466 D I E S T A R K E Nr. 12/1962

Das Verhalten von Starke und S tarkederivaten beim Schlichten in Ahhangigkeit von iiiren ~hysikalisc~i-chemischen Eigenschaften *)

Von R. SCHTTZ uric1 M. Th. REITZER? Mulhouse (Frankreich)

1. EinleituiLg Eine spczielle Anwendung von Starke und Starke-

clerivaten in der Testilindustrie ist das Schlirhten der Kettfj;den. Dieses Verfahren besteht darin, daB die Faden mit eincr sogenannten Schlichte durchtrankt werden, wotlurch die Kette eine meistens nicht per- manente Ausriistung erhalt, um den Webvorgang Lesser uberstehen zu konnen. AuBercleni erleichtert diese Ausriistung clas Weben. Ihr Zweck ist unter anderem, die Kohiision zwischen den faclenbildenden Fasern zu erhohen, d. h. rnit anderen Worten sie an- cinantler zu kleben. Sol1 also ein Produkt auf seine Eignung als gute Schlichte gepriift merden. so kann man sich in1 sesentlichen nach seincr Klebkraft rich- ten, (lie selbstverstiincllich im Zusamnienhanp mit dcr Natur tlcr LTnterlapc betrnchtct wcrdcn muB.

2. ikfethodeib zur Messung der Klebkrrijt 2.1. Schlichteu von Fadev

OberHHchlich gesehen wiire die einfachstc Methoclc zur Messung tlcr Klebkraft einer Schlichte. die gc- schlichtcten Fadcn mit den entspreclienden ungeschlich- teten F5itlcn dynamometrisch zu vergleichen. Dabei treten jedoch verschiedenc Schwierigkeiten auf. die eine solche Xessung praktisch erfolglos machen. Die Drehung a k i n namlich verleiht den Faden schon eine hohe Kohiision. Gewohnlich bringt das Schlichten eine Erhohung des ReiBwiderstancies urn 10 bis max. 30 o!o mit sich. AuBerclem enthnlten die Faden in ihrem Querschnitt nur eine geringe Anzahl von Fasern, so clali sie im QuerschnittsmaR eine hohe TnregelmdBig- keit aufwciscn uncl im Faden clickr und tliinne Stellen aufeinander folgen. Ferner verteilt sich die Drehung in Verbindung mit diesen Querschnittsvariationen so, daR 5ie an den dunnen Stellen am starksten ist. Damit wird dort das Eindringen der Schlichte schwieriger, was zu UnregelmaBigkeiten im Schlichteffekt fiihrt.

2.2. Schlichten von Filtrierpapierstreifen Schon vor langerer Zeit hat SAMEC (1) rorgeschla-

gcn, Filtrierpapierstreifen rnit Kleister zu impra- gnieren. Die dadurch zu erreichende Erhohung der ReiBfestigkeit hangt von der Klebkraft des Kleisters ab, jedoch ebenPo von der dem Kleister eigenen ReiB- festigkeit. Die mit diesem Verfahren erhaltenen Re- sultate streuen sehr stark.

2.3. Zusammenkleben von Stoffstreifen Wir haben versucht, die Klebkraft auf ahnliche

Weise wie TOSHIO HATA (2) zu messen. Zusammen- geklebte Stoffstreifen werden auseinandergezogen und die dazu erforderliche Kraft a h Ma13 fur die Klebkraft des Kleisters gewertet. Die Verhaltnisse beim Trock- nen sind jedoch sehr verschieden von denen h i m Fadenschlichten. AuSerdem streuen die Resultate trotz Anwendung einer geeigneten Apparatur eben- falls sehr stark.

*) Vortrag, gehelten von Prof. Dip1.-Ing. R. SCHUTZ auf der Starke-Tagung 1962 in Detmold.

2.4. ~rorga~?~schZichten Auf einen Him-eis Ton HILDEBRAND (3) haben wir

Vorgarnschlichtversuche unternommen. Die fruher atigegebene Methode. nach der sich die Klebkraft er- rechnen liiBt, ist langwierig und sehr ungenau (4). In cler Zwischenzeit haben andere Autoren (5, 6) diese Technik angewendet. jedoch ohne beziiglich der Kleb- kraftmessung wesentlich Xeues zu bringen. So haben wir clieses Problem weiter untersucht und dabei die nachstehenden Ergebnisse erhalten.

3. Prinzip der nezien Vorgarnschlichtmethode Vorgarne sind Faserbander, die in der Spinnerei her-

gestellt werden. Sie werden wahrend des Spinnprozesses tlann weiter verzogen und gedreht, um den eingespon- nenen Faden zu bilden. Deshalb sind diese Btinder dicker uncl regelmiioiger als der fertige Faden, d. h. dic Faseranzahl ist im Verhaltnis Zuni Querschnitt hoch. Weiterhin sind sie wenig gedreht, um eine schwacht Fuscrliohiision zu gewkhrleisten uncl leichter zu Faden verzogen werden zu konnen.

Priift man nun cliese Vorgarnc auf dem Dynamo- meter, so reiBen sie bereits bei einer sehr schwachen Belastung durrh Gleiten der Fasern (Abb. 1, linke

typ: geschl~chtofos Vorgarn typ: ungcwhlichtotss Vorgarn

d 2 3 4 5 6 A % A

Abb. 1 . Allgemeiner Verlauf der dynamometrischen Kurven Kraft = (3'). Dehnung = ( A )

Bildseite) . Die Last-Dehnungskurven zeigen keinen deutlichen ReiBpunkt. Werden diese Vorgarne jetzt geschlichtet und dann auf dieselbe Weise gepruft, so macht sich die durch das Schlichten bewirkte Er- hohung der Kohasion stark bemerkbar, d. h. die Bruch- belastung steigt um das Hundertfache, und die Last- Dehnungskurven sind deutlich abgeknickt (Abb. 1, rechte Bildaeite). Die Klebkraft kann dann folgender- maSen berechnet werden :

ReiDfestizkeit des geschlichteten Vorgarnes ReiDfestigkeit des Fasermaterials

Kp = -

(KF kann maximal den Wert 1 erreichen).

Dieses Verfahren ist jedoch nur mijglich, wenn die Schlichte im Vorgarn gleichmaBig verteilt ist, so daB alle Fasern zusammengeklebt sind . Nach den friiheren

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Untersuchungen werden dievorgarne von der Schlichte kaum durchdrungen. Wenn man aber das Vorgarn flachpreBt, so wird die zu durchdringende Schicht ent- sprechend dunner und laat sich daher muhelos schlich- ten. Wir haben eine nach diesem Prinzip arbeitende Apptrstur entwickelt, urn die Xethode fur Starke- kleister anwenden zu konnen.

4. Prakeische ~ ~ r c h ~ ~ h r u n g 4.1. Apparatur

4.1.1. Kleisterkocher Die Kleister wurden in einem selbstgebauten Visko-

graphenkocher hergestellt, der schon fruher beschrie- ben wurde (7). Dieser Apparat erlaubt ein genaues, re- produzierbares Kochen. Die Heizung erfolgt auf elek- trischem Wege iiber ein Wasserbad, und die Tempera- tur wird mit einem Kontaktthermometer reguliert . Das Durchriihren des Kleisters geschieht mit Hilfe eines rnit 115 U/Min. laufenden Ruhrwerkes. Dieses Ruhr- werk ist mit einem Dynamometer gekoppelt. welches die Viskositat dauernd miBt und registriert.

4.1.2. Vorgarnschlichtrnaschine Die fertigeii Kleister werden mittels einer Schlicht-

inaschine auf das Vorgarn gebracht. Das Vorgarn wird zuniichst in den Schlichtetrog getaucht, zur Erzielung cler erwunschten Verflachung ausgequetscht, dann wietler in die Schlichte getaucht und SchlieBlich noch- mals ausgequetscht, um eine vollige Durchdringung zu gewahrleisten . Die geschlichteten Vorgarne werden un- trr stiindiger schwacher Spannung getroclinet (Abb. 2).

Abb. 2. Prinzip der Vorgarnschlichtmaschine ~ 1 . = Vorgarn; E = Wasserbad; C = Schlichte;

zyl, w2 = tangentiale Geschwindigkeit ; PI, P, = Abquetschungsdruck

4.2. Praktische Messung der Klebkraft Um praktisch die Klebkraft K p zu erfassen, mu13

man darauf achten, daB der Schlichtefilm nicht die gleiche Reiafestigkeit aufweist wie das Fasermaterial. Nan kann diese Schwierigkeit dadurch umgehen, daB man das Verhiiltnis der ReiOfestigkeit des geschlichte- ten Vorgarnes bei der Einspannliinge 1 = I , und bei der Einspannknge 1 = 0 berechnet. Wenn 1, groaer als die Liinge der langsten Fasern gewiihlt wird, so beruht die KohlGsion offenbar im wesentlichen auf der Kleb- kraft der Schlichte. Bei der Einspannllnge 1 = 0 er- fa& man die ReiBfestigkeit des geschlichteten Materials (Fasern und Film).

4.3. Kontrolb Es wurde die Menge der von der Faser aufgenom-

menen Schlichte und die Art ihrer Haftung an der Faser (Durchdringung oder Ablagerung an der Ober- fliiche) untersucht. Die Bestimmung der abgelagerten Schlichtemenge erfolgte auf enzymatischem Wege, wiihrend die Art der Ablagening mikroskopisch nach Entwicklung der Priiparate rnit Jod - Wasserdampf nach YELLAND (8) festgestellt wurde.

4.4. Vorgarne Es wurden aus Cellulose bestehende Vorgarne unter-

sucht, und zwar Baumwolle (Nicaragua-Memphis, 30- 31 mm) und Zellstoff (hochfest, 40 mm).

4.5. Schlichteprodukte Hier wurden eine Kartoffelstarke (Nr. 100) sowie

eine Reihe von auf hydrolytischem Wege durch ein- stundiges Einwirken von N-HC1 bei 20, 35, 40 und 50 "C hergestellten Starkederivaten untersucht. Diese Starkederivate, bezeichnet als 120, 135, 140 und 150 wurden mittels einerJIischung aus Methanol und Wasser HC1-frei gewaschen. Die Produktc wurden rheologisch untersucht und viskosimetrisch charakterisiert. Die Zq-Werte (cm3,g) in 0,5-iV NaOH und Eisen-Wein- saure-Komplexlosmig sind aus der Tabelle 1 ersichtlich.

Tabelle 1 ZT;-Wertc (cm3,'g) in 0.5-N NsOH und in Eisen-1VeinsLurc-

Kornplexlosung) (EWNN)

StPrke 0,5-N NROH X\VNN

100 326 472 120 222 325 1 3.5 168 261 140 98 160 150 61 99

Die Produkte wurden solange bei 95 "C verkleistert, bis aus den registrierten Kurven zu ersehen war, daB ihre Viskositiit bei einem bestimmten Geschwindig- keitsgefalle konstnnt blieb.

5. Eryeb,nisse S.1. Baumwoll- Vorgum

Die mit Baumwoll-Vorgarn erhaltenen Ergebnisse der Klebkraftmessung sind aus der Tabelle 2 zu er- sehen .

Tabelle 2

Produkt

Stiirke

100

120

135

140 150

Ahgelagerte Schlichte-

mmge -~ 533% 698 Oio

11 Oio 1 2,2 Oio

9,7 0,'o

13,1 Oi0 14,80i0 18,20j0 2 1 99 Oio 4493 4'0

RelBkraft ReiBkraft hei Z = 5 em bei 2 = 0.1 cm

(U) (U)

1473 f97 2980 f 120 1873 f 90 2675 f 115 1850 70 2940 & 140 2048 j= 103 3180 2 155 2083 i 65 3160 * 140 1553 f 82 3065 f 130 1873 f 47 3340 f 105 1745 f 87 3250 f 135 2160 f 62 3475 +- 140 3665 & 180 4090 f 170

Gemesaener Kp-WCrt

0,49 j:O,O5 0,48 It_O,O55 0,63 fO,O55 0,65 *0,065 0,66 +0,05 0,50 f O , O 5 0,56 fO,O3 0,535 f 0,048 0,62 f0,043 0,89 f0,OS

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Bei keinem Versucli, nicht einmal bei -W,3 Olaiger Ablagerung, wurde eine vollstandige Durchdringung der Faser erreicht. Das bedeutet, daB mit dem KF- Wert sowohl das Eindringvermogen als auch die Klebkraft gemessen wird.

5.2. Zelktoff- Vorgarn Urn den EinfluB der wasserabstoBenden Wirkung

der Roh-Baumwolle zu eliminieren, haben wir Zell- stoff -Vorgarne auf die gleiche Weise geschlichtet. Die Ergebnisse sind aus der Tabelle 3 ersichtlich.

Tabelle 3

Proclukt KF-Wzrt

~~ ~~

Stiirke 100 0 Oi0 4648 138 4848 * 162 0,96 f. 0.06 Sriirke 120 13,l O/,, 5536 * 210 4864 & 326 1,14 f 0,14 Stiirke 150 23,l Oi0 3968 * 201 4280 i: 234 0,93 * 0.09 Handelsdextrin (stark ahgebaut) 7,3O,, 4584 -& 129 4672 & 161 0,98 &0,06 Glucosc~ (i,9°!o 3936 & 134 4696 f 1.52 0.84 & 0,OFi

Aus dieser Tabelle geht hervor, daB alle Starken und Starkederivatr fur reine Cellulose eine hohe Klebkraft zeigen, wi~s ja auch nicht weiter rerwunderlich ist. wenn man sich die sehr iihnlichen Struktureii cler Stjrke und der Cellulose vor Augcn hjlt. Lecliglich bei Glucose (6,90/, All gerung) ist der K,-Wert geringer als 1, obwohl auch hier die Klebkraft noch relotiv hoch ist.

6 . SchluP folgerung

Die untersuchten Starken und Starkederivate zeigen samtlich eine maximale Klebkraft gegenuber reiner Cellulose, und selbst Glucose besitzt noch eine recht hohe Klcbkraft. Aus den mit Baumwolle durchgefuhr- ten Versuchen kann gefolgert werden. daf3 ihre wasser- abstoBenden Eigenschaften den Schlichtevorgang wesentlich beeinflussen. Es ist vorerst nicht moglich, einen klarrn Zusammenhang zwischen der Struktur der Starke und der Durchdringung der Baumwolle zu erkennen, obwohl bei schwach abgebautem Material bereits eine Tendenz zur Verbesserung der Durchdrin- gung festzustellen ist.

Die beschriebene Methode zum Schlichten von Vor- garnen erfaBt gut die Klebkraft bzw. das Durchdrin- gungsvermogen der Schlichten und kann auch bei Nichtstarkeprodukten angewendet werden.

Zusammenfamung Das Vorgarnschlichten mit einer speziell dafur ent-

wickelten Apparatur gibt die MBglichkeit, die Kleb- kraft eines Kleisters zu messen. Man ermittelt die Klebkraft aus dem Verhaltnis der ReiSfestigkeiten der geschlichteten Vorgarne bei 1) Einspannliinge grol3er a h die liingste Faser 2) EinspannlLnge gleich Null.

Alle Stiirken und Stlirkederivate zeigen eine maxi- male Klebkraft von 1 fur Vorgarne aus Zebtoffasern. Fur Vorgarne aus Baumwolle beeinflussen die wasser- abstoSenden Eigenschaften der Fasern maogeblich den Schlichtvorgang.

Summary

The sizing of rociuqs with a specially developed appa- ratus enables to measure the tackiness of a p a t e . This tackiness is determined from the ratio of tensile strength at I ) clamping length greater than the longest fiber 2 ) clumping length = 0

All starches and starch derivatives show a tensile strength of maximum I for rovings made from cell wool fibers. On rovings of cotton the water-repellent properties of the fibers impair substantially the sizing process,

Rdsumk

L'enwllage de mkches de banc, (effectud a l'aide d'un appareil spdcialement construit a cet effet) est une technique permettant l'estimation du pouvoir adhdsif de colles (empois d'anaidotb). On le' mesure par le rapport des tdnacitds I ) c i pinces dmrtdes fdcartement supdrieur a la plus longue fibre) 2 ) des mhches encollds ti pinces jointives.

Tous les amidons et ddrivds dmnent un pouvoir adhksif dgal a I (valeur maximale ) pour des mdches de banc en cellulose rdgdndrde. Pour les mkches en coton, l'hydrophobie de cette fibre rdgit le processus d'encollage.

Literuturnachweis

( 1 ) SAMIIC, M. : Die neuere Entwicklung der Kolloidchemie der Stiirke. Verlag Theodor Steinkopff. Dresden iind Leipzig 1941.

f2) TOSHIO H.w.~: Chem High Polym. (Japan) 4 (1947), 65. (3) H I I . ~ J X I ~ R A S I J , V.: Priratmitteilung (1947). (4) MEYBECK, J.: Vortrag am 28. 6. 1948, Commission des

Encollages de 1'Institut Textile de France. (5) KISG, D. E.. H. A. \VEIL. F. E. C O X I ) ~ und H. A. R i - w E H -

FORD: Text. Res. J. 9 (1952). 567. ( 6 ) ZILAHY, &I., und I. KCLEX: Acta techn., Acad. scient.

hung. 18, 1-2 (1955). 37. (7) S c w r z , R.: Bull. de 1'Inst. Text. de France 81 (&hi 1959)

87. (8) YI~LLANO, \v. E.: Telt. Res. J. 9 (1939). 28.5.

Diskussion

Diskussionsleiter: H . E . Drtintjer, Veendam (Holland) Frage: Haben Sie bei der Ermittlung der KpWerte, insbe-

sondere fur die Glucose, die Luftfeuchtigkeit gemessen ? Ich meine, den die Luftfeuchtigkeit von EinfluB auf die Rein- festigkeit sein wird.

Vortragender: Ale dynamometrischen Messungen und Messungen der ReiBfestigkeit wurden in einem Konditionier- mum bei 20 "C 1 "C und 650/, relativer Luftfeuchtigkeit vorgenommen.

Frage: Wie verhalten sich die chemisch hergestellten Deri- vate wie beispielsweise Carboxymethylstiirke gegeniiber den von Ihnen beschriebenen Stiirkepriipareten ? Haben Sie dies- beziigliche Versuche gemacht ?

Vortragender: Auch bei diesen Stoffen diirfte das Verhiiltnis der ReiBfestigkeiten ebenfalls 1 sein. Anschrift der Verfaseer: Prof. f ipl . - lng. R. Schutz und Ddp1.- Ing. M . T . Redtzer, Centre de Recherche8 Textiles de Mulhome, Ecole Supd~eure de Chimie de M u l h e , MulhouaelHaut- Rhin (Frankreich)