Als Viskosefasern werden Chemiefasern (Regeneratfasern) aus Pflanzenmaterial (regenerierter Cellulose) bezeichnet. Sie werden sowohl als Filamentgarn als auch als Spinnfaser mit dem Viskoseverfahren, dem verbreitetsten Nassspinnverfahren, industriell ersponnen.
Früher wurden Viskose-Filamentgarne als Reyon (engl. Rayon) oder Kunstseide, die Spinnfasern als Zellwolle bezeichnet.Hans-J. Koslowski: Chemiefaser–Lexikon. 12., erweiterte Auflage. Deutscher Fachverlag, Frankfurt am Main 2009, ISBN 978-3-87150-876-9, S. 242. Diese Bezeichnungen dürfen laut Textilkennzeichnungsverordnung nicht mehr für die Kennzeichnung von Textilerzeugnissen verwendet werden.Thomas Lange, Wolfgang Quednau: Kommentar zur europäischen Textilkennzeichnungsverordnung. Deutscher Fachverlag, Frankfurt am Main 2014, ISBN 978-3-86641-278-1, S. 59.
Allgemeines Die regenerierte Cellulose ist chemisch identisch mit der nativen Fasercellulose, wie zum Beispiel der Baumwolle, weist aber ein anderes Elementargitter in den geordneten Bereichen auf, nämlich das der Cellulose II oder Hydratcellulose. Der Ordnungszustand ist etwa nur noch halb so groß wie in der nativen Cellulose.W. Burchard: Polysaccharide – Eigenschaften und Nutzung. Springer-Verlag, 1985, ISBN 3-540-13931-1, S. 92.
Die Herstellung erfolgt in drei Hauptstufen:Thomas Gries, Dieter Veit, Burkhardt Wulfhorst: Textile Fertigungsverfahren – Eine Einführung. 2., überarbeitete und erweiterte Auflage. Carl Hanser Verlag, München 2014, ISBN 978-3-446-44057-9, S. 57. Erzeugung der Spinnlösung, der Viskose Erspinnen der Filamente Nachbehandlung der ersponnenen Fäden. Durch Modifizierung der Herstellungsparameter und der Nachbehandlung können Viskosefasern sehr gut den vorgesehenen Verarbeitungs- und Verwendungszwecken angepasst werden. Als einfachste Anpassung an spätere Verarbeitungsstufen gilt das Schneiden oder Reißen der aus dem Spinnbad abgezogenen Filamentkabel zu Spinnfasern mit Längen überwiegend zwischen 2 und 130 Millimeter. Die Feinheit von Viskosefasern kann zwischen 0,5 und 30 dtex eingestellt werden, was unter der Voraussetzung eines runden Querschnitts einem Durchmesser von 6 bis 30 µm entspricht.Walter Roggenstein: Viscose Fibres With New FunctionalsQualities. In: Lenzinger Berichte. 89, 2011, S. 72–75.
Weitere Modifizierungen gegenüber der Normaltype sind z. B. hochgekräuselte, hochnassfeste, farbfeste spinngefärbte und schwer entflammbare Fasern.Ursula Völker, Katrin Brückner: Von der Faser zum Stoff – Textile Werkstoff- und Warenkunde. 35., aktual. Auflage. Verlag Dr. Felix Büchner, Hamburg 2014, ISBN 978-3-582-05112-7, S. 61f. Durch Variation der Faserlänge und der Kräuselung lassen sich die Viskosefasern der Baumwollfaser (B-Typen: 50–60 mm, wenig gekräuselt) und der Wolle (W-Typen: 30–150 mm, stark gekräuselt) anpassen, was für die Herstellung von Mischgarnen von Bedeutung ist.Walter Loy: Chemiefasern für technische Textilprodukte. 2., grundleg. überarb. und erweit. Auflage. Deutscher Fachverlag, Frankfurt am Main 2008, ISBN 978-3-86641-197-5, S. 25.
Herstellung (Viskoseverfahren) 300px|mini|Schema der Herstellung von „Viskose-Lösung“ aus Cellulose (oben). Im Beispiel sind alle Hydroxygruppen verestert. 300px|mini|Beim Verspinnen von „Viskose-Lösung“ in ein Säurebad (Schwefelsäure) erhält man Viskosefilamente (Kunstseide), beim Verpressen durch einen engen Spalt erhält man Cellophan.Siegfried Hauptmann: Organische Chemie. 2., durchgesehene Auflage. Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1985, ISBN 3-342-00280-8, S. 652. Die gegenwärtig existierenden Viskosefaser-Produktionsanlagen weisen einen sehr unterschiedlichen Aufbau auf. Eine umfassende Darstellung ist deshalb hier nicht möglich. An für alle Viskosefaser-Herstellungsverfahren gebräuchlichen Prozessen soll ein prinzipieller Überblick gegeben werden.
Erzeugung der Spinnlösung Als Ausgangsmaterial für die Viskosefaserherstellung dient Chemiezellstoff, der durch chemische Aufschlussverfahren aus verschiedenen Holzsorten von Buchen, Fichten, Eukalyptus, Pinien, Bambus, einjährigen Faserpflanzen oder Baumwolllinters gewonnen wird. Diese Zellstoffqualität unterscheidet sich von dem Zellstoff für die Papierherstellung dadurch, dass die Kettenlänge der Cellulosepolymere kürzer und die Reinheit höher ist. Der Zellstoff für die Viskoseproduktion enthält weniger Restlignin und weniger Hemizellulosen bzw. Pentosane. Er hat eine bessere Reaktivität gegenüber Natronlauge und Schwefelkohlenstoff und eine bessere Löslichkeit in Natronlauge nach erfolgter Xanthogenierungsreaktion.
Für die Herstellung der ViskosefasernW. Burchard: Polysaccharide – Eigenschaften und Nutzung. Springer-Verlag, 1985, ISBN 3-540-13931-1, S. 91–93.Dong Zhang (edit.): Advances in Filament yarn spinning of textiles and polymers. Woodhead Publishing, Cambridge 2014, ISBN 978-0-85709-499-5, S. 177f.Zakhar Aleksandrovič Rogowin: Chemiefasern: Chemie – Technologie. Georg Thieme Verlag, Stuttgart / New York 1982, ISBN 3-13-609501-4, S. 80f. nach dem klassischen Viskoseverfahren muss eine Spinnlösung, die Viskose, erzeugt werden. Dazu werden die aus der Zellstoffherstellung gelieferten Zellstoffbogen zunächst in einer wässrigen Natronlauge (NaOH) eingeweicht. Dabei quillt die Cellulose (Mercerisierung) und wird in Alkalicellulose umgewandelt. Die aufgequollenen Alkalicellulosebögen werden abgepresst und anschließend mechanisch in feine Partikel zerfasert, um die Oberfläche zu vergrößern und damit die spätere Umsetzung der Alkalicellulose mit Schwefelkohlenstoff schneller und gleichmäßiger ablaufen zu lassen. Die zerkleinerte Alkalicellulose wird danach in einem speziellen Behälter einer sogenannten Vorreife (auch als Alterung bezeichnet) unterzogen. Bei konstanter Temperatur und Luftfeuchtigkeit wird unter Einfluss von Luftsauerstoff der Polymerisationsgrad der Cellulose herabgesetzt, um damit später eine spinnfähige Viskosität der Spinnlösung einstellen zu können.Zakhar Aleksandrovič Rogowin: Chemiefasern: Chemie – Technologie. Georg Thieme Verlag, Stuttgart / New York 1982, ISBN 3-13-609501-4, S. 90. Auf die vorgereiften Alkalicellulosepartikel lässt man Schwefelkohlenstoff (CS2) einwirken. Dabei entsteht Natriumxanthogenat (Xanthat). Das orangegelbe Xanthat bildet in wässriger, verdünnter Natriumhydroxid-Lösung eine viskose Lösung. Aus dieser Zustandsbeschreibung der Lösung in diesem Reaktionsstadium leiten sich die Bezeichnungen Viskose-Lösung, und Viskosefaser ab. Die Spinnlösung mit einer Konsistenz ähnlich der von warmem Honig, wird zwei- bis dreimal filtriert. Bei den aufeinander folgenden Filtrationen werden immer sorgfältiger die festen Verunreinigungen und die gequollenen, nicht vollständig gelösten Polymerteilchen aus der Lösung entfernt. Die verbleibenden Teilchen dürfen nicht größer als die Spinndüsenlöcher sein, um die spätere Filamentbildung nicht zu gefährden. Ebenfalls werden durch Vakuumeinwirkung Luftbläschen beseitigt. Es folgt eine längere Nachreife der Viskose-Lösung in speziellen Behältern. Im Gegensatz zur Vorreife verringert sich dabei der Polymerisationsgrad nur noch wenig. Ziel der Nachreife ist vielmehr eine vollkommen gleichmäßige Viskoselösung; um ein besseres Durchmischen zu erreichen, wird die Lösung im Reifebehälter oft bewegt. Während der Reife wird das Cellulosexanthogenat allmählich hydrolysiert, wodurch der Veresterungsgrad abnimmt. Es erfolgt meist eine weitere Filtration und Entlüftung der Spinnlösung. Gleichzeitig wird auch Schwefelkohlenstoff und Wasserdampf abgesaugt. Die fertige Spinnlösung wird über eine Rohrleitung in den Spinnkessel gepumpt.
Erspinnen der Filamente Die alkalische Spinnmasse wird aus dem Spinnkessel mittels Zahnradpumpen durch Spinndüsen in ein Fällbad (Spinnbad) gepresst. Der Durchmesser eines Einzellochs der Spinndüse liegt je nach der Zielvorgabe für die später zu erreichende Faserfeinheit zwischen ca. 25 µm und 250 µm.Menachem Lewin (Hrsg.): Handbook of Fiber Chemistry. 3. Auflage. Taylor & Francis Group, Boca Raton 2007, ISBN 978-0-8247-2565-5, S. 741. Die Anzahl der Bohrungen pro Spinndüse beträgt für Viskose-Filamente zwischen 15 und 120, je nachdem aus wie vielen Filamenten das Filamentgarn bestehen soll.Alfons Hofer: Stoffe. Teil 1: Rohstoffe: Fasern, Garne und Effekte. 8., vollst. überarb. und erweit. Auflage. Deutscher Fachverlag, Frankfurt am Main 2000, ISBN 3-87150-671-0, S. 151. Für die Herstellung von Viskosespinnfasern werden Spinndüsen mit einer Bohrlochanzahl zwischen 3000 und 60.000, in Sonderfällen sogar bis 100.000 eingesetzt.Alfons Hofer: Stoffe. Teil 1: Rohstoffe: Fasern, Garne und Effekte. 8., vollst. überarb. und erweit. Auflage. Deutscher Fachverlag, Frankfurt am Main 2000, ISBN 3-87150-671-0, S. 172.
Für die Viskosefasern im klassischen Herstellungsprozess wird ein Schwefelsäurespinnbad verwendet, das Natriumsulfat fast bis zur Sättigungsgrenze und eine geringe Menge Zinksulfat zur Verzögerung der Cellulose-Ausfällungsreaktion enthält. Durch Neutralisation bildet die Schwefelsäure aus dem Natriumxanthogenat sowohl Natriumsulfat als auch die unbeständige Cellulose-Xanthogensäure, die ihrerseits sofort zu Cellulose und Schwefelkohlenstoff zerfällt. Die zurückgebildete (regenerierte) Cellulose koaguliert dabei zu Filamenten, die aus dem Fällbad abgezogen werden. Die noch weichen und formbaren Filamente werden sofort in einem Streckwerk verstreckt (gereckt), d. h. bleibend gedehnt. Die Gesamtverstreckung beträgt für Standardfasern (Normaltyp) ca. 20 % und für hochfeste Fasern bis zu 200 % und mehr. Das Verstrecken führt zu einer erhöhten Orientierung der Kettenmoleküle der Faser, wodurch z. B. die Scheuer- und Zugfestigkeit erhöht werden. Bei dem Viskose-Normaltyp liegen im Kern der Faser die Kettenmoleküle noch relativ ungeordnet vor. Man spricht deshalb von einer Kern-Mantel-Struktur.Ursula Völker, Katrin Brückner: Von der Faser zum Stoff – Textile Werkstoff- und Warenkunde. 35., aktualisierte Auflage. Verlag Dr. Felix Büchner, Hamburg 2014, ISBN 978-3-582-05112-7, S. 60.Thomas Gries, Dieter Veit, Burkhardt Wulfhorst: Textile Fertigungsverfahren – Eine Einführung. 2., überarb. und erweit. Auflage. Carl Hanser Verlag, München 2014, ISBN 978-3-446-44057-9, S. 59.Menachem Lewin (Hrsg.): Handbook of Fiber Chemistry. 3. Auflage. Taylor & Francis Group, Boca Raton 2007, ISBN 978-0-8247-2565-5, S. 742.
Eine Regenerierung der Spinnbäder erfolgt zur sicheren Faserherstellung, wegen der notwendigen Chemikalieneinsparung und des Umweltschutzes.Rogowin, Zakhar Aleksandrovič: Chemiefasern: Chemie – Technologie. Georg Thieme Verlag, Stuttgart / New York 1982, ISBN 3-13-609501-4, S. 145. Sehr wesentlich für die Regenerierung des Fällbades ist die Entfernung der geringen Mengen Kohlendioxid, und des übelriechenden Schwefelwasserstoffs, der in einer aufwendigen Gaswäsche entfernt werden muss. Alternativ kann das Biotrickling-Filter-Verfahren (Lenzing AG) angewendet werden. Das Wasser und das Natriumsulfat werden in der Rückgewinnung für die Wiederaufbereitung des Spinnbades aus dem verbrauchten Bad entfernt. Natriumsulfat ist somit ein Koppelprodukt im klassischen Viskoseverfahren und wird größtenteils an die Waschmittelindustrie verkauft. Der im Spinnprozess freigesetzte Schwefelkohlenstoff wird zum einen aus den Spinnanlagen abgesaugt und entweder durch Absorption an Aktivkohle direkt zurückgewonnen oder zum anderen zur Herstellung von Schwefelsäure verbrannt.
Nachbehandlung der ersponnenen Filamente und Konfektionierung