann beispielsweise wie üblich ausgeführt, aber auf die Aufnahme einer Trockendampfzufuhr abgestimmt sein.
Es hat sich herausgestellt, daß die Verwendung von Trockendampf ein wichtiges Merkmal der Erfindung darstellt und daß die Anwesenheit von Wassertröpfchen im Dampf in der Stauchkammer zu vermeiden ist. Durch die Verwendung von Trockendampf erfolgt anscheinend eine Fixierung der Kräuselung, mit der das Kabel versehen wird, so daß sich eine zuverlässige und länger haltende Kräuselung ergibt. So ist beispielsweise die Verwendung von leicht überhitztem Dampf, etwa von 5 bis 70 p.s.i. (0,35 bis 4,90 kg/cm²) oder mehr günstig.
Die Erfindung wird nun beispielhaft anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der verschiedenen Stufen der Herstellung von gekräuselten Stapelfasern aus Lyocell bzw. aus Lösungsmittel ersponnener Cellulose;
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Kräuselungsstufe des Herstellungsverfahrens, bei dem man das Cellulosekabel durch eine Stauchkammer führt; und
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Dampfzufuhr zur Stauchkammer.
Fig. 1 zeigt einen Mischapparat 10 mit Eingängen 11 und 12 zur Aufnahme von Celluloseschnitzeln bzw. einem Aminoxid-Lösungsmittel. Die heiße Lösung wird über die Dosierpumpe 13 zu einer Spinndüse 14 gepumpt, in der die Lösung zu einem Endloskabel 15 aus Fasern versponnen wird.
Nach Austritt aus der Spinndüse 14 durchläuft das heiße Kabel ein Spinnbad 16, in dem ein Gemisch aus Wasser und dem Aminoxid im Kreis geführt wird. Beim Anfahren liegt im Spinnbad kein Aminoxid vor, jedoch kann dessen Anteil, bezogen auf das Wasser, auf etwa 40 Gew.- %, z. B. 25 Gew.-%, ansteigen. Aus dem Spinnbad 16 wird das Kabel über die Walze 17 durch ein Wasserbad 18 geführt. Das das Wasserbad durchlaufende Kabel kann beispielweise bis zu 12-14 Zoll (30 bis 35 cm) breit sein. Im Wasserbad wird das Aminoxid aus den Fasern herausgelöst, und das aus dem Wasserbad austretende Kabel 19 besteht aus Lyocell.
Vom Wasserbad 18 wird das Kabel 19 durch eine Präparationsstufe 19A geführt, in der die Filamente mit an sich bekannten Spinnpräparationen versehen werden. Dann wird das Kabel durch einen Trocknungsofen 20 geführt, der bei einer Temperatur von etwa 100ºC bis 180ºC, z. B. 165ºC, gehalten wird.
Bei dem Trocknungsofen handelt es sich vorzugsweise um einen Ofen vom Siebtrommeltyp, der an sich gut bekannt ist; es kann sich aber auch um einen Ofen vom Zylinder- oder Kalandertrocknertyp handeln.
Aus der Spinndüse kann nur ein einziges Kabel austreten, das beispielsweise bis zu 400.000 Filamente enthalten und nach der Trocknung beispielsweise ein Gewicht von 65 ktex, d. h. 65 g pro Meter, aufweisen kann. Alternativ dazu können in der Spinndüse mehrere, beispielsweise vier, Kabelstränge erzeugt werden, die jeweils über eine Million Filamente enthalten und nach der Trocknung beispielsweise jeweils ein Gewicht von etwa 181 ktex aufweisen können.
Ein einziges, das Wasserbad durchlaufendes Kabel kann, wie weiter oben bereits erwähnt, bis zu 12-14 Zoll breit sein. Werden jedoch in der Spinndüse beispielsweise vier Kabel hergestellt, so kann man diese zu zwei Kabeln vereinigen, wobei jedes Kapelpaar ein separates Wasserbad mit einer Breite von mindestens 48 Zoll (122 cm) durchläuft und jedes Kabelpaar 24 Zoll (61 cm) breit ist.
Das trockene Kabel aus dem Trockner 20 wird dann in den Walzenspalt zwischen den Walzen 21 und 22 eingeführt und von dort der Stauchkammer 23 zugeführt. Der Stauchkammer wird über Eingänge 24 Trockendampf 27 zugeführt. Das aus der Stauchkammer austretende gekräuselte Kabel 25 wird über Walze 26 einer Schneidmaschine 27 zugeführt, in der es auf Stapelfaserlänge geschnitten wird. Die gekräuselten Stapelfaserstücke werden im Kasten 28 gesammelt.
Das Kabel kann beim Austritt aus der Stauchkammer 23 beispielsweise auf eine Breite von etwa 2 Zoll (50 mm) komprimiert worden sein und dann bei der Zuführung zur Schneidmaschine auf eine Breite von beispielsweise 6 bis 8 Zoll (15 bis 20 cm) kommen gelassen werden. Alternativ dazu kann das aus der Stauchkammer austretende Kabel auf eine Breite von z. B. 4 bis 534 Zoll (10 bis 14 cm) komprimiert worden sein und wird dann bei der Zuführung zur Schneidmaschine auf eine Breite von 12 bis 18 Zoll (30 bis 45 cm) kommen gelassen.
Der in der Stauchkammer aufgebrachte Kräuselungsgrad kann beispielsweise 2 bis 15 Primärkräuselungen pro Zoll (2,5 cm) betragen. (Es versteht sich, daß die Fasern mit Primärkräuselung entweder gerade oder gewellt sein können, d. h. auch Sekundärkräuselung aufweisen können.)
Nach dem Trocknen kann man bei der Verarbeitung von mehreren Kabeln die einzelnen Kabel einzelnen Kräuselungsvorrichtungen zuführen oder zu einem einzigen Kabel mit üblicherweise 400.000 bis über 2 Millionen Filamenten vereinigen, welches dann einer einzigen Kräuselungsvorrichtung zugeführt wird.
Die Qualitäten oder Längen von in der Schneidmaschine 27 geschnittener Stapelfaser hängen vom vorgesehenen Endverwendungszweck der Stapelfasern ab. So werden beispielsweise Längen von 4 bis 15 mm bei der Papierherstellung, Längen von 15 bis 60 mm in Baumwollgarnen und Längen von 60 bis 150 mm in Kammgarnen eingesetzt.
Die Kräuselungsstufe des Verfahrens ist in Fig. 2 detallierter dargestellt.
Das Kabel wird in einen Walzenspalt 30 zwischen den Walzen 21 und 22 eingeführt und von dort so schnell in die Stauchkammer 23 eingebracht, daß der Durchgang 31 der Stauchkammer, der von den Platten 32 und 33 begrenzt wird und sich vom Walzenspaltausgang zum Stauchkammerausgang 35 erstreckt, gefüllt wird, wodurch die Filamente in regelmäßigen Längsabständen geknittert oder gekräuselt werden. Das gekräuselte Kabel wird zwischen den Platten 32 und 33 in der Stauchkammer wie gezeigt komprimiert, wobei sich eine Reihe von Schlaufen 34 (die in der Zeichnung der besseren Übersichtlichkeit halber weiter auseinandergezogen dargestellt sind) bildet, und tritt am Ausgang 35 in dauerhaft gekräuselt er Form aus. Der Stauchkammer wird Trockendampf zugeführt, der durch die Löcher 36 in den Platten 32 und 33 hindurchgeht und mit dem den Durchgang 31 durchlaufenden Kabel in Berührung kommt.
Wie Fig. 3 zu entnehmen ist, wird Dampf aus einer Quelle mit beispielsweise 85 p.s.i. (5,9 kg/cm²) durch einen Trockner 37 mit einer Reihe von Ablenkplatten 38 geführt. Der Trockendampf wird dann durch ein Druckminderventil 39, z. B. ein einfaches Membran-Druckminderventil, geführt, in dem sein Druck auf beispielsweise 65 p.s.i. oder 45 p.s.i. (4,55 oder 3,15 kg/cm²) vermindert wird. Der trockene, unter vermindertem Druck stehende Dampf wird dann der Stauchkammer 23 zugeführt, wo er durch die Löcher in den Platten 32 und 33 hindurchgeht und wie oben beschrieben mit dem gekräuselten Kabel in Durchgang 31 in Berührung kommt.
Wie weiter oben bereits erwähnt, muß das gekräuselte Kabel nicht unbedingt direkt einer Schneidmaschine zugeführt werden, sondern kann stattdessen gesammelt und auf geeigneten Spulen gelagert oder in Zylinder oder Kästen gefaltet abgelegt werden. Außerdem braucht das Endloskabel nicht direkt aus dem Kabelherstellungsverfahren der Kräuselungsvorrichtung zugeführt zu werden. Man kann in die Kräuselungsvorrichtung auch vorgefertigtes und gelagertes, ungekräuseltes Kabel einspeisen.

Claims

1. Verfahren zum Kräuseln einer Faser, bei dem man ein aus Endlosfilamenten bestehendes Faserkabel (15) in eine Stauchkammer (23) einführt, darin die erwünschte Kräuselung aufbringt und dabei die Filamente mit in die Stauchkammer (23) eingedrücktem Trockendampf beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, daß man als Faser aus Lösungsmittel ersponnene Cellulose einsetzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man der Stauchkammer (23) als Trockendampf einen unter einem Druck von 0,35 bis 4, 90 kg/cm² (5 bis 70 p.s.i.) stehenden trockenen Heißdampf zuführt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man

i) Cellulose in einem Aminoxid-Lösungsmittel löst und dabei eine heiße Celluloselösung erhält,

ii) die heiße Celluloselösung über eine Düsenanordnung (14) zu einem Kabel (15) aus Endlosfilament verspinnt und

iii) das Kabel (15) durch ein Wasserbad (18) führt, wobei das Aminoxid herausgewaschen wird, und danach in die Stauchkammer (23) einlaufen läßt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das mit der Kräuselung versehene Kabel (25) einer Schneidmaschine (27) zuführt und auf Stapelfaserlänge schneidet.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man das Kabel (15) zwischen Wasserbad (18) und Stauchkammer (23) durch einen Trocknungsofen (20) führt.