LYOCELL® - the cellulose fiber chameleon - Lenzing

Lenzinger Berichte 76197 89
LYOCELL-THECELLULOSIC FIBRECHAMELEON
Markus Eibl, Dieter Eichinger, Christoph Lotz, Lenzing AG, Austria
Die LYOCELL-Faser ist der Rohstoff für eine Vielzahl werden. Alle diese Produkte haben aber zwei Dinge ge-
von Anwendungen in der Textilindustrie. Neben dem meinsam: die hervorragenden Trageeigenschaften und
Einsatz für technische Zwecke bietet die LYOCELL-Fa- die Verwendung einer Faser, deren Herstellung die Öko-
ser für die Bekleidungsindustrie völlig neue Perspekti- logie kaum belastet. Die Vielzahl der möglichen Produk-
ven. Anhand von KAWABATA-Messungen soll die enor- te läßt sich nur aufgrund der einzigartigen Fasereigen-
me Spannweite an möglichen Griffvarianten gezeigt schaften erzielen.
1. Einleitung
Lyocellfasern werden im Rahmen eines Direktlöseverfahrens
hergestellt. Als Lösungsmittel dient das nicht toxische Lö-
sungsmittelgemisch N-Methylmorpholin-N-Oxid (NMMO) /
Wasser. Da das Lösungsmittel fast vollständig recycliert wird,
entstehen nur geringste Abwasseremissionen, welche in einer
Kläranlage vollständig abgebaut werden können. Emissionen
in die Luft sind zu vernachlässigen. [l, 21 Insgesamt handelt
es srch daher um einen äußerst umweltschonenden Produk-
tionsprozeß.
2. DIE LYOCELL-FASER
Lyocellfasern bestehen vollständig aus Cellulose. Im Gegen-
satz zu herkömmlichen Regeneratcellulosefasern hat die Lyo-
cellfaser keine Kern-Mantel-Struktur, sondern besteht aus,
über den gesamten Querschnitt gleich dicken, Fibrillen. Diese
fibrilläre Struktur entsteht bei der Fällung der Cellulose aus der
Spinnlösung aufgrund von Entmischungsvorgängen und ist für
die herausragenden Eigenschaften der Lyocellfasern verant-
wortlich. Lyocellfasern können für den jeweiligen Einsatz-
zweck, im Titer, in der Schnittlänge und den mechanischen Ei-
genschaften in einem weiten Rahmen optimiert werden.
Für die Textilindustrie kombiniert die Lyocellfaser daher einen
natürlichen Rohstoff mit den Vorteilen von Synthesefasern und
bietet daher eine fast unerschöpfliche Rohstoffbasis für ver-
schiedenste Anwendungen, sowohl im Bekleidungsbereich als
auch für technische Anwendungen.
Auch bei der Verwendung der Lyocellfasern in Mischung mit
anderen Fasern bleibt der Charakter von Lyocell erhalten. An-
hand folgendem Beispiel einer Mischung aus Lyocell mit Vis-
kose bzw. Modal in Gestricken und dem Anstieg des Berst-
drucks dieser im Verhältnis zu der mittleren Schlingenfestigkeit
soll dies gezeigt werden.
Mittlere Schlingenfestigkeit und Berstdruck von
Lyocell / Viskose und Lyocell / Modal - Mischungen:
Diagramm 1
Aus dem Diagramm erkennt man eine lineare Zunahme des
Berstdrucks mit der mittleren Schlingenfestigkeit der Fasermi-
schungen.
Die anderen mechanischen Gebrauchswerte und Eigenschaf-
ten wie Griff und Fall zeigen einen entsprechenden Verlauf.
3. LYOCELLGEWEBE
Aus der außerordentlich hohen Substanzausnutzung der Lyo-
cellfasern von 75 - 78 % in Einfachringgarnen, resultiert eine
hohe Garnfestigkeit. Feine Garne und Garne mit hohen Dre-
hungen haben daher ungewöhnlich hohe Absolutfestigkeiten.
Eine weitere Besonderheit der Lyocellfasern stellt die Fibrillier-
barkeit dar. Bei der mechanischen Belastung im naßen Zu-
stand quer zur Faserachse spalten sich feinste Härchen ab,
welche die Faser wie ein Pelz umgeben. Aus Lyocellfasern
können daher Gewebe mit verschiedensten Griff und Optikva-
rianten hergestellt werden.
Um eine Objektivierung der Griffbeurteilung zu erlangen, wur-
den von einigen Produktentwicklungen der Lenzing und deren
Kunden KES-F Messungen durchgeführt. Kawabata führte im
Jahre 1968 mit der KES-F Methode ( Kawabata’s Evaluation
System-Fabrics ) eine objektive Griffbeurteilung ein, die auf der
Basis des japanischen Griffempfindens entwickelt wurde. Das
System ermittelt mit Hilfe spezieller Meßgeräte 15 verschiede-
ne wichtige Eigenschaften des Gewebes (Beispiele: Zugarbeit,
Erholungsvermögen, Höchstzugkraftdehnung, Schersteifig-
keit, Biegesteifigkeit, Biegehysteresehöhe, Kompressibilität,
Dicke, Reibungskoeffizient,...) und schließt als 16. Parameter
das Flächengewicht ein. Diese Messergebnisse werden dann
in primäre Griffnoten umgerechnet, welche mit dem taktilen
Empfinden eines Kulturkreises korrelieren. Für die in dieser
Veröffentlichung angegebenen Griffnoten wurden die Korrelati-
onsparameter für den japanischen Kulturkreis verwendet, da
diese am weitesten verbreitet sind. Das Resultat ist aber eine
Objektivierung der Griffeindrücke und läßt einen Vergleich von
Geweben zu.
Um eine Vergleichsmöglichkeit der Meßergebnisse zu haben
wurden für alle Gewebe, ungeachtet derer eigentlichen Ver-
wendung, die primären Griffbeurteilungen für mittelschwere
DOB, Koshi, Sufutosa, Numeri und Fukurami berechnet. Die-
se Griffnoten sollen folgende Griffeindrücke wiedergeben.

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Primäre Griffnoten und deren Bedeutung [3]
Griffnote Eigenschaft
Koshi Steifheit und Elastzität: Dominanz der Biegesteifigkeit,
eine Springigkeit des Gewebes fördert dieses Griffgefühl
Fukurami Ftille und Weichheit: Bauschigkeit und Fülle, sprungela-
strsche Eigenschaften bei der Kompression und Dicke,
Wärme
Numeri nachgiebige Glätte: Glätte, Nachgiebigkeit, Geschmei-
drgkert und Weichheit bestimmen diesen Griffparameter.
Sufutosa weiches Griffgefühl: Eine Kombinatron der oberen 3 Pa-
rameter, em Maß fur die Werchheit.
Tabelle 1
Die Werte werden auf Noten zwischen 0 und 10 normiert. Je
höher die Note desto stärker sind die entsprechenden Eigen-
schaften ausgeprägt.
Für die, in der folgenden Tabelle zusammengefaßten Gewebe
wurden 1,3 dtex Lyocellfasern verwendet. Eine griffgebende
Hochveredlung wurde natürlich für diese Gewebe nicht ver-
wendet.
Konstruktion der vermessenen Gewebe
Gewebe Gewicht BIndung Kette Schuß Fadenrahl Peach
glm~ Nm Nm WS cm-1
1 276 40/2 3412 21123 nein
2 171 Koper 50/1 50/1 50/29 Ia
Zl1
3 245 3411 40/2 28/26 ,a
4 110 Koper lOO/l 1 OO/l 69/41
211
5 175 4011 4011 46126
6 163 Koper 70/1 40/1 44/34
312
7 175 4011 40/1 43130
8 89 LWD 160/1 133/1 60157
9 Moullne Ne 50/1 Cly s.Kette 40/29 leicht
40den PA
10 Ne 12/1 Ne 5012 Zl/30 nein
85% Cly ClY
15% Mohair
Subjektive Griffbeurteilung und Meßergebnisse
aus den KEF-S-Messungen
Tabelle 2
Subjektiv Koshi Numeri Fukurami Sofutosa
1 kreppig, trocken, körnig,
eher wollig 1,l 2,48 5.28 5
2 welch. peachlg, sprungelastisch 2,18 8,05 6,73 8,43
3 Velour, welch, trocken, flauschig,
eher wollig 2.12 9 11,07 10,26
4 sehr weich, sehr sprungelastlsch,
dicht, chlntzartlg 1,24 4,56 3,63 5,55
5 trocken, sprungelastlsch. offener 1,92 8,23 7,19 8,89
6 angepeached, sprungelastisch,
leicht, guter Fall 1,24 7,38 6,13 8,45
7 sprungelastisch, leicht 2,05 7,32 6.64 7,96
8 dicht, chintrartlg, viel Sprung,
raschelnd 1,95 8,23 7,59 8,99
9 wollartlg 479 3,34 6,08 7,67
10 wollartlg 2,79 3~32 4,28 4,25
Tabelle 3
Aus den Werten kann man die Spannweite der möglichen
Griffeineindrücke erkennen.
Koshl
Numeri
Spannweite der Griffeindrücke
. c
Iow stlffness high stlffness
* .
low elastlcity
high elastlclty
Fakuraml jl
1
,g;-
#@SS j
.
Iow volume
* high volume
Sofutosa
dry hapdle 4 t soft handle
-1 1 3 5 7 9 11 13
Abb 1
Der Griffparameter Sofutosa, welcher als Summenparameter
die Weichheit wiedergibt bewegt sich zwischen 4,251 und
10,26. Es lassen sich sowohl extrem weiche als auch trocke-
ne, wallartige Stoffe herstellen. Die Möglichkeiten, die die Fi-
brillierung zur Erzeugung des Peach-skin Effekts bieten schei-
nen sich in der Spannweite für den Griffparameter Fukurami
zu zeigen. Die feinen Fibrillen an der Gewebeoberfläche ver-
mitteln ein voluminöses, warmes Griffgefühl.
Sofutosa
Typische Griffprofile für Lyocellgewebe
Koshl
II
9
7
5
Peach sktn wollatilg mit
geringer Biegesteiflgkelt
Fukurami
Abb. 2
Ein Charakteristikum der Lyocellgewebe scheint der relativ ge-
ringe Wert für den Griffparameter Koshi zu sein. Obwohl einige
Gewebe subjektiv mit einer hohen Sprungelastizität bewertet
wurden, scheint jedoch die geringe Biegesteifigkeit der Gewe-
be zu dominieren. Diese geringe Biegesteifigkeit steht in Ein-
klang mit dem einziganigen Fall, der Lyocellgeweben zueigen
ist. Da die Biegesteifigkeit aber zu einem hohen Anteil aus der
Gewebekonstruktion bestimmt wird, kann diese sicher durch
geeignete Modifizierungen erhöht werden.
Diese Meßreihe läßt noch keine statistisch abgesicherte Inter-
pretation der Ergebnisse der KEFS-Messungen zu, zeigt aber
die enorme Spannweite der Griffvarianten, die durch die Ver-
wendung der Lyocellfasern möglich ist. Die hohe Faserfestig-
keit und Substanzausnutzung, welche auch die Herstellung
von sehr feinen Garnen und somit leichten, dünnen Geweben
ermöglicht, und die Möglichkeiten der Oberflächenmodifizie-
rung aufgrund der Fibrillation der Fasern bieten den Stoffher-
stellern und Designern unzählige Chancen neue Stoffe zu

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kreieren. Eines haben diese Stoffe jedoch gemeinsam, die
guten tragephysiologischen Eigenschaften die die Verwen-
dung einer Cellulosefaser mit sich bringt.
4. TECHNISCHE TEXTILIEN
Auch im Bereich der Technischen Textilien bieten sich Lyocell-
fasern für eine Vielzahl von Anwendungen an [4]. Am Beispiel
für hydroentangeled nonwovens zeigt sich, daß die Festigkeit
der Lyocell-Vliese eher mit Polyester-Vliesen als mit Viskose-
Vliesen oder Baumwolle-Vliesen zu vergleichen ist. Dies umso
mehr als die Vliese aus Lyocell eine relative Naßfestigkeit von
über 90% aufweisen. Als cellulosische Faser jedoch zeichnet
sich die Lyocellfaser durch eine hohe Wasseraufnahme aus.
Die Fibrillierbarkeit der Lyocellfasern läßt sich bei der Wasser-
strahlverfestigung von Vliesen nutzen. Je nach Energieeinsatz
kann der Grad der Fibrillation eingestellt werden. Die Luft-
durchlässigkeit sowie die Filtrationsleistung lassen sich da-
durch beeinflussen.
Weitere Anwendungen findet die Lyocellfaser in wet laid non-
wovens. Für diese wird die Faser als 6 mm Kurzschnitt ange-
boten und bei Mischungen mit hierfür üblichem Zellstoff führt
eine Zumischung einiger Prozent zu einer deutlichen Verbes-
serung des Festigkeitsprofils.
Zusammen mit der vollständigen biologischen Abbaubarkeit
stellt die Lyocellfaser den idealen Rohstoff für Spezialpapiere,
Filtermedien, medizinische Textilien, Hygiene Textilien, Schleif-
mittelgründe und Beschichtungsträger dar.
Die KEF-S-Messungen wurden von Frau D.Ganssauge am
Deutschen Wallforschungsinstitut Aachen durchgeführt.
Literatur
Fl1 1. Marini, H. Firgo, M. Eibl, ,,Lenzing Lyocell”, Lenringer Berichte,
74, (1994), 53
Pl H. Firgo, M. Eibl, D. Eichinger, ,,Eine ökologische
ve”, Lenzinger Berichte, 75, (1996), 47
Alternati-
[31 E. Finnimore, ,,Objektive Griffbeurteilung nach dem KES-F
System”,
826
Chemiefasernflextilindustrie, November, (1982),
[41 D. Eichinger, C. Lotz, ,,Lenzing Lyocell - Potential for Technical
Textiles”, Lenzinger Berichte, 75, (1996)
41