Rayon

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Hintergrund

Seit Jahrhunderten ist die Menschheit auf verschiedene Pflanzen und Tiere angewiesen, um die Rohstoffe für Stoffe und Kleidung zu liefern. Seidenraupen, Schafe, Biber, Büffelhirsche und sogar Palmblätter sind nur einige der natürlichen Ressourcen, die verwendet wurden, um diesen Bedarf zu decken. Im letzten Jahrhundert haben sich Wissenschaftler jedoch der Chemie und Technologie zugewandt, um viele der Stoffe zu entwickeln und zu verbessern, die wir heute für selbstverständlich halten.

Es gibt zwei Hauptkategorien von Chemiefasern:solche, die aus Naturprodukten hergestellt werden (Cellulosefasern) und solche, die ausschließlich aus chemischen Verbindungen synthetisiert werden (nichtcellulosehaltige Polymerfasern). Rayon ist ein Material auf natürlicher Basis, das aus der Zellulose von Zellstoff oder Baumwolle hergestellt wird. Diese natürliche Basis verleiht ihm viele der Eigenschaften – niedrige Kosten, Vielfalt und Komfort – die zu seiner Popularität und seinem Erfolg geführt haben. Rayon gilt heute als eine der vielseitigsten und wirtschaftlichsten Chemiefasern auf dem Markt. Es wurde "das erste Geschenk des Labors an den Webstuhl" genannt.

In den 1860er Jahren wurde die französische Seidenindustrie von einer Seidenraupenkrankheit bedroht. Louis Pasteur und Graf Hilaire de Chardonnet untersuchten dieses Problem in der Hoffnung, diese lebenswichtige Industrie zu retten. Während dieser Krise interessierte sich Chardonnet für die Herstellung von Kunstseide. 1885 patentierte er das erste erfolgreiche Verfahren, um aus Zellulose eine brauchbare Faser herzustellen. Auch wenn andere Wissenschaftler in der Folge kostengünstigere Verfahren zur Herstellung von Kunstseide entwickelt haben, gilt Chardonnet immer noch als Vater der Kunstseide.

Für die nächsten vierzig Jahre wurde dieses Material als künstlich bezeichnet oder Seidenimitat. Bis 1925 hatte es sich zu einer eigenen Industrie entwickelt und erhielt den Namen Rayon von der Federal Trade Commission (FTC). Der Begriff Rayon umfasste zu diesem Zeitpunkt alle aus Zellulose hergestellten Chemiefasern. 1952 teilte die FTC Rayons jedoch in zwei Kategorien ein:solche Fasern, die aus reiner Zellulose (Rayon) bestehen, und solche, die aus einer Zelluloseverbindung (Acetat) bestehen.

In den 1950er Jahren wurde der größte Teil der produzierten Viskose eher in Industrie- und Heimtextilien als in Bekleidung verwendet, da normales Rayon (auch Viskose Rayon genannt) Fasern waren im Vergleich zu anderen Fasern zu schwach, um in Bekleidung verwendet zu werden. Dann, im Jahr 1955, begannen die Hersteller mit der Produktion einer neuen Art von Rayon – High Wet-Modulus (HWM) Rayon – der etwas fester war und erfolgreich in Laken, Handtüchern und Kleidung verwendet werden konnte. Das Aufkommen von HWM Rayon (auch modifiziertes Rayon genannt) gilt als die wichtigste Entwicklung in der Kunstseideproduktion seit ihrer Erfindung in den 1880er Jahren.

Rayon ist heute einer der am häufigsten verwendeten Stoffe in unserer Gesellschaft. Es wird in Ländern auf der ganzen Welt hergestellt. Es kann mit natürlichen oder künstlichen Stoffen gemischt, mit Verbesserungen behandelt und sogar entwickelt werden, um eine Vielzahl von Funktionen zu erfüllen.

Rohstoffe

Unabhängig vom Design oder Herstellungsverfahren ist Zellulose der grundlegende Rohstoff für die Herstellung von Rayon. Die Hauptquellen für natürliche Zellulose sind Zellstoff – normalerweise aus Kiefern, Fichten oder Hemlocktannen – und Zur Herstellung von Rayon werden Blätter aus gereinigter Zellulose in Natronlauge eingeweicht, getrocknet, in Krümel zerkleinert und dann gealtert in Metallbehältern für 2 bis 3 Tage. Temperatur und Feuchtigkeit in den Metallbehältern werden sorgfältig kontrolliert.
Nach dem Altern werden die Krümel kombiniert und mit flüssigem Schwefelkohlenstoff verrührt, wodurch die Mischung in orangefarbene Krümel, bekannt als Natriumcellulose-Xanthat, umgewandelt wird. Das Cellulosexanthat wird in Natronlauge gebadet, wodurch eine Viskoselösung entsteht, die wie Honig aussieht und sich auch so anfühlt. Baumwoll-Linters. Baumwoll-Linters sind Restfasern, die nach dem Entkörnungsprozess an Baumwollsamen haften bleiben.

Streng definiert ist Rayon eine Kunstfaser, die aus regenerierter Zellulose besteht. Die gesetzliche Definition umfasst auch Fertigfasern, in denen Ersatzstoffe nicht mehr als 15 Prozent der Wasserstoffe ersetzt haben.

Während der grundlegende Herstellungsprozess für alle Viskose ähnlich ist, kann dieses Gewebe so konstruiert werden, dass es eine Vielzahl von Funktionen erfüllt. Verschiedene Faktoren im Herstellungsprozess können geändert werden, um eine Reihe von Designs zu erzeugen. Unterschiede im Rohmaterial, den Verarbeitungschemikalien, Faserdurchmessern, Nachbehandlungen und Mischungsverhältnissen können manipuliert werden, um eine für eine bestimmte Anwendung maßgeschneiderte Faser herzustellen.

Reguläre oder Viskose ist die am weitesten verbreitete, vielseitigste und erfolgreichste Art von Viskose. Es kann mit Kunst- oder Naturfasern gemischt und zu Stoffen mit unterschiedlichem Gewicht und Textur verarbeitet werden. Es ist außerdem sehr saugfähig, wirtschaftlich und angenehm zu tragen.

Reguläre Viskose hat einige Nachteile. Es ist nicht so stark wie viele der neueren Stoffe und auch nicht so stark wie natürliche Baumwolle oder Flachs. Diese inhärente Schwäche wird verschlimmert, wenn es nass wird oder dem Licht überbelichtet wird. Außerdem neigt normales Rayon dazu, beim Waschen einzulaufen. Auch Schimmel, Säure und hohe Temperaturen wie Bügeln können zu Schäden führen. Glücklicherweise kann diesen Nachteilen durch chemische Behandlungen und das Mischen von Rayon mit anderen Fasern mit ausgleichenden Eigenschaften entgegengewirkt werden.

Rayon mit hohem Nassmodul ist eine stärkere Faser als normales Rayon und ist in der Leistung tatsächlich Baumwolle ähnlicher als reguläres Rayon. Es hat eine bessere elastische Rückstellung als normales Viskose, und Stoffe, die es enthalten, sind pflegeleichter – sie können in der Maschine gewaschen werden, während Stoffe mit normalem Viskose im Allgemeinen chemisch gereinigt werden müssen.

Der Herstellungsprozess
Prozess

Obwohl es viele Variationen des Herstellungsverfahrens gibt, die die Vielseitigkeit der Faser ausnutzen, folgt im Folgenden eine Beschreibung des Verfahrens, das bei der Herstellung von normalem oder Viskose-Rayon verwendet wird.

Unabhängig davon, ob Zellstoff oder Baumwoll-Linters verwendet werden, muss der Grundrohstoff zur Herstellung von Viskose verarbeitet werden, um die Zellulose zu extrahieren und zu reinigen. Die resultierenden Blätter aus weißer, gereinigter Zellulose werden dann behandelt, um regenerierte Zellulosefilamente zu bilden. Diese Filamente werden wiederum zu Garnen gesponnen und schließlich zu dem gewünschten Stoff verarbeitet.

Verarbeitung von gereinigter Cellulose

• 1 Blätter aus gereinigter Zellulose werden in Natriumhydroxid (Ätznatron) eingeweicht, wodurch Blätter aus Alkalizellulose hergestellt werden. Diese Blätter werden getrocknet, in Krümel zerkleinert und dann 2 bis 3 Tage in Metallbehältern gealtert. Temperatur und Feuchtigkeit in den Metallbehältern werden sorgfältig kontrolliert.
• 2 Nach dem Altern werden die Krümel kombiniert und mit flüssigem Schwefelkohlenstoff verrührt, wodurch die Mischung in orangefarbene Krümel, bekannt als Natriumcellulose-Xanthat, umgewandelt wird. Das Cellulosexanthat wird in Natronlauge gebadet, wodurch eine Viskoselösung entsteht, die wie Honig aussieht und sich auch so anfühlt. Alle Farbstoffe oder Mattierungsmittel im Design werden dann hinzugefügt. Die sirupartige Lösung wird auf Verunreinigungen gefiltert und in Bottichen gelagert, um zu altern, diesmal zwischen 4 und 5 Tagen.

Herstellung von Filamenten

• 3 Die Viskoselösung wird als nächstes zu Fasersträngen verarbeitet. Dies geschieht, indem die Flüssigkeit durch eine Spinndüse, die wie ein Duschkopf funktioniert, in ein Säurebad gedrückt wird. Sollen Stapelfasern hergestellt werden, wird eine große Spinndüse mit großen Löchern verwendet. Wenn Filamentfasern hergestellt werden, wird eine Spinndüse mit kleineren Löchern verwendet. Im Säurebad koaguliert die Säure und verfestigt die Filamente, die heute als regenerierte Cellulosefilamente bekannt sind.

Drehen

• 4 Nach dem Baden in Säure können die Filamente zu Garn gesponnen werden. Abhängig von der gewünschten Garnart können verschiedene Spinnverfahren verwendet werden, darunter Topfspinnen, Spulenspinnen und Kontinuierliches Spinnen. Beim Topfspinnen werden die Filamente zunächst unter kontrollierter Spannung auf eine Reihe von Offsetwalzen, die als Galettenräder bezeichnet werden, gestreckt. Dieses Strecken verringert den Durchmesser der Filamente und macht sie gleichmäßiger in der Größe, und es verleiht den Filamenten auch mehr Festigkeit. Die Filamente werden dann in einen sich schnell drehenden Zylinder namens Topham Box, gegeben Das Ergebnis sind kuchenartige Schnüre, die an den Seiten der Topham-Box haften. Die Saiten werden dann gewaschen, gebleicht, gespült, getrocknet und auf Kegel oder Spulen gewickelt.

  Spool Spinning ist dem Pot Spinning sehr ähnlich. Die Filamente werden durch Walzen geführt und auf Spulen aufgewickelt, wo sie gewaschen, gebleicht, gespült, getrocknet und wieder auf Spulen oder Kegel aufgewickelt werden.

  Beim Kontinuierlichen Spinnen werden die Filamente gewaschen, gebleicht, getrocknet, verzwirnt und gleichzeitig über Galetten gestreckt.

• 5 Sobald die Fasern ausreichend ausgehärtet sind, sind sie bereit für die Nachbehandlung mit Chemikalien und die verschiedenen Webprozesse, die zur Herstellung des Gewebes erforderlich sind. Der resultierende Stoff kann dann einer Reihe von Ausrüstungsbehandlungen unterzogen werden. Dazu gehören Kalender, um die Glätte zu kontrollieren; Feuer Beständigkeit; Vorschrumpfen; Wasserbeständigkeit; und Faltenbeständigkeit.

Hoch-Nass-Modul-Rayon
Herstellung

Das Verfahren zur Herstellung von Rayon mit hohem Nassmodul ist mit einigen Ausnahmen ähnlich dem zur Herstellung von normalem Rayon. Zuerst wird in Schritt Nr. 1 oben, wenn die gereinigten Zelluloseblätter in einer Ätznatronlösung gebadet werden, Nachdem die sirupartige Viskoselösung hergestellt wurde, wird sie durch eine Spinndüse in ein Säurebad gepresst. Die resultierenden Fäden oder Filamente werden dann auf Galettenrädern gespannt, um sie zu verstärken und in eine sich drehende Topham-Box gelegt. Dieses Verfahren erzeugt kuchenartige Viskosefäden, die gewaschen, gespült und getrocknet werden, bevor sie auf Spulen oder Kegel gewickelt werden. Bei der Herstellung von HWM-Rayon wird eine schwächere Natronlauge verwendet. Zweitens werden weder die Alkalikrümel (Nr. 1) noch die Viskoselösung (Schritt Nr. 2) im HWM-Verfahren gealtert. Drittens werden bei der Herstellung von HWM-Reyon die Filamente stärker gestreckt als bei der Herstellung von regulärem Reyon.

Qualitätskontrolle

Wie bei den meisten chemisch orientierten Verfahren ist die Qualitätskontrolle für die erfolgreiche Herstellung von Rayon von entscheidender Bedeutung. Chemische Zusammensetzung, Timing und Temperatur sind wesentliche Faktoren, die überwacht und kontrolliert werden müssen, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen.

Die Prozentsätze der verschiedenen Fasern, die in einem Mischgewebe verwendet werden, müssen kontrolliert werden, um innerhalb der gesetzlichen Grenzen des Textilfaserkennzeichnungsgesetzes zu bleiben. Dieses Gesetz definiert rechtlich 17 Gruppen von Chemiefasern. Sechs dieser siebzehn Gruppen bestehen aus Naturmaterial. Dazu gehören Rayon, Acetat, Glasfaser, Metallic, Gummi und Azion. Die restlichen elf Stoffe werden ausschließlich aus chemischen Verbindungen synthetisiert. Sie sind Nylon, Polyester, Acryl, Modacryl, Olefin, Spandex, Anidex, Saran, Vinal, Vinyon und Nytril.

Innerhalb jeder Gattungsgruppe gibt es Markennamen für Fasern, die von verschiedenen Herstellern hergestellt werden. Private Unternehmen streben häufig Patente für einzigartige Merkmale an und versuchen erwartungsgemäß, die rechtliche Kontrolle über ihre Konkurrenz aufrechtzuerhalten.

Nebenprodukte

Als eines der Hauptprobleme der Industrie haben die chemischen Nebenprodukte von Rayon in diesen umweltbewussten Zeiten viel Aufmerksamkeit erhalten. Das beliebteste Herstellungsverfahren, das Viskoseverfahren, erzeugt unerwünschte Wasser- und Luftemissionen. Besonders besorgniserregend ist die Emission von Zink und Schwefelwasserstoff.

Derzeit versuchen die Hersteller eine Reihe von Techniken, um die Umweltverschmutzung zu reduzieren. Einige der verwendeten Techniken sind die Gewinnung von Zink durch Ionenaustausch, Kristallisation und die Verwendung einer stärker gereinigten Cellulose. Auch der Einsatz von Absorption und chemischer Wäsche erweist sich als hilfreich, um unerwünschte Gasemissionen zu reduzieren.

Die Zukunft

Die Zukunft von Rayon ist rosig. Es gibt nicht nur eine weltweit wachsende Nachfrage nach Rayon, sondern es gibt viele neue Technologien, die Rayon noch besser und billiger machen.

In den 1970er Jahren gab es in der Bekleidungsindustrie zeitweise einen Trend zu rein synthetischen Materialien wie Polyester. Da rein synthetisches Material jedoch nicht wie natürliches Material "atmet", kamen diese Produkte beim Verbraucher nicht gut an. Heute gibt es einen starken Trend zu Mischgeweben. Mischungen bieten das Beste aus beiden Welten.

Nach dem derzeitigen Wissensstand über Struktur und chemische Reaktivität von Zellulose glauben manche Wissenschaftler, dass es bald möglich sein könnte, das Zellulose-Molekül direkt aus Sonnenlicht, Wasser und Kohlendioxid herzustellen. Sollte sich diese Technik als kosteneffektiv erweisen, könnten solche Hydroponik-Fabriken einen großen Schritt nach vorne in der Suche nach Rohstoffen darstellen, die notwendig sind, um die weltweite Nachfrage nach synthetischen Stoffen zu decken.