Patentanmeldung

Fullfaser mit verbessertem öffnungsverhalten, Verfahren zu deren Herstellung und deren

Verwendung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer cellulosischen Faser, insbesondere einer Lyocell-Faser, die aufgrund ihres verbesserten Offnungsverhaltens besonders gut zur Mischung mit Federn, insbesondere mit Daunen geeignet ist, eine solche Fullfaser sowie die Verwendung dieser Fullfaser in Mischungen, sowie Bettwaren und Bekleidung, die mit diesen Mischungen gefüllt sind

Als Fullfasern in Mischung mit Daunen und Federn sind Kurzschnittfasern aus schmelzextrudierten, synthetischen Polymeren wie Polyester, Polymilchsaure und andere bekannt und weithin eingesetzt

Cellulosische Fasern, insbesondere die von der BISFA (The International Bureau for the Standardisation of Man Made Fibres) mit dem Gattungsnamen Lyocell bezeichneten hsungsmitteigesponnenen Fasern sind seit langem bekannt und werden seit Jahren in großtechnischem Maßstab hergestellt Bei der Herstellung von Lyocellfasern wird als Losungsmittel ein tertiäres Aminoxid, insbesondere N-Methylmorpholιn-N-Oxιd (NMMO) verwendet Ebenfalls geeignet als Losungsmittel sind ionische Flüssigkeiten

Die Losung der Cellulose wird in diesen Verfahren üblicherweise mittels eines Formwerkzeugs extrudiert und dabei ausgeformt Die ausgeformte Losung gelangt beispielsweise in einem sogenannten Trocken-Naß-Spinnverfahren über einen Luftspalt in ein Fallbad, wo durch Ausfallen der Losung der Formkorper erhalten wird Der Formkorper wird gewaschen und ggf nach weiteren Behandlungsschπtten getrocknet Ein Verfahren zur Herstellung von Lyocellfasern ist z B in der US 4 246,221 beschrieben

Es wurde auch bereits vorgeschlagen, Lyocellfasern als Fullfasern in Form von Vliesen in Steppdecken und als Ballchen in Kissen zu verwenden So werden beispielsweise in WO 99/16705 als geeignete Fullfasertypen gekräuselte Lyocell-Stapelfasern für Vliese und Ballchen beschrieben Diese Publikation macht jedoch keinerlei Angaben zum Fasertiter zur Schnittlange der Fasern oder zu Oberflachenbehandlungen Auch auf das öffnungsverhalten der Fasern und daraus resultierende Probleme geht die WO 99/16705 nicht ein

In der WO 2004/070093 A2 werden Lyocellfasern mit einem Titer von 6,7 dtex und einer Schnittlänge von 11 mm als Mischungspartner für Federn und Daunen vorgeschlagen. Die Mischung von Lyocell und Federn bzw. Daunen erfolgt in einem Naßmischverfahren. Zum öffnungsverhalten der Lyocellfasern und damit verbundene Probleme enthält die WO 2004/070093 A2 keinerlei Hinweise.

In der WO 2004/023943 werden darüber hinaus Lyocellfasern im Titerbereich von 0,7 bis 8,0 dtex und einer Schnittlänge von 5 bis 100 mm zur Verwendung als Füllmaterial für Einwegsteppdecken, die aus reinem Lyocell oder auch aus Mischungen mit anderen, vorzugsweise biologisch abbaubaren Kunstfasern bestehen, ausführlich beschrieben. Lyocell als Mischungspartner für Federn und Daunen wird nur beiläufig vorgeschlagen, ohne näher auf die damit verbundenen Verarbeitungsprobleme hinzuweisen oder gar eine Lösung für solche Probleme zu offenbaren.

Aus der WO 2005/007945 ist die Verwendung von Lyocell-Stapelfasem mit einer Wertzahl des Verhältnisses von Titer (in dtex) zu Schnittlänge (in mm) von 0,10 oder mehr als Füllfaser für Decken, Polster, Kissen, Matratzen oder Vlieses für Polstermöbel bekannt. Auch die Verwendung solcher Fasern zur Mischung mit Fasern anderer Fasergattungen oder mit Daunen und Federn ist dort beschrieben.

Die Herstellung der aus diesem Stand der Technik bekannten Fasern für Daunenmischungen erfolgt, z. B. gemäß EP 797 696, indem die gesponnenen Filamente direkt nach dem Spinnen im nassen Zustand zu Stapelfasern geschnitten und anschließend als Vlies einer kontinuierlichen Nachbehandlung zugeführt werden. Nach einer Wäsche zur Entfernung von restlichem NMMO und Avivierung werden die Fasern getrocknet und in einer Presse zu Ballen verpackt, wobei Drücke von bis zu 220 bar erreicht werden. Diese Art der Faserherstellung, -nachbehandlung und -Verpackung entspricht der von ähnlichen Fasern, die später für Anwendungen in Garnen oder Nonwovens eingesetzt werden. Eine geringere Verpressung ist aus logistischen und wirtschaftlichen Gründen nicht möglich.

Die Verarbeiter von Daunen und Federn verfügen jedoch im Allgemeinen nicht über die sonst in der Textilherstellung üblichen zusätzlichen öffnungsaggregate. Die als Mischungsfasern weithin eingesetzten synthetischen Fasern wie Polyester lassen sich leicht öffnen, so dass für die Verarbeitung solcher Fasern keine aggressiven

öffnungsaggregate verwendet werden müssen. Der Großteil der Daunen und Federn wird im Trockenzustand verarbeitet, wobei als Aggregate Ventilatoren und Blasleitungen zum

öffnen, Mischen und Transportieren verwendet werden Werden jetzt die nach dem oben genannten Verfahren bekannten Lyocellfasern als Mischungspartner eingesetzt, so kommt es aufgrund der starken Verpressung im Ballen zu einer mangelhaften öffnung der Fasern Dabei können größere Gebilde aus ungewollt verfestigten Fasern in die darauf folgenden Verarbeitungsmaschinen gelangen und deren empfindliche Teile zerstören Eine homogene Mischung mit Daunen und Federn ist mit diesen Fasern nicht möglich Auch die WO 2005/007945 geht nicht auf das Problem der mangelhaften Offnungsmoglichkeiten eines in handelsüblicher Weise gepressten Faserballens mit den bei Daunenverarbeitern vorhandenen Geraten ein

Aufgabe

Gegenüber dem bekannten Stand der Technik bestand die Aufgabe der vorliegenden Erfindung daher dann, eine Faser zur Verfugung zu stellen, die sich auch ohne die Anwendung der in der Textilindustrie üblichen Offnungsaggregate offnen und anschließend zu einer homogenen Mischung mit Daunen und Federn verarbeiten lasst

Eine weitere Aufgabe bestand dann, ein Verfahren zur Verfugung zu stellen, mit dem eine Faser hergestellt werden kann, die sich auch ohne die Anwendung der in der Textilindustrie üblichen Offnungsaggregate offnen und anschließend zu einer homogenen Mischung mit Daunen und Federn verarbeiten lasst

Losung

Diese Aufgabe konnte durch eine cellulosische Fullfaser mit einem Einzelfasertiter von 0,7 bis 6,0 dtex bevorzugt 0,8 bis 3,0 dtex, gelost werden, die eine in einer Stauchkammer erzeugte Kräuselung mit einer Bogenzahl von mindestens 18 Bogen/10cm sowie eine Avivageauflage aufweist Diese Fasern weisen auch nach einer starken Verpressung in einem handelsüblichen Faserballen ein hervorragendes Offnungsverhalten mit einfachen Aggregaten auf was sich in dem praxisnahen sogenannten Blowbox-Test feststellen lasst

Fasern mit einem Einzelfasertiter der deutlich geringer als 0 7 dtex ist sind für die beabsichtigte Verwendung als Fullfaser zu fein da sie beispielsweise keine genugende Bauschfahigkeit aufweisen Fasern mit einem Einzelfasertiter von wesentlich mehr als 6,0 dtex sind zu dick und steif und ergeben daher keine weiche Füllung mehr wie sie von einem Produkt mit Daunen und/oder Federn vom Verbraucher gefordert wird

Die Stauchkammerkräuselung erfolgte nach dem in WO 95/24520 beschriebenen Verfahren. überraschenderweise wurde gefunden, dass diese Fasern bessere öffnungseigenschaften aufweisen als Lyocellfasern, die mittels der oben genannten Vliesnachbehandlung produziert wurden. Insbesondere war überraschend, dass sich eine in einer Stauchkammer gekräuselte Faser wesentlich besser öffnen ließ als eine in einer Vliesnachbehandlung gekräuselte Faser. '

An dieser Stelle muss ausdrücklich betont werden, dass sich eine in einer Stauchkammer gekräuselte Faser deutlich von einer in einer Vliesnachbehandlung gekräuselten Faser unterscheidet. Beispielsweise sind in einer gemäß der EP 797 696 im Vlies gekräuselten Faser dauerhafte Quetschstellen vorhanden, die im Polarisationsmikroskop deutlich sichtbar sind. Während eine solche Vlieskräuselung für verschiedene textile und sonstige Anwendungen vorteilhaft ist, hat sie für das Gebiet der vorliegenden Erfindung den Nachteil eines schlechteren Offnungsverhaltens

Die erfindungsgemaße Fullfaser weist bevorzugt eine Bogenzahl von 18 bis 50 Bögen/10cm, besonders bevorzugt eine Bogenzahl von 18 bis 40 Bogen/10cm auf. Eine geringere Bogenzahl ergibt eine zu geringe Bauschigkeit der Fullfaser, wahrend höhere als die genannten Bogenzahlen das Offnungsverhalten wiederum verschlechtern, da mehr Verhakungen zwischen den einzelnen Fasern entstehen können

Sie weist außerdem bevorzugt eine Avivageauflage von 0,3 bis 3,0 Gew %, bezogen auf die Gesamtmasse der avivierten Faser auf Wahrend geringere Avivageauflagen zu einem schlechteren Gleitverhalten und damit zu einem schlechteren Offnungsverhalten fuhren, sind höhere Avivageauflagen zum einen aufgrund des höheren Chemikalienverbrauchs teurer, hinterlassen einen zu feuchten bzw schmierigen Griff der Fasern und verschlechtern ebenfalls das Offnungs- und Weiterverarbeitungsverhalten

Als Avivage für diese Fullfaser ist eine aminofunktionalisierte Avivage besonders bevorzugt Die Aminogruppen in der Avivage tragen wesentlich zur Einstellung des für die erfindungsgemaße Füllfaser wichtigen Gleitverhaltens bei, das das gute Offnungsverhalten und den notwendigen Bausch ermöglicht Die Art der Funktionalisierung hat größeren Emfluss auf das Gleitverhalten als die Grundsubstanz der Avivage

Als Grundsubstanz der Avivage kommen alle hierfür bekannten chemischen Verbindungen in Frage, beispielsweise Silikonole oder Avivagen auf Basis von Fettsauren Bevorzugt ist für die vorliegende Erfindung jedoch ein Silikonol, da dieses die

beste Permanenz aufweist Unter Permanenz soll hier die Fähigkeit verstanden werden, möglichst lange auf der Faser zu verbleiben, beispielsweise auch nach mehreren Waschvorgangen

Großen Einfluss auf die gute Offnungs- und Verarbeitungsfahigkeit der erfindungsgemaßen Fullfaser hat die Stapelfaserlange, auch Schnittlange genannt überraschenderweise wurde gefunden, dass erfindungsgemaße Fullfasern mit einer Stapelfaserlange zwischen 6 und 20 mm die besten Eigenschaften aufweisen Zu große Stapelfaserlangen fuhren zu mehr Verhakungen und damit zu einer Verschlechterung des Offnungsverhaltens Das in der Stauchkammer gekräuselte Faserkabel wird im gestreckten Zustand, d h unter Spannung durch handelsübliche Schneidmaschinen, in denen die Schnittlange zuvor fest eingestellt wird, geschnitten

überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass sich mit dem sogenannten Blowbox- Test ermitteln lasst , ob eine Faser für die Verwendung als Fullfaser mit einem guten Offnungsverhalten gut geeignet ist Dies ist von großer Bedeutung bei der Sicherung der Produktqualltat Ein schlechtes Offnungsverhalten fuhrt zu Reklamationen der Kunden, da diese, wie bereits oben beschrieben mit den bei ihnen vorhandenen Aggregaten die Faserballen gar nicht oder nur unzureichend offnen und daher gelieferte Fasern mit schlechtem Offnungsverhalten nicht verarbeiten können Schlecht geöffnete Fasern können auch zu Schaden an den empfindlichen Weiterverarbeitungsmaschinen der Fullfaserverarbeiter und damit zu Regressanspruchen gegenüber dem Faserhersteller fuhren

Je großer das Blowbox-Hohenverhaltnis ist, desto leichter lasst sich die Faser mit den bei Fullfaserverarbeitern üblicherweise vorhandenen Aggregaten offnen Bevorzugt weisen daher die erfindungsgemaßen Fullfasern ein Blowbox-Hohenverhaltnis zwischen 4 und 15, besonders bevorzugt zwischen 6 und 14 auf

Die weitere Aufgabe wird gelost durch ein Verfahren zur Herstellung einer cellulosischen Fullfaser mit einem Einzelfasertiter von 0,7 bis 6,0 dtex, bevorzugt 0,8 bis 3,0 dtex bestehend aus den Schritten

a Herstellung einer cellulosehaltigen Spinnlosung

b Verspinnen der Spinnlosung zu einem Faserkabel,

c Kabelnachbehandlung mit Waschen, Trocknen, Krausein und Avivieren,

wobei das Kabel in einer Stauchkammer zu einer Bogenzahl von mindestens 18 Bögen/10cm gekräuselt und anschließend geschnitten wird und die geschnittene Füllfaser ein Blowbox-Höhenverhältnis zwischen 4 und 15, bevorzugt zwischen 6 und 14 aufweist.

Im erfindungsgemäßen Verfahren wird bevorzugt eine aminofunktionalisierfe Avivage eingesetzt.

Die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Avivage ist bevorzugt ein Silikonöl.

Maßgeblich für die öffnungs- und Weiterverarbeitungseigenschaften der Füllfaser ist auch deren Avivageauflage. Sie sollte zwischen 0,3 und 3,0 Gew.%, bezogen auf die Gesamtmasse der avivierten Faser betragen.

Bevorzugt werden die Fasern in einem Trocken-Naß-Spinnverfahren, beispielsweise einem der bekannten Lyocell-Verfahren mit wässrigen Aminoxiden oder ionischen Flüssigkeiten als Lösungsmittel für die Cellulose, gesponnen.

Die Aufgabe wird auch gelöst durch die Verwendung einer cellulosischen Füllfaser mit einem Einzelfasertiter von 0,7 bis 6,0 dtex, bevorzugt 0,8 bis 3,0 dtex, die eine in einer Stauchkammer erzeugte Kräuselung mit einer Bogenzahl von mindestens 18 Bögen/10cm sowie eine Avivageauflage aufweist, als Füllmaterial in Bettwaren und Bekleidung.

Bevorzugt weist die hierfür verwendete cellulosische Füllfaser ein Blowbox- Höhenverhältnis zwischen 4 und 15, bevorzugt zwischen 6 und 14 auf.

Sie kann in Mischung mit Daunen und/oder Federn oder auch in Mischung mit Polyester, Polymilchsäure und/oder Polypropylen eingesetzt werden. Auch der Einsatz in Mischung mit Naturfasern wie Kapok oder Pappelflaum ist möglich.

Bestimmung der Bogenzahl:

Die Bogenzahl wird mit dem in WO 95/24520 beschriebenen Verfahren bestimmt.

Blowbox-Test:

Die für die Verwendung als Füllfaser in Mischung mit Daunen und Federn praxisrelevanten öffnungseigenschaften können im Labormaßstab mit der im Folgenden beschriebenen Methode, dem sogenannten Blowbox-Test geprüft werden: Die Blowbox ist ein rechteckiger Metallbehälter, der an der Unterseite offen und an der Oberseite mit einem luftdurchlässigen Sieb abgedeckt ist. Die Abmessungen der Blowbox betragen 20 x 15 x 20 cm (Länge x Breite x Höhe, d. h. 6 I Volumen). An der Oberfläche befindet sich ein luftdurchlässiges Metallsieb mit einer Maschengröße von ca. 0,8 mm.

Durch das Sieb wird mittels einer Düse ein konstanter Luftstrahl eingebracht, der die Faser aufwirbelt Die überschüssige Luft entweicht ebenfalls durch das Sieb

Die Ermittlung der Offnungseigenschaften wird folgendermaßen durchgeführt, wobei zur Ermittlung verlasslicher Ergebnisse stets der Mittelwert aus jeweils zwei Versuchen gebildet wird

Bestimmung der Ausgangshohe

5 g einer von Hand aus einem gepressten Ballen entnommenen, also nicht maschinell geöffneten Faser werden zunächst gemäß der BISFA-Vorschπften (BISFA-Booklet

„Testing methods viscose, modal, lyocell and acetate, staple fibres and tows", Ausgabe 2004) in der Standardatmosphare (20°C, 65% relative Luftfeuchte) konditioniert und danach behutsam in ein 3000 ml Becherglas mit einem Durchmesser von 14,5 cm übergeführt und die Fullhohe gemessen

Diese Fasern werden anschließend in die Blowbox gegeben über eine Düse, deren Dusenkopf um 45° geneigt 6 cm vom rechten Rand entfernt in Richtung Blowboxmitte angesetzt wird (Abbildung 2), wird mit einem Querschnitt von 4mm im Abstand von 1 cm über dem Sieb Luft eingeblasen, wodurch die Fasern aufgewirbelt und geöffnet werden Die Druckluftdurchflussmenge wird auf 8,4 Nm3 /h eingestellt, der Dusenquerschnitt muss 4mm betragen Die Blaszeit pro Anwendung betragt 60 sec

Berechnung der Blowbox-Hohe

Die zuvor mit der Blowbox geöffneten Fasern werden anschließend behutsam wieder in das 3000 ml Becherglas mit einem Durchmesser von 14,5 cm übergeführt und die Fullhohe erneut gemessen (Abbildung 3)

Bestimmung des Blowbox-Hohenverhaltnisses

Das Blowbox-Hohenverhaltnis ist der Quotient aus Blowbox-Hohe und Ausgangshohe

Zusatzlich wird die Offnungsgute der Fasern nach folgendem Notenschlüssel visuell beurteilt

Note 1 Keine öffnung

Note 5 Die Hälfte der Fasern sind geöffnet Note 10 Alle Fasern sind geöffnet

Abbildung 4 zeigt beispielsweise Fasern mit der Note 9 für die Offnungsgute

Beispiele:

Beispiel 1 (Vergleich):

Lyocellfasern mit einem Einzelfasertiter von 1,7 dtex wurden nach dem bekannten Verfahren durch Extrusion einer Lösung von Cellulose in wässrigem Aminoxid geformt, in einem Trocken-Naß-Spinnverfahren koaguliert und in einer Vliesnachbehandlung, gemäß dem Stand der Technik geschnitten, gewaschen, getrocknet und und mit einem Silikonöl aviviert, so dass sie eine Avivageauflage zwischen 0,8 und 1 ,2 Gew.% hatten. Ein einzelner Wert lässt sich für diesen Parameter nicht angeben, da auch bei sorgfältiger Aufbringung der Avivage die Auflage im Faservlies innerhalb gewisser Grenzen schwankt. Die Fasern wurden in einer handelsüblichen Autefa-Ballenpresse im Produktionsmaßstab zu Ballen gepresst. Proben wurden anschließend gemäß der oben beschriebenen Methode genommen.

Erfindungsgemäße Beispiele 2 und 3:

Lyocellfasern mit einem Einzelfasertiter von 1 ,7 dtex wurden nach einem bekannten Verfahren durch Extrusion einer Lösung von Cellulose in wässrigem Aminoxid geformt, in einem Trocken-Naß-Spinnverfabren koaguliert und in einer KabeJήacbbehandJung gewaschen, getrocknet, in einer Stauchkammerkräuselung gekräuselt und mit einem aminofunktionalisierten Silikonöl Type Wacker finish CT96E aviviert, so dass sie eine Avivageauflage zwischen 0,7 und 0,9 Gew.% hatten. Erst danach wurde das Kabel geschnitten. Die Fasern wurden in einer handelsüblichen Autefa-Ballenpresse im Produktionsmaßstab zu Ballen gepresst. Proben wurden anschließend gemäß der oben beschriebenen Methode genommen. Die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Fasern zeigen ein wesentlich besseres öffnungsverhalten als die aus dem Stand der Technik.