VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR HERSTELLUNG VON CELLULOSEFASERN UND CELLULOSEFILAMENTGARNEN

Beschreibung

[0001] Die Hauptanmeldung (WO 01/34885) betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Cellulosefasern oder -filamenten aus Zellstoff nach dem Trocken-Naßextrusionsverfahren mit wässrigen Aminoxiden, insbesondere N-Methylmorpholin-N-oxid als Lösungsmittel, bei dem man a) Zellstoff oder eine Zellstoffmischung mit einem Cuoxam-DP in dem Bereich von 250 bis 3000 in wässrigem Aminoxid dispergiert, b) die erhaltene Dispersion bei erhöhter Temperatur unter Wasserentzug und Scherung in eine homogene Lösung mit einer Nullschervoskosität in dem Bereich von 600 bis 6000 Pa·s und einer Relaxationszeit in dem Bereich von 0,3 bis 50 s bei jeweils 85°C überführt, c) die Lösung wenigstens einer Spinndüse zuführt und zuvor durch eine der bzw. den Düse(n) gemeinsame Anströmkammer leitet, in der ihre Verweilzeit wenigstens gleich ihrer Relaxationszeit bei der Spinntemperatur ist, d) die Lösung in jeder Spinndüse zu wenigstens einer Kapillaren verformt und die Kapillare(n) einer jeden Düse unter Verzug durch ein nicht ausfällendes Medium und anschließend unter Ausfällen der Cellulosefäden durch ein Fällbad führt, und e) die Cellulosefäden an dem Ende der Fällbadstrecke durch Ablenkung von den Fällbadströmen trennt und die Fäden abzieht. Ferner betrifft die Hauptanmeldung eine Vorrichtung zur Herstellung von Cellulosefasern oder -filamenten aus Zellstoff nach dem Trocken-Naßextrusionsverfahren mit wässrigen Aminoxiden als Lösungsmittel mit einem Spinnpaket mit einer Spinndüsenplatte, Spinndüsen und einer oberhalb der Spinndüsenplatte und der in einer Reihe angeordneten Spinndüsen angeordneten, gemeinsamen Anströmkammer, deren Volumen der Beziehung V ≥ v̇_L·λ_m genügt, worin V das Volumen der Anströmkammer in cm³, v̇_L den Volumenstrom der Celluloselösung in cm³/s und λ_m die Relaxationszeit am Häufigkeitsmaximum des Relaxationssprektrums der Spinnlösung bedeuten, ferner mit einem Fällbad in zwei durch eine Fällbadpumpe verbundenen Behältern, einem Spalt zwischen den Spinndüsen und der Fällbadoberfläche in dem oberen der beiden Behälter, und einer Abzugsgalette.

[0002] Die DE 199 54 152 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Cellulosefasern nach dem Trocken-Naß-Extrusions-Verfahren mit wäßrigen Aminoxyden bei dem der Zellstoff mit einem Cuoxam-DP in dem Bereich von 250 bis 3000 in wäßrigem Aminoxyd dispergiert wird, die erhaltene Dispersion bei erhöhter Temperatur unter Wasserentzug und Scherung in eine homogene Lösung mit einer als Nullscherviskosität in dem Bereich von 600 - 6000 Pa s bei 85° Celsius überführt wird, wobei die Dispersion in eine Lösung mit einer Relaxationszeit in dem Bereich von 0,3 bis 50 s überführt wird. Anschließend wird die Lösung einer Spinndüse zugeführt, wobei die Lösung durch eine gemeinsame Anströmkammer geleitet wird, in der ihre Verweilzeit wenigstens gleich ihrer Retaxationszeit bei der Spinntemperatur ist.

[0003] WO 96/21758 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von extrudierten Artikeln nach dem Lyocell-Verfahren, worin eine Celluloselösung durch einen Luftspalt in ein Koagulationsbad extrudiert wird. Der Luftspalt umfaßt eine erste Region im Bereich der Düse und einen zweiten Bereich entfernter von der Düse, wobei der Feuchtigkeitsgehalt der Luft in der ersten Region auf einem geringeren Gehalt gehalten wird, als der Feuchtigkeitsgehalt in der Luft in der zweiten Region.

[0004] Die US-A-5,984,655 betrifft eine Spinnvorrichtung zur Durchführung eines Trocken-NaB-Spinnverfahrens, umfassend eine Spinndüse sowie ein Koagulationsbad. Weiterhin umfaßt die Vorrichtung eine Blaseinrichtung zur Kühlung der extrudierten Filamente innerhalb des Luftspaltes zwischen der Düse, sowie dem Koagulationsbad. Weiterhin umfaßt die Vorrichtung Einrichtungen zum Bündeln der extrudierten Filamente innerhalb des Spinnbades.

[0005] Der Hauptanmeldung (WO 01/34885) lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, durch die bei hoher Kapillardichte, Spinnsicherheit und Abzugsgeschwindigkeit das Erspinnen von Fasern und das Mehrfachspinnen von Filamentgarnen mit guten mechanischen Fasereigenschaften möglich ist. Insbesondere sollte die Gleichmäßigkeit und Gleichheit der Volumenströme durch jede Düse gegenüber den bekannten Verfahren gesteigert werden.

[0006] In der Hauptanmeldung (WO 01/34885) ist angegeben, daß die Spaltbreite a einerseits mit der Relaxationszeit λ_m der Spinnlösung am Häufigkeitsmaximum des Relaxationszeitspektrums bei der Spinntemperatur und der Abzugsgeschwindigkeit v_a (Gleichung II) und andererseits mit dem Abstand x zwischen zwei benachbarten Düsenlöchern, der Länge der Fällbadstrecke w und dem Düsenlochdurchmesser D (Gleichung III) korreliert. Da sich die Relaxationszeit im Sekunden- und die Verweilzeit der verformten Lösung im Spalt a im Millisekundenbereich bewegen, sollten im praktischen Betrieb wesentlich größere Spaltbreiten als bisher erreichbar sein. Für das Erspinnen von Fasern und Filamenten ist der maximal einstellbare Spalt, d.h. die Srecke, auf der man den "Lösungsfaden" entsprechend dem Verzugsverhältnis mehr oder minder stark orientiert, von besonderer Bedeutung. Mit steigender Spaltbreite nimmt die Dehngeschwindigkeit und damit die Fadenspannung ab. Das wirkt sich positiv auf die mechanischen Faserparameter, insbesondere die Reißdehnung und Schlingenreißkraft aus. Andererseits nimmt die Spinnsicherheit mit zunehmender Spaltbreite ab, da die Gefahr der Berührung der Kapillaren zunimmt. Das gilt insbesondere beim Spinnen von Fasern, bei dem man ohnehin mit möglichst großer Kapillardichte arbeitet. Es ist also wesentlich, einen maximalen Spalt einzustellen, der der Spinnsicherheit gerecht wird, aber auch optimale mechanische Faserparameter ergibt. Die Abnahme der Fadenspannung ist darüber hinaus eine Voraussetzung für eine Erhöhung der Abzugsgeschwindigkeit, insbesondere beim Spinnen von Filamentgarnen.

[0007] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher im Sinne der Hauptanmeldung die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung, durch die bei hoher Kapillardichte, Spinnsicherheit und Abzugsgeschwindigkeit das Erspinnen von Fasern und das Mehrfachspinnen von Filamentgarnen mit guten mechanischen Fasereigenschaften möglich ist. Insbesondere sollen bei Einhaltung der Spinnsicherheit die mechanischen Fasereigenschaften, nämlich die Reißdehnung und die Schlingenreißkraft verbessert werden. Darüber hinaus soll auch eine Erhöhung der Abzugsgeschwindigkeit, insbesondere beim Spinnen von Filamentgarnen ermöglicht werden.

[0008] Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man in der Stufe d) die Kapillarenschar(en) kurz vor ihrem Eintritt in das Fällbad mit einem Gas unter einem Winkel α zur Kapillarenlaufrichtung in dem Bereich 45° <α <90° anströmt. Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß hierdurch die Spaltbreite erheblich, nämlich um 50 bis 100 % oder mehr, vergrößert werden kann, ohne daß die Spinnsicherheit hierdurch beeinträchtigt wird. Die durch die größere Spaltbreite verminderte Dehngeschwindigkeit und Fadenspannung im Spalt führt zu der gewünschten Verbesserung der genannten mechanischen Faserparameter und der Möglichkeit, die Abzugsgeschwindigkeit zu steigern.

[0009] Insbesondere wird die Erfindungsaufgabe auch dadurch gelöst, daß man in der Stufe d) die Kapillarenschar unmittelbar vor ihrem Eintritt in das Fällbad mit einem Gas anströmt, wobei das Fällbad an der Grenzfläche zum Luftspalt und der Gasstrom gleichgerichtete Strömungskomponenten aufweisen. Der Effekt der Vergrößerung der maximalen Spaltbreite wird somit auch erreicht, wenn die Gasströmung und die Fällbadströmung gleichgerichtete horizontale Strömungskomponenten haben.

[0010] Zweckmäßigerweise strömt man die Kapillarenscharen mit einem flachen, ebenen, über die gesamte Breite der Reihe der Kapillarenscharen reichenden Gasstrom an. Dabei ist es wichtig, daß der Gasstrom an den Eintauchstellen der Kapillarenscharen in das Fällbad wirksam wird. Die die Spinnsicherheit beeinträchtigenden Spinnstörungen, die nahezu ausschließlich durch eine Berührung der Kapillaren beim Eintritt in das Spinnbad verursacht werden, werden wesentlich verringert. Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß trotz der Anströmung der Kapillarenscharen mit dem Gasstrom die Bewegung der Spinnbadoberfläche beim Eintauchen der Kapillarenscharen beruhigt wird. Generell läßt sich sagen, daß die Anströmung der Kapillarenscharen einen mechanischen Effekt an der Eintauchstelle verursacht; insbesondere spielt die Kühlung der Kapillarenscharen keine Rolle.

[0011] Die Aufgabe wird ferner bei der eingangs genannten Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem Spalt a wenigstens eine Breitschlitzdüse mit einem unter einem Winkel α zur Kapillarenlaufrichtung in dem Bereich 45° <α < 90° gerichteten Düsenschlitz zur Anströmung der Kapillaren vor ihrem Eintritt in das Fällbad angeordnet ist. Die Schlitzbreite kann beispielsweise 0,05 bis 5 mm, z.B. 1 mm betragen. Die Schlitzlänge entspricht mindestens der Länge der Reihe der anzuströmenden Kapill renscharen. Diese sind vorzugsweise in einer Reihe (nicht in mehreren hintereinander gestaffelten Reihen) angeordnet, so daß alle Scharen in gleicher Weise durch den Gasstrom angeströmt werden.

[0012] Vorzugsweise ist die eingangs genannte Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der obere Badbehälter einerseits der Kapillarenscharen wenigstens eine Zulauföffnung für Fällbadflüssigkeit und andererseits der Kapillarenscharen weigstens einen Überlauf aufweist und die Breitschlitzdüse in bezug auf die Reihe der Kapillarenscharen auf der gleichen Seite wie die Zulauföffnung(en) angeordnet ist. Dadurch haben die Fällbadflüssigkeit und der Gasstrom im Spalt gleichgerichtere horizontale Strömungskomponenten, was für die Vergrößerung der maximalen Spaltbreite förderlich ist.

[0013] Vorzugsweise ist die Breitschlitzdüse mit dem wenigstens einen Überlauf mechanisch verbunden. Die Breitschlitzgasdüse hat daher unabhängig von der vertikalen Einstellung des Überlaufs und damit der Größe der Spaltbreite immer den gleichen (geringen) Abstand von der Fällbadoberfläche.

[0014] Die eingangs genannte Vorrichtung zur Herstellung von Cellulosefasern oder -filamenten ist erfindungsgemäß ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Spaltes a und die Relaxationszeit der Spinnlösung die folgende Beziehung erfüllen

in der a die Spaltbreite in mm, λ_m die Relaxationszeit am Häufigkeitsmaximum des Relaxationsspektrums der Spinnlösung, v_a die Abzugsgeschwindigkeit in m/min, N die Kapillardichte in cm^-2 und D den Düsenlochdurchmesser in mm bedeuten. Der gegenüber der Gleichung II der Hauptanmeldung addierte Term 1/

berücksichtigt die erfindungsgemäß erreichte Vergrößerung der Spaltbreite durch die Anströmung der Kapillarscharen kurz vor ihrem Kontakt mit dem Fällbad. Es ist ersichtlich, daß diese Spaltverbreiterung mit zunehmender Kapillardichte geringer wird.

[0015] Vorzugsweise genügen die Dimensionierungen der Spinndüsen, der Spaltbreite a und der Fällbadstrecke w der Beziehung

in der x den Abstand zwischen zwei benachbarten Düsenlöchern, a die Spaltbreite, w die Länge der Fällbadstrecke und D den Düsendurchmesser bedeuten. Aus dem Vergleich mit Beziehung III der Hauptanmeldung ergibt sich, daß durch die Anströmung der Kapillarenschar(en) der Abstand zwischen zwei benachbarten Düsenlöchern der Düse um 1/8 verringert werden kann, ohne daß die Ziele der Erfindung, nämlich Beibehaltung der Spinnsicherheit bei Verbesserung mechanischer Fasereigenschaften beeinträchtigt werden.

[0016] Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung und des Beispiels näher erläutert. Es zeigen

Figur 1 das Relaxationszeitspektrum einer Spinnlösung mit 12 Masse-% Cellulose (Cuoxam-DP 480) bei der Spinntemperatur von 85°C;

Figur 2 die schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Herstellung von Cellulosefasern und -filamenten; und

Figur 3 die schematische Aufsicht der in Figur 2 gezeigten Vorrichtung.

[0017] Die Figuren 2 und 3 zeigen den oberen Fällbadbehälter 1 einer erfindungsgemäßen Spinnvorrichtung. Die Spinndüsen 6, von denen in Figur 2 nur eine sichtbar ist, sind mit Anströmkammern versehen, wie dies in der Hauptanmeldung näher beschrieben und dargestellt ist. Die Austrittsseiten der Spinndüsen 6 haben von der Fällbadoberfläche 7 einen den Luftspalt a bildenden Abstand. Der Boden 10 des Fällbadbehälters 1 ist entsprechend der Anordnung der Düsen 6 mit mehreren Fadenleitelementen 11 bestückt, durch die die Fadenbündel 12 zusammen mit Fällbadflüssigkeitsströmen 14 aus dem Behälter 1 austreten. Die Fadenbündel 12 aller Fadenleitelemente 11 werden von den Fällbadströmen 14 unter einem Winkel abgelenkt und unter geeigneter Zugspannung aufgewickelt. Die Fällbadströme 14 gelangen in den unteren Fällbadbehälter (nicht dargestellt) und werden mittels einer Pumpe (nicht dargestellt) über die Leitung 16 in den oberen Fällbadbehälter 1 zurückgepumpt. Die von den Fadenbündeln 12 passierte Fällbadstrecke w reicht von der Badoberfläche bis an die Stelle unter den Fadenleitelementen 11, wo sich die Fadenbündel 12 von den Fällbadflüssigkeitströmen 14 trennen. Die Leitung 16 mündet in eine teilweise mit Füllkörpern gefüllte (nicht dargestellt) Beruhigungskammer 18, aus der die Fällbadflüssigkeit durch die Öffnungen 19 in den eigentlichen Behälter 1 einströmt. Aus Figur 3 ist ersichtlich, daß die Fadenleitelemente 11 in dem Boden 10 in einer Reihe angeordnet sind und die Fadenbündel 12 parallel nebeneinander zur Abzugsgalette (nicht dargestellt) laufen.

[0018] Der Fällbadbehälter 1 hat zwei Überläufe 9, die vertikal verstellbar sind und damit das Fällbadniveau und die Breite des Spaltes a bestimmen. An den Überläufen 9 ist mittels der Halter 23 ein Düsenrohr 20 mit einem über die Reihe der Düsen 6 bzw. der Reihe der Kapillarenscharen 26 reichenden Schlitz 21 angebracht. Das Düsenrohr 20 wird über die Leitung 24 beidseitig mit einem schwachen Luftstrom beaufschlagt, der über ein Nadelventil (nicht dargestellt) eingestellt werden kann. Der Luftstrom 25 verläßt den Schlitz 21 (Auslaßöffnung 150 mm x 1 mm) linienförmig über die gesamte Breite und geneigt zur Badoberfläche 7, so daß die Kapillarenscharen unmittelbar vor ihrem Eintritt in das Fällbad mit dem Luftstrom in Berührung kommen. Die Schlitzdüse befindet sich etwa 10 mm oberhalb der Fällbadoberfläche.

[0019] Es wurde festgestellt, daß unter Benutzung der Vorrichtung nach den Figuren 2 und 3, jedoch zunächst ohne Luftanblasung der Kapillarenscharen mittels Einrichtung 20,21 in Richtung der Eintauchstelle der Kapillaren in das Spinnbad, und unter Verwendung von vier Monofildüsen, d.h. vier Hütchendüsen (0 = 12,5 mm) mit jeweils nur einer Bohrung von 200 µm Durchmesser die Breite des Spaltes a beim Spinnen zwischen 10 und 300 mm kontinuierlich verändert werden kann, ohne daß irgendwelche Spinnstörungen zu beobachten sind. Eine Spaltbreite a>300 mm ließ die Spinnapparatur nicht zu. Die Versuche wurden mit einer 12 Masse-%igen Celluloselösung in wässrigem N-Methylmorpholin-N-oxid (NMMO) durchgeführt, deren Relaxationszeitspektrum in Figur 1 dargestellt ist und deren λ_m bei 3,0 s lag. Zur Bestimmung der Relaxationszeit aus den rheologischen Daten der Cellulose-lösung wird auf Ch. Michels, Das Papier, (1998)1, S. 3-8, verwiesen. Die Abzugsgeschwindigkeit betrug 100 m/min. Eine Erhöhung der Abzugsgeschwindigkeit auf 300 m/min führte zum gleichen Ergebnis. Ersetzt man die Hürchendüsen durch solche mit jeweils 30 Bohrungen von 140 µm Durchmesser, so geht der maximale störungsfreie Spalt a auf ca. 40 bzw. 60 mm zurück.

[0020] Bei gleicher Anordnung, aber mit linearem, flächenförmigem Anblasen der Kapillarenscharen kurz vor dem Eintritt in das Fällbad ist eine deutliche Zunahme der maximal möglichen Spaltbreite a von ca. 40 auf 65 mm bzw. von ca. 60 auf 100 mm feststellbar. Neben der Zunahme des maximal möglichen Luftspaltes ist eine signifikante Beruhigung des Kapillarlaufes beim Eintritt in das Fällbad zu beobachten. Die Häufigkeit der Kapillarberührung wird deutlich geringer und damit auch die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Spinnstörungen.

[0021] Bei Einsatz von Düsen mit einem Düsenlochdurchmesser von 90 µm nimmt die maximal betriebssicher einstellbare Spaltbreite a zu, und bei Einsatz von Düsen mit einem Durchmesser von 200 µm nimmt diese Spaltbreite ab. Beim Übergang zu Hütchendüsen (θ = 20 mm) mit gleicher Bohrungszahl, d.h. abnehmender Kapillardichte, ist eine Zunahme des maximal einstellbaren Spaltes zu beobachten. Bei 30 Bohrungen pro Düse beträgt die Kapillardichte der kleinen Hütchendüse N = 47 cm^-2 und die der großen Hütchendüse 15 cm^-2. Mit der Kapillardichte von 15 cm^-2, aber sonst gleichen Bedingungen, erhöht sich die maximal mögliche Spaltbreite nochmals von ca. 65 auf 90 mm bzw. von 95 auf 130 mm. Diese Veränderungen können durch die oben genannte veränderte Gleichung IIa hinreichend beschrieben werden. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Spinnvorrichtung läßt sich daher die Kapillardichte steigern, ohne daß das Risiko des Auftretens von Spinnstörungen zunimmt. Für den Abstand zwischen zwischen zwei benachbarten Düsenlöchern gilt dann die empirische Beziehung IIIa.

[0022] Nähere Untersuchungen des linearen flächenförmigen Anblasens kurz vor Eintritt der Kapillarenscharen in das Fällbad machen deutlich, daß die weitgehend laminare Strömung der Luft in Richtung des Kapillarenlaufes eine deutliche Störung erfährt. Der Übergang an den Phasengrenzflächen Kapillar/Gas bzw. Luft und Kapillar/Fällbad ändert sich. Die Bewegung der Spinnbadoberfläche beim Eintauchen der Kapillaren erscheint ruhiger. Die Spinnstörungen, die ihren Anfang nahezu ausschließlich in der gegenseitigen Berührung der Kapillaren beim Eintritt in das Spinnbad nehmen, sind dadurch wesentlich unwahrscheinlicher.

[0023] Die Erfindung wird durch das folgende Beispiel näher erläutert.

Beispiel

[0024] Eine pressfeuchte Mischung (Trockengehalt 50,2%), bestehend aus 188 g Fichtensulfit-Zellstoff (Cuoxam-DP 480), 10 g Baumwoll-Linters-Zellstoff (Cuoxam-DP 1907) und 0,4 g Stabilisator wird in 1850 g NMMO (Trockengehalt 75%) dispergiert, in einen Kneter mit vertikaler Kneterwelle eingetragen, unter Vakuum und Scherung bei einer Temperatur von 90°C 1255 g Wasser abdestilliert und durch weiteres "Scherrühren" in eine mikroskopisch homogene Celluloselösung der Zusammensetzung 11,0 % Cellulose, 77,1 % NMMO und 11,9 % Wasser überführt. Die Relaxationszeit bei einer Spinntemperatur von 85°C betrug 3,0 s , die Nullscherviskosität 3450 Pa·s. Das Verformen der Lösung zu Fäden erfolgt in einer Kolbenspinnapparatur, deren warmwasserbeheizte Spinndüsenaufnahme entweder vier Spinnhütchen mit 12,5 mm (30 mm Teilung Düsenmitte zu Düsenmitte) bzw. 3 Spinnhütchen mit 20,0 mm Durchmesser (40 mm Teilung) aufnehmen kann. Unterhalb des Spinnteils befindet sich der Spinnkasten gemäß den Figuren 2 und 3.

[0025] Für jeden Versuch wurde die maximale Spaltbreite a_max ohne und erfindungsgemäß mit Luftanströmung festgestellt. Nach dem Spinnen wurden die Filamente aufgespult, gewaschen, zu Stapeln von 50 mm geschnitten, aviviert und getrocknet. Sie wurden dann der textilen Prüfung unterworfen. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 1 und 2 angegeben. Die Beaufschlagung mit Luft erfolgte in der oben an Hand der Figuren 2 und 3 beschriebenen Arbeitsweise. Die Düsenauslaßöffnung betrug 150 mm x 1 mm. Die Kapillaren wurden unmittelbar vor Eintritt in das Fällbad mit dem Luftstrom kontaktiert. Die Luftdüse war mit dem Schlitz schräg nach unten gerichtet. Die Schlitzdüse befand sich ca. 10 mm oberhalb der Fällbadoberfläche.

[0026] Aus den Tabellen ist ersichtlich, daß durch die Anblasung eine erhebliche Verbreiterung des Luftspalts a, nämlich um mindestens 50 % bis maximal 200 % möglich ist, ohne daß Störungen beim Spinnbetrieb auftreten. Damit geht eine erhebliche Verbesserung der Reißdehnung, trocken, und der Schlingenreißkraft einher.

Tabelle 1

	∅ Hütchen	∅ Bohrung	Kapillardichte	Abzugsgesch.	a max. [mm]
Nummer	[mm]	[mm]	cm-2	m/min	ohne	mit
1	12	0,200	---	100 / 300	> 300	> 300
2	12	0,140	47	100	40	60
3	12	0,140	47	300	60	90
4	20	0,140	15 5	100	40	80
5	20	0,140	15	300	60	130
6	20	0,140	15	500	80	180
7	12	0,090	47	100	40	70
8	12	0,090	47	300	60	105
9	20	0,090	350	100	10	30

Tabelle 2

Nummer	Feinheit [dtex]	Reißfestigkeit tr. [cN/tex)		Reißdehnung tr. [%]		Schlingenreißkraft [cN/tex]
		ohne	mit	ohne	mit	ohne	mit
1 1)	1,63	41.2		17,8		19,7
2	1,62	42,5	41,5	13,3	16,9	13,9	15.9
3	1,68	44,1	42,7	11,9	15,4	11,7	14,7
4	1,67	41,6	40,6	14,5	17,4	14,3	16,5
5	1,61	43,2	42,4	12,7	15,9	11,9	15,1
6	1,63	44,8	43,9	10,2	14,7	9,7	14,3
7	1,65	42,8	42,1	13,1	17,0	13,8	14,9
8	1,64	44,9	43,1	11,3	15,1	11,8	13,9
9	1,40	43,9	43,1	12,8	16,1	14,1	15,9

1) Nur 100 m/min Abzugsgeschwindigkeit

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Cellulosefasern oder -filamenten aus Zellstoff nach dem Trocken-Naßextrusionsverfahren mit wässrigen Aminoxiden, insbesondere N-Methylmorpholin-N-oxid als Lösungsmittel, bei dem man

a) Zellstoff oder eine Zellstoffmischung mit einem Cuoxam-DP in dem Bereich von 250 bis 3000 in wässrigem Aminoxid dispergiert,

b) die erhaltene Dispersion bei erhöhter Temperatur unter Wasserentzug und Scherung in eine homogene Lösung mit einer Nullscherviskosität in dem Bereich von 600 bis 6000 Pa·s und mit einer Relaxationszeit in dem Bereich von 0,3 bis 50 s, jeweils bei 85°C, überführt,

c) die Lösung wenigstens einer Spinndüse zuführt und zuvor durch eine der bzw. den Düse(n) gemeinsame Anströmkammer leitet, in der ihre Verweilzeit wenigstens gleich ihrer Relaxationszeit bei der Spinntemperatur ist,

d) die Lösung in jeder Spinndüse zu wenigstens einer Kapillaren verformt und die Kapillare(n) einer jeden Düse unter Verzug durch ein nicht ausfällendes Medium und anschließend unter Ausfällen der Cellulosefäden durch ein Fällbad führt, und

e) die Cellulosefäden an dem Ende der Fällbadstrecke durch Ablenkung von den Fällströmen trennt und die Fäden abzieht,

   dadurch gekennzeichnet, daß man in der Stufe d) die Kapillarenschar(en) kurz vor ihrem Eintritt in das Fällbad mit einem Gas unter einem Winkel α zur Kapillarenlaufrichtung in dem Bereich 45°< α < 90° anströmt.

2. Verfahren zur Herstellung von Cellulosefasern oder -filamenten aus Zellstoff nach dem Trocken-Naßextrusionsverfahren mit wässrigen Aminoxiden, insbesondere N-Methylmorpholin-N-oxid als Lösungsmittel, bei dem man

a) Zellstoff oder eine Zellstoffmischung mit einem Cuoxam-DP in dem Bereich von 250 bis 3000 in wässrigem Aminoxid dispergiert,

b) die erhaltene Dispersion bei erhöhter Temperatur unter Wasserentzug und Scherung in eine homogene Lösung mit einer Nullscherviskosität in dem Bereich von 600 bis 6000 Pa·s und mit einer Relaxationszeit in dem Bereich von 0,3 bis 50 s, jeweils bei 85°C, überführt,

c) die Lösung wenigstens einer Spinndüse zuführt und zuvor durch eine der bzw. den Düse(n) gemeinsame Anströmkammer leitet, in der ihre Verweilzeit wenigstens gleich ihrer Relaxationszeit bei der Spinntemperatur ist,

d) die Lösung in jeder Spinndüse zu wenigstens einer Kapillaren verformt und die Kapillare(n) einer jeden Düse unter Verzug durch ein nicht ausfällendes Medium und anschließend unter Ausfällen der Cellulosefäden durch ein Fällbad führt, und

e) die Cellulosefäden an dem Ende der Fällbadstrecke durch Ablenkung von den Fällströmen trennt und die Fäden abzieht,

   dadurch gekennzeichnet, daß man in der Stufe d) die Kapillarenscharen unmittelbar vor ihrem Eintritt in das Fällbad mit einem Gas anströmt, wobei der Gasstrom und das Fällbad an der Grenzfläche zum Gasspalt gleichgerichtete Strömungskomponenten aufweisen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Kapillarenscharen mit einem flachen, ebenen, über die gesamte Breite der Kapillarenscharen reichenden Gasstrom anströmt.

4. Vorrichtung zur Herstellung von Cellulosefasern oder -filamenten aus Zellstoff nach dem Trocken-Naßextrusionsverfahren mit wässrigen Aminoxiden als Lösungsmittel, mit
   einem Spinnpaket mit einer Spinndüsenplatte, Spinndüsen und einer oberhalb der Spinndüsenplatte und der Spinndüsen angeordneten, gemeinsamen Anströmkammer, deren Volumen der Beziehung

genügt, worin V das Volumen der Anströmkammer in cm³, v̇_L den Volumenstrom der Celluloselösung in cm³/s und λ_m die Relaxationszeit am Häufigkeitsmaximum des Relaxationsspektrums der Spinnlösung bedeuten,
   einem Fällbad in zwei durch eine Fällbadpumpe verbundenen Behältern,
   einem Spalt a zwischen den Spinndüsen (6) und der Fällbadoberfläche (7) in dem oberen der beiden Behälter, und
   einer Abzugsgalette,
   dadurch gekennzeichnet, daß in dem Spalt a wenigstens eine Breitschlitzdüse mit einem unter einem Winkel α zur Kapillarenlaufrichtung in dem Bereich 45°<α <90° gerichteten Düsenschlitz (21) zur Anströmung der Kapillaren (26) vor ihrem Eintritt in das Fällbad angeordnet ist, und wobei die Breite des Spalts a und die Relaxationszeit der Spinnlösung die Beziehung

erfüllen, in der a die Spaltbreite in mm, λ_m die Relaxationszeit am Häufigkeitsmaximum des Relaxationsspektrums der Spinnlösung, v_a die Abzugsgeschwindigkeit in m/min, N die Kapillardichte in cm^-2 und D den Düsenlochdurchmesser in mm bedeuten.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Badbehälter (1) einerseits der Kapillarenscharen (26) wenigstens eine Zulauföffnung (19) und andererseits der Kapillarenscharen wenigstens einen Überlauf (9) aufweist und die Breitschlitzdüse in Bezug auf die Reihe der Kapillarenscharen (26) auf der gleichen Seite wie die Zulauföffnung(en) (19) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Breitschlitzdüse mit wenigstens einem Überlauf (9) mechanisch verbunden ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dimensionierungen der Spinndüsen (6), der Spaltbreite a und der Fällbadstrecke w der Beziehung

genügen, in der x den Abstand zwischen zwei benachbarten Düsenlöchern, a die Luftspaltbreite, w die Länge der Fällbadstrecke und D den Düsenlochdurchmesser bedeuten.

Claims

1. A method for the production of cellulose fibers or filaments from cellulose according to the dry-wet-extrusion method with an aqueous amine oxide, in particular N-Methylmorpholin-N-oxid, as a solvent, by:

a) dispersing cellulose, or a mixture of celluloses, with a Cuoxam-DP in the range of 250 to 3000 in aqueous amine oxide to form a dispersion;

b) converting the dispersion at an increased temperature under dehydration and shearing into a solution with a zero shear viscosity in the range of 600 to 6000 Pa·s and with a relaxation time in the range of 0.3 to 50 s, at 85° C. respectively;

c) supplying the solution to at least one spinning nozzle and in advance guiding the solution through an impaction chamber connected to said nozzle(s), where the dwelling time of the solution is at least equal to its relaxation time at the spinning temperature;

d) forming the solution in each nozzle to at least one capillary assemblage and guiding the capillary assemblage(s), under draught through a non-precipitating medium and then through a downstream spinning bath with a precipitating medium for precipitation of cellulose threads;

e) separating precipitated cellulose threads from a flow of the precipitating medium by deflection at the end of the spinning bath drawing frame and drawing the threads off,

characterised in that
in step d) the capillary assemblage(s) is (are) impacted with a gas under an angle α to the direction of the capillary run in a range of 45°<α<90° shortly before the capillary assemblage(s) enters the downstream spinning bath.

2. A method for the production of cellulose fibers or filaments from cellulose according to the dry-wet-extrusion method with an aqueous amine oxide, in particular N-Methylmorpholin-N-oxid, as a solvent, by:

a) dispersing cellulose, or a mixture of celluloses, with a Cuoxam-DP in the range of 250 to 3000 in aqueous amine oxide to form a dispersion;

b) converting the dispersion at an increased temperature under dehydration and shearing into a homogeneous solution with a zero shear viscosity in the range of 600 to 6000 Pa·s and with a relaxation time in the range of 0.3 to 50 s, at 85° C. respectively;

c) supplying the solution to at least one spinning nozzle and in advance guiding the solution through an impaction chamber connected to said nozzle(s), where the dwelling time of the solution is at least equal to its relaxation time at the spinning temperature;

d) forming the solution in each nozzle to at least one capillary assemblage and guiding the capillary assemblage(s), under draught through a non-precipitating medium and then through a downstream spinning bath with a precipitating medium for precipitation of cellulose threads;

e) separating precipitated cellulose threads from a flow of the precipitating medium by deflection at the end of the spinning bath drawing frame and drawing the threads off,

characterised in that
in step d) the capillary assemblage(s) is (are) impacted with a gas shortly before the capillary assemblage(s) enters the downstream spinning bath, whereby the gas flow and the spinning bath have parallel flow components at the gas gap boundary.

3. The method according to claim 1 or 2, characterised in that the capillary assemblage(s) is (are) impacted by a flat, level gas flow that reaches across the entire width of the capillary assemblage(s).

4. A device for the production of cellulose fibers or filaments from cellulose according to the dry-wet-extrusion method with aqueous amine oxides as solvents, with
a spinning package with a spinning plate, spinning nozzles and arranged above the spinning plate and the spinning nozzles a shared impaction chamber, wherein the impaction chamber has a volume according to the following equation

wherein V represents the volume of the impaction chamber in cm³, v_L the volume flow of the cellulose solution in cm³/s and λ_m the relaxation time at the frequency maximum of the relaxation spectrum of the spinning solution,
a spinning bath in two vessels linked via a spinning bath pump;
a gap positioned between the spinning nozzle(s) (6) and the surface of the spinning bath (7) of the upper of the two vessels and
(d) a drawing-off godet, characterised in that
at least one wide-slot nozzle is arranged in the gap to impact the capillary assemblage(s) with a gas flow directed under an angle λ in relation to the capillary assemblage running direction in the range 45°<λ<90° before the at least one capillary assemblage enters the spinning bath and wherein the gas gap has a width according to the equation

wherein a represents the width of the gap in mm, λ_m represents the relaxation time at the frequency maximum of the relaxation spectrum of a spinning solution, ν_a represents the drawing-off speed in m/min, N represents the capillary density in cm^-2 and D represents the diameter of a nozzle hole in mm.

5. The device according to claim 4, characterised in that the upper bath container (1) features on one side of the capillary assemblages (26) at least one inlet opening (19) and on the other side of the capillary assemblages (26) at least one overflow (9) and that the wide-slot nozzle is arranged on the same side as the inlet opening(s) (19) with respect to the flow of capillary assemblages (26).

6. The device according to claim 4 or 5, characterised in that the wide-slot nozzle is mechanically connected to the at least one overflow (9).

7. The device according to one of the claims 4 to 6, characterised in that the dimensions of the spinning nozzle(s) (6), the width of the gap a, and the spinning bath drawing frame length w meet the equation

wherein x represents the distance between two adjacent nozzle holes, a represents the width of the air gap, w represents the length of the spinning bath drawing frame and D represents the diameter of the nozzle hole.

Revendications

1. Procédé pour la fabrication de fibres ou de fils continus de cellulose manufacturés en pâte de cellulose obtenue suivant le procédé d'extrusion sec-humide à oxydes d'amine aqueux, en particulier le N-oxyde de N-méthylmorpholine comme solvant, avec lequel

a) la cellulose ou un mélange de cellulose et de cuproammoniaque DP dans la gamme de 250 à 3000, sera dispersée dans un oxyde d'amine aqueux,

b) la dispersion obtenue sera transformée en une solution homogène d'une viscosité de cisaillement nulle dans la gamme de 600 à 6000 Pa • s à température plus élevée sous hydroextraction et cisaillement avec une période de relaxation de 0,3 à 50 s, à une température de 85°C chaque fois,

c) la solution sera transférée à une filière au moins, en la faisant passer au préalable par une chambre d'affluence commune de l'une ou des filières, dans laquelle elle restera à la température de filage pour un temps au moins égal à son temps de relaxation,

d) la solution sera formée dans chaque filière en un tube capillaire au moins et les tubes capillaires de chaque filière seront transférés par étirage dans un milieu non précipitant et traverseront ensuite un bain précipitant qui provoquera la précipitation des filaments de cellulose, et

e) les filaments de cellulose seront séparés à la fin du parcours du bain précipitant par déviation des courants de précipitation et la levée des fils sera effectuée,

caractérisé par le fait qu'au cours de l'étape d) un gaz est soufflé sur le faisceau de tubes capillaires pour leur redressement, juste avant leur accès dans le bain précipitant, sous un angle α dans la gamme de 45°< α < 90°.

2. Procédé pour la fabrication de fibres ou de fils continus de cellulose manufacturés en pâte de cellulose obtenue suivant le procédé d'extrusion sec-humide à oxydes d'amine aqueux, en particulier le N-oxyde de N-méthylmorpholine comme solvant, avec lequel

a) la cellulose ou un mélange de cellulose et de cuproammoniaque DP dans la gamme de 250 à 3000, sera dispersée dans un oxyde d'amine aqueux,

b) la dispersion obtenue sera transformée en une solution homogène d'une viscosité de cisaillement nulle dans la gamme de 600 à 6000 Pa • s à température plus élevée sous hydroextraction et cisaillement avec une période de relaxation de 0,3 à 50 s, à une température de 85°C chaque fois,

c) la solution sera transférée à une filière au moins, en la faisant passer au préalable par une chambre d'affluence commune de l'une ou des filières, dans laquelle elle restera à la température de filage pour un temps au moins égal à son temps de relaxation,

d) la solution sera formée dans chaque filière en un tube capillaire au moins et les tubes capillaires de chaque filière seront transférés par étirage dans un milieu non précipitant et traverseront ensuite un bain précipitant qui provoquera la précipitation des filaments de cellulose, et

e) les filaments de cellulose seront séparés à la fin du parcours du bain précipitant par déviation des courants de précipitation et la levée des fils sera effectuée,

caractérisé par le fait qu'au cours de l'étape d) un gaz est soufflé sur le faisceau de tubes capillaires directement avant leur accès au bain précipitant, où le flux du gaz et le bain précipitant présentent à la surface limite du craquage du gaz des directions de courant parallèles.

3. Procédé conformément à la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'un courant de gaz est soufflé à fleur de surface sur toute la largeur du faisceau de tubes capillaires.

4. Équipement pour la fabrication de fibres et fils continus de cellulose produits avec la pâte de cellulose obtenue suivant le procédé d'extrusion sec-humide à oxydes d'amine aqueux comme solvant, comprenant
   une unité de filage composée d'une plaque à filières, de filières et d'une chambre d'affluence commune qui est montée au-dessus de la plaque à filières et des filières, dont le volume correspond à

dont V signifie le volume en cm³ de la chambre d'affluence, ν̇_L le flux du volume de la solution de cellulose en cm³/s et λ_m le temps de relaxation au maximum de fréquence dans la gamme de relaxation de la solution de filage,
   un bain précipitant de deux réservoirs reliés par une pompe adéquate,
   un espace a entre les filières (6) et la surface du bain précipitant (7) dans le réservoir placé au-dessus de l'autre, et
   une galette de levée,
   caractérisé par le fait que dans l'espace a , au moins une filière à large fente soit aménagée pour le redressement des capillaires sous un angle α dans une marge de 45°< α < 90° avec une fente de filière (21) montée pour le soufflage sur les capillaires (26) avant leur accès dans le bain précipitant, et dont la largeur de l'espace a et le temps de relaxation de la solution de filage correspondent à la formule

dans laquelle a représente la largeur de l'espace en mm, λ_m le temps de relaxation au maximum de fréquence dans la gamme de relaxation de la solution de filage, v_a la vitesse de levée en m/min, N la densité des tubes capillaires en cm ^-2 et D le diamètre de perforation de la filière en mm.

5. Équipement conformément à la revendication 4, caractérisé par le fait que le réservoir supérieur (1) présente d'un coté du faisceau de tubes capillaires au moins une ouverture d'accès (19) et de l'autre coté du faisceau des tubes capillaires au moins un débordement (9) et que la filière à large fente soit aménagée par rapport à la rangée des faisceaux de tubes capillaires sur le même coté que I' (les) ouverture(s) d'accès.

6. Équipement conformément aux revendications 4 ou 5, caractérisé par le fait que la filière à large fente est reliée mécaniquement avec au moins un débordement (9).

7. Équipement conformément aux revendications de 4 à 6, caractérisé par le fait que les dimensionnements des filières (6) de la largeur de l'espace a et du parcours du bain précipitant w correspondent à la formule

dont x représente l'espace entre deux perforations de filières voisines, a la largeur de l'espace d'air, w la longueur de parcours du bain précipitant et D le diamètre de perforation des filières.

Zeichnung