BR112013029571B1

BR112013029571B1 - Método para produção de uma fibra precursora contendo lignina e fibra precursora para produção de fibras de carbono

Info

Publication number: BR112013029571B1
Application number: BR112013029571-6A
Authority: BR
Inventors: Lehmann André; Ebeling Horst; Fink Hans-Peter
Original assignee: Stora Enso Oyj
Priority date: 2011-05-18
Filing date: 2012-05-16
Publication date: 2021-09-28
Also published as: HRP20170911T1; JP6205351B2; JP6744268B2; RU2625306C2; ES2607832T3; KR101891367B1; EP2726653A1; CA2835269A1; EP2726653B1; EP2524980A1; WO2012156443A8; JP2018024971A; PT2710173T; KR20140032447A; SI2710173T1; EP2710173B1; BR112013029571A2; US20140194603A1; CL2013003236A1; JP2014518954A

Abstract

método para produção de fibras precursoras contendo lignina e tmém de fibras de carbono a presente invenção está correlacionada a um método para produção de um precursor para produção de fibras de carbono e fibras de carbono ativado, de acordo com o método de fiação a úmido ou de fiação em uma abertura de ar, no qual uma solução de lignina e um polímero formador de fibra em um adequado solvente é extrudada através dos furos de um bico de fiação dentro de um banho de coagulação, em que o fio formado é esticado e subsequentemente tratado, seco a uma elevada temperatura e depois enrolado. o fio contendo lignina é um econômico material de partida para a produção de fibras de carbono e fibras de carbono ativado.

Description

[001] A presente invenção está correlacionada a um método para produção de um precursor correlacionado à produção de fibras de carbono e fibras de carbono ativado, de acordo com o método de fiação a úmido ou de fiação em uma abertura de ar, no qual uma solução de lignina e um polímero formador de fibra em um adequado solvente é extrudada através dos furos de um bico de fiação dentro de um banho de coagulação, em que o fio formado é esticado e subsequentemente tratado, seco a uma elevada temperatura e depois enrolado. O fio contendo lignina é um econômico material de partida para a produção de fibras de carbono e de fibras de carbono ativado.

[002] As fibras de carbono são fibras de reforço de alto desempenho que são usadas essencialmente nos materiais compósitos de construção de aeronaves, construção de veículos de alto desempenho (Fórmula I, barcos a vela de alto desempenho, etc.), em equipamentos esportivos e, de modo crescente, em instalações de energia eólica. Atualmente, intensos esforços são feitos em todo o mundo para introduzir fibras de carbono de média qualidade (com um nível de preço reduzido), em aplicações feitas em massa na construção de automóveis, no desenvolvimento de veículos elétricos de peso reduzido, que são visados, publicamente, mas, que, entretanto, representam uma substancial força de impulsionamento.

[003] As fibras de carbono são produzidas mediante tratamento térmico acima de 1000°C das fibras precursoras orgânicas. As primeiras fibras de carbono foram desenvolvidas com base nos precursores de celulose e usadas como filamentos de lâmpadas. Nos dias de hoje, a poliacrilonitrila ou os copolímeros de poliacrilonitrila são os polímeros dominantes para a produção de precursores de fibras de carbono. O suporte tipo pálete de fibras de carbono à base de poliacrilonitrila (PAN) é suplementado com fibra de carbono de alto módulo de elasticidade, feita a partir de piche. Para as fibras de carbono à base de PAN, a capacidade anual estimada em 2010 foi de aproximadamente 77.000 toneladas, e para fibras de carbono à base de piche de 1380 toneladas (Technical Textiles, 3/2010). Um panorama da produção, estrutura e propriedades mecânicas e também da aplicação de fibras de carbono à base de PAN e à base de piche é apresentado na publicação de J. P. Donnet et al, Carbon Fibers, 3a. Edição, Marcel Dekker, Inc. New York, Basle, Hong Kong.

[004] A poliacrilonitrila e o piche são produtos da indústria petroquímica e, conseqüentemente, sujeitos aos típicos aumentos de custo desse ramo industrial. Nos últimos anos, se desenvolveu uma tendência para o desenvolvimento de precursores que não estão ligados ao preço do petróleo, com relação às matérias-primas que resultaram dos mesmos. Essa tendência foi forçada pela demanda de fibras de carbono no segmento de média qualidade e, conseqüentemente, também no segmento de preço médio para aplicações em massa, como se observa na construção automobilística.

[005] Também, os biopolímeros, desse modo, entraram em foco. Já foi feita referência à celulose (rayon) como matéria-prima para a primeira fibra de carbono. Também, as fibras de Lyocell foram examinadas como precursores (S. Peng et al., J. Appl. Polymer Sci. 90, (2003), 1941-1947). Foi demonstrado que as fibras de carbono à base de Lyocell apresentam uma resistência um pouco maior que as fibras de carbono à base de rayon, produzidas sob condições comparáveis. Os valores de 1 GPa para a resistência e de aproximadamente 100 GPa para o módulo de elasticidade estão, entretanto, em um nível bastante baixo para as fibras de carbono. Além das fibras de celulose sintéticas, também, as fibras naturais de celulose foram testadas como precursores para fibra de carbono. M. Zhang et al. (Die Angewandte makromolekulare Chemie (Applied Macromolecular Chemistry) 222, (1994), 147 163) usaram fibra de sisal como precursor para produção de fibra de carbono. Com uma resistência de 0,82 Gpa e um módulo de elasticidade de 25 Gpa, as fibras de carbono produzidas a partir da fibra de sisal se encontram com um nível de especificação bastante baixo.

[006] Outro biopolímero que crescentemente está ganhando importância no desenvolvimento como precursor é a lignina. A lignina é um poliol poliaromático, sendo um componente da madeira e que ocorre em grandes quantidades como sub-produto da produção da celulose. A proporção de carbono é de aproximadamente 60-65%. A strutura química da lignina é determinada pelo tipo de madeira usada no processo da celulose e também do método de digestão da celulose que é aplicado. As maiores quantidades da lignina resultante são supridas para uso energético. Com a lignina, uma matéria-prima extremamente econômica é disponível em grandes quantidades e, na prática, não é formadora de fibra de uma forma não-modificada. Assim, foi objetivado o desenvolvimento de precursores contendo lignina fiada sob fusão. A apresentação do artigo de J.F. Kadla et al. (Carbon, 40, (2002), 2913-2920), descreve a produção de fibra de lignina através de fiação sob fusão de uma lignina Kraft comercialmente disponível, e também fiação sob fusão de uma mistura de lignina com baixas proporções de até 5% de óxido de polietileno (PEO). O processamento da lignina pura exige um pretratamento térmico que aumenta os custos da matéria-prima e, nas misturas, somente são possíveis pequenas proporções de PEO, uma vez que com maiores quantidades de PEO a adesão ocorre no processo de estabilização. As fibras de carbono feitas de precursores contendo lignina fiada sob fusão apresentaram resistências de aproximadamente 0,4 GPa e módulos de elasticidade na faixa de 40-50 GPa e, conseqüentemente, ainda não atendem os valores de característica mecânica buscados pela indústria automobilística, que é de resistência de aproximadamente 1,7 GPa e módulo de elasticidade de aproximadamente 170 GPa.

[007] Kubo et al. (Carbon, 36, (1998), 1119-1124) descrevem um processo para fiação sob fusão de lignina, no qual em uma predeterminada etapa, os componentes de alto peso molecular que não são fundidos são removidos da lignina. Em outra publicação, K. Sudo et al. (J. Appl. Polymer Sci., 44, (1992), 127-134) descrevem o pretratamento da lignina com solventes orgânicos, com subsequente fiação sob fusão da fração solúvel de clorofórmio. As fibras de carbono assim produzidas, simplesmente, apresentaram um baixo nível de resistência.

[008] A Patente US 7,678,358 reivindica a acetilação da lignina como precursora da fiação sob fusão da lignina, sem, entretanto, fornecer qualquer informação com relação às propriedades das fibras de carbono produzidas dessa maneira. O estado da técnica mostra que, a princípio, é possível produzir precursores contendo lignina fiada sob fusão para formação de fibras de carbono. No entanto, é também mostrado que o nível de propriedade da fibra de carbono à base de PAN ou piche não é alcançado. Assim, a questão permanece em aberto quanto ao fato de que a modificação da lignina exigida para torná-la adequada para a fiação sob fusão não se opõe à vantagem do custo da matéria-prima econômica, como é considerada a lignina.

[009] O objetivo que fundamenta a invenção é de desenvolver um método econômico para a produção de um precursor contendo lignina, baseado em um método de fiação em solução, pra a produção de fibras de carbono e fibras de carbono ativado.

[0010] Além disso, constitui um objetivo da presente invenção indicar uma correspondente fibra precursora contendo lignina. Além disso, a presente invenção se refere ainda ao processamento de fibras precursoras, para formar fibras de carbono e, também, fibras de carbono ativado produzidas de modo correspondente.

[0011] Esse objetivo é alcançado com relação ao método de produção de uma fibra precursora contendo lignina, de acordo com a presente invenção. A invenção também se refere a uma fibra precursora produzida de modo correspondente.

[0012] No caso do método de acordo com a invenção, dito método para preparação de uma fibra precursora contendo lignina para produção de fibras de carbono e/ou fibras de carbono ativado, uma solução, compreendendo pelo menos um tipo de lignina e, também, pelo menos um polímero formador de fibra, selecionado do grupo que consiste de celulose ou derivados de celulose, em pelo menos um solvente, selecionado do grupo que consiste de óxidos de amina terciária, líquidos iônicos, solventes apróticos polares, dimetilformamida e/ou dimetilacetamida, é introduzida dentro de um banho de coagulação, mediante extrusão da solução através de um bico de fiação, e do uso do método de fiação a úmido ou o método de fiação em uma abertura de ar, e em que a fibra precursora contendo lignina é então precipitada.

[0013] No método de acordo com a invenção, é particularmente vantajosa uma temperatura de processamento preferivelmente baixa da solução, uma vez produzida durante a extrusão da mesma dentro do banho de coagulação, em que o limite máximo superior dessa temperatura é indicado pela natureza do banho de coagulação (ponto de ebulição). Geralmente, a temperatura do banho de coagulação é, desse modo, abaixo de 100°C. Como resultado, é proporcionado um processamento das fibras de lignina extremamente suave, que, surpreendentemente, faz com que as fibras de carbono produzidas a partir dessas fibras precursoras tenham uma resistência à tração significativamente aumentada.

[0014] De acordo com a invenção, é entendido pelo termo “solução”, que todos os componentes da solução, isto é, a lignina e o polímero formador de fibra, são completamente solvatados pelo solvente. Entretanto, esse termo também inclui a possibilidade de que as fibras de lignina e/ou o polímero formador de fibra estejam presentes, parcialmente não-dissolvidos.

[0015] Uma modalidade preferida do método proporciona que a solução usada na etapa (a) é produzida mediante agitação ou amassamento do dito pelo menos um tipo de lignina e também do dito pelo menos um polímero formador de fibra no dito pelo menos um solvente, preferivelmente, sob temperaturas de 60°C ou mais, particularmente preferido, de 80°C ou mais.

[0016] Além disso, é vantajoso que a solução seja filtrada antes de ser introduzida no banho de coagulação, pelo que, quaisquer possíveis componentes insolúveis ali contidos sejam capazes de ser separados.

[0017] Numa modalidade particularmente preferida, o diâmetro do furo de fiação do bico de fiação varia de 50 a 600 μm, preferivelmente, de 100 a 500 μm.

[0018] Os métodos para modelar a solução e transferir a mesma para o banho de precipitação ou para o banho de coagulação, desse modo, são efetuados através do método de fiação a úmido ou do método de fiação em uma abertura de ar, a abertura de ar no caso do método de fiação com abertura de ar sendo, preferivelmente, de pelo menos 10 mm, ainda mais preferivelmente, de pelo menos 20 mm, e no máximo de 500 mm.

[0019] Adicionais vantajosos aspectos do método de acordo com a invenção proporcionam que a fibra contendo lignina, de acordo com a etapa (b): a) é esticada, preferivelmente, esticada de pelo menos 1,1 vezes, ainda preferido, de 1,1 a 12 vezes, particularmente preferido, de pelo menos 1,5 vezes, mais particularmente preferido, de pelo menos 2 vezes sua extensão, especificamente, a uma temperatura de pelo menos 60°C, preferivelmente, de pelo menos 80°C, ainda preferido, de pelo menos 90°C, particularmente preferido de pelo menos 100°C, o esticamento sendo implementado preferivelmente no banho de precipitação, com a presença de ar ou de vapor d'água; b) é lavada, de modo preferível, lavada com água desmineralizada; c) é tratada subsequentemente com agentes de auxílio têxtil, para melhorar a resistência do filamento e para evitar cargas eletrostáticas; d) é seca, especificamente, através de enrolamento ou enrolamento completo da fibra em torno de rolos aquecidos, e/ou através de secagem em fluxo direto, a uma temperatura de pelo menos 80°C, preferivelmente, de pelo menos 100°C; e/ou e) é enrolada.

[0020] Além disso, é vantajosamente possível que a fibra seja tratada com um óleo de fiação antes da secagem, depois da secagem ou, antes e depois da secagem.

[0021] As concentrações preferidas do dito pelo menos um tipo de lignina variam de 1 a 99% em peso, preferivelmente, de 2 a 30% em peso, particularmente preferido, de 3 a 20% em peso, com relação à solução total.

[0022] As concentrações vantajosas do dito pelo menos um polímero formador de fibra são, desse modo, em relação à solução total, de 1 a 99% em peso, preferivelmente, de 5 a 40% em peso, particularmente preferido, de 7 a 30% em peso, igualmente, com relação à solução total.

[0023] Numa modalidade particularmente preferida, o banho de coagulação compreende água ou uma mistura de água e um líquido orgânico, tal como, solventes apróticos polares, em particular, DMSO; amidas alifáticas, que são líquidas à temperatura ambiente, especificamente, dimetilformamida (DMF) ou dimetilacetamida (DMAc); óxidos de aminas terciárias, especificamente, N-óxido de N- metilmorfolina; líquidos iônicos, preferivelmente, líquidos iônicos selecionados do grupo que consiste de compostos de imidazólio, compostos de piridínio ou compostos de tetralquilamônio, sendo particularmente preferidos, cloreto de 1-butil-3-metilimidazólio, acetato de 1-butil-3- metilimidazólio ou acetato de 1-etil-3-metilimidazólio, e/ou misturas dos mesmos.

[0024] Um vantajoso valor de pH para o banho de coagulação é entre 1 e 7, preferivelmente, entre 2 e 5.

[0025] O solvente para a solução de fiação, isto é, a solução que compreende a lignina e também pelo menos um polímero formador de fibra, é selecionado, preferivelmente, do grupo que consiste de solventes polares apróticos, particularmente, sulfóxido de dimetila (DMSO), dimetilformamida (DMF) ou dimetilacetamida (DMAc); óxidos de amina terciária, especificamente, N-óxido aquoso de N- metilmorfolina (NMMNO), em particular, monoidrato de NMMNO; líquidos iônicos, preferivelmente, líquidos iônicos selecionados do grupo que consiste de compostos de imidazólio, compostos de piridínio ou compostos de tetralquilamônio, sendo particularmente preferidos, cloreto de 1-butil-3-metilimidazólio, acetato de 1-butil-3- metilimidazólio ou acetato de 1-etil-3-metilimidazólio, e/ou misturas dos mesmos.

[0026] Os polímeros formadores de fibra são selecionados do grupo que consiste de celulose e/ou derivados de celulose, especificamente, carbamato de celulose, alofanato de celulose e hemicelulose, e/ou misturas ou combinações dos mesmos.

[0027] Além disso, é vantajoso no caso do método de acordo com a invenção, que pelo menos um tipo de lignina seja resultante de métodos de polpação de madeira e de plantas perenes, e seja selecionada, particularmente, do grupo que consiste de lignina alcalina, lignina kraft, lignossulfonato, tiolignina, lignina organossolve, lignina ASAM, ligninas provenientes de processos de digestão por meio de líquidos iônicos ou enzimas e/ou combinações ou misturas dos mesmos.

[0028] De acordo com a invenção, uma fibra precursora para produção de fibras de carbono é também indicada. A fibra precursora de acordo com a invenção é caracterizada por apresentar: a) um teor de pelo menos um tipo de lignina, de 1% a 99% em peso, preferivelmente, de 20 a 60% em peso; b) um teor de pelo menos um tipo de polímero formador de fibra de 1 a 99% em peso, preferivelmente, de 40 a 80% em peso; e c) possivelmente, uma resistência de pelo menos 10 cN/tex, preferivelmente, de pelo menos 20 cN/tex, e/ou d) possivelmente, um módulo de elasticidade de pelo menos 1000 cN/tex, preferivelmente, de pelo menos 1300 cN/tex.

[0029] A fibra precursora de acordo com a invenção pode ser produzida de um modo particularmente vantajoso, de acordo com o método descrito anteriormente.

[0030] Além disso, de acordo com a presente invenção, é indicado um método para produção de uma fibra de carbono, no qual uma fibra precursora é estabilizada sob temperaturas entre 100 e 600°C, e carbonizada sob uma temperatura acima de 800°C, sob condições inertes.

[0031] Numa modalidade preferida, a fibra de carbono é submetida a vapor d'água, depois da carbonização, sob temperaturas superiores a 200°C, preferivelmente, superiores a 300°C.

[0032] Além disso, a presente invenção proporciona uma fibra de carbono, que pode ser produzida de acordo com o método descrito anteriormente para a produção de fibra de carbono.

[0033] A presente invenção será explicada em maiores detalhes fazendo-se referência às subsequentes modalidades e exemplos, sem que a invenção seja restringida aos parâmetros representados.

[0034] A lignina, preferivelmente, é misturada com o polímero formador de fio ou fibra, depois, dissolvida em um solvente adequado mediante agitação ou mediante um processo de amassamento sob temperatura elevada. A solução resultante é possivelmente filtrada e, depois, vantajosamente modelada para formação de fios, por meio de fiação a úmido ou fiação em uma abertura de ar, que, em seguida, são esticados sob diferentes condições, lavados, tratados, secos e então enrolados na forma de um filamento.

[0035] Diferentes ligninas, tais como, lignina alcalina, lignossulfonato, tiolignina, lignina de organossolve, ou outros tipos de lignina de processos alternativos de digestão de madeira, que são conhecidos para os especialistas versados na técnica, quando ocorrem durante a produção de celulose, ou também misturas das mesmas, podem ser usadas. As ligninas são intensamente lavadas com água ou, também, possivelmente com ácidos diluídos, até ser obtido um teor de cinzas inferior a 1%.

[0036] Como polímeros formadores de fibra, são usados, especificamente, celulose ou ainda derivados de celulose, tais como, carbamato de celulose e alofanato de celulose.

[0037] Como solventes, são usados, por exemplo, amidas alifáticas, tais como, DMF ou DMAc, DMSO, óxidos de amina terciária, preferivelmente, N-óxido aquoso de N-metilmorfolina, em particular, monoidrato de NMMO ou um líquido iônico, selecionado do grupo que consiste de compostos de imidazólio, compostos de piridínio, compostos de tetralquilamônio e misturas dos mesmos.

[0038] A solução de fiação é preferivelmente produzida através de agitação ou mediante amassamento a uma temperatura acima de 60°C, preferivelmente, acima de 80°C. a concentração do polímero é ajustada, por exemplo, para um valor superior a 8%, preferivelmente, superior a 10%. A solução viscosa resultante pode ser filtrada usando dispositivos de filtração normais, e pode ser suprida na forma de uma solução homogênea, isenta de partículas, para armazenamento intermediário, antes do processo de fiação.

[0039] A modelagem da solução de fiação para a formação de fibras ou filamentos é efetuada de acordo com os métodos de fiação a úmido ou de fiação em uma abertura de ar. No caso do método de fiação a úmido, a solução de fiação é prensada através de furos de um bico de fiação, em que os bicos de fiação usados apresentam diâmetros de furos de 50 a 500 μm. O fio extrudado é solidificado no banho de coagulação, o qual consiste de água ou de uma mistura do solvente polimérico e um não-solvente. O não-solvente pode ser, preferivelmente, água ou um álcool alifático, com um comprimento de cadeia de até 8 átomos de carbono. Quando se aplica o método de fiação em uma abertura de ar, a solução viscosa de fiação contendo lignina é prensada através dos furos do bico de fiação e os fios extrudados são esticados na abertura de ar. O diâmetro preferido do furo do bico é preferivelmente maior que 100 μm, mas, não deve exceder a 600 μm. A extensão da abertura de ar é de pelo menos 10 mm. O fio esticado na abertura de ar é depois coagulado, de modo comparável ao do método de fiação a úmido.

[0040] O fio é esticado na água e/ou numa mistura de água e solvente, a uma temperatura superior a 80°C, preferivelmente, superior a 90°C, e sob ar quente ou vapor d'água, a uma temperatura superior a 90°C, preferivelmente, superior a 100°C, até a um múltiplo de seu comprimento, mas, pelo menos durante 1,1 vezes. O esticamento pode ser efetuado antes ou mesmo depois do processo de lavagem.

[0041] O fio esticado e lavado é então tratado, antes da secagem ou depois da secagem, ou então, antes e depois da secagem, com um óleo de fiação apresentando um efeito antiestático. A secagem é efetuada sobre rolos aquecidos ou também por secagem de fluxo direto, sob temperaturas maiores que 80°C, preferivelmente, maiores que 100°C.

[0042] A fibra assim produzida compreende pelo menos 10% de lignina, preferivelmente, mais de 20% de lignina e um ou mais polímeros formadores de fibra, tais como, celulose e/ou derivados de celulose, como, por exemplo, carbamato de celulose e/ou alofanato de celulose. As fibras produzidas de acordo com a invenção apresentam uma resistência à tração de pelo menos 10 cN/tex e um módulo de elasticidade maior que 500 cN/tex, podendo ser convertidas, de acordo com métodos conhecidos, como, por exemplo, estabilização e carbonização, em fibras de carbono e, também, mediante subsequente tratamento com vapor d'água, em fibras de carbono ativado, com uma alta superfície específica.

Exemplo 1

[0043] 60 g de celulose (DPcuox = 490), que compreende até 12% de hemicelulose, são misturadas com 29 g de lignina de Organocell seca ao ar, em 500 g de cloreto de 1-butil-3-metilimidazólio, e dissolvidas em um dispositivo de amassamento horizontal a uma temperatura de 90°C durante 3 horas. A resultante solução preta homogênea é isenta de resíduos de fibra e apresenta uma viscosidade de cisalhamento zero, medida a 80°C, de 578 Pas.

[0044] A solução foi prensada através de um bico de fiação de 40 furos (diâmetro do furo de 200 μm), com a ajuda de uma extrusora, depois esticada com uma proporção de extração de 14 na abertura de ar, e os filamentos foram precipitados no banho de coagulação de ácido acético (pH = 2,5). A lavagem dos filamentos foi efetuada com água destilada e a secagem foi feita ao ar. Os filamentos apresentaram uma resistência de 25 cN/tex, um alongamento de 7,6% e ainda um módulo de elasticidade de 1.320 cN/tex. O teor da lignina foi de 20,3%.

Exemplo 2

[0045] 75 g de uma celulose química seca ao ar (DPcuox = 560) são misturadas com 48 g de lignina kraft seca ao ar, em 500 g de acetato de 1-etil-3- metilimidazólio, e dissolvidas em um dispositivo de amassamento horizontal a uma temperatura de 90°C durante 3 horas. A resultante solução preta homogênea é isenta de resíduos de fibra e apresenta uma viscosidade de cisalhamento zero, medida a 100°C, de 374 Pas.

[0046] A solução foi prensada através de um bico de fiação de 40 furos (diâmetro do furo de 200 μm), com a ajuda de uma extrusora, depois esticada com uma proporção de extração de 18 na abertura de ar, e os filamentos foram precipitados no banho de coagulação aquoso. A lavagem dos filamentos foi efetuada com água destilada e a secagem foi feita ao ar. Os filamentos apresentaram uma resistência de 28 cN/tex, um alongamento de 9,6% e ainda um módulo de elasticidade de 1.560 cN/tex. O teor da lignina foi de 36,4%.

Exemplo 3

[0047] 30 g de carbamato de celulose (DPcuox = 258, DS = 0,4) são misturadas com 10 g de lignina organossolve seca ao ar, em 70 g de acetato de 1-butil-3- metilimidazólio, e dissolvidas em um dispositivo de amassamento horizontal a uma temperatura de 110°C durante 2 horas. A resultante solução preta homogênea é isenta de resíduos de fibra e apresenta uma viscosidade de cisalhamento zero, medida a 100°C, de 1.215 Pas.

[0048] A solução foi prensada através de um bico de fiação de 12 furos (diâmetro do furo de 150 μm), com a ajuda de uma extrusora, depois, esticada com uma proporção de extração de 30 na abertura de ar, e as fibras de carbamato de celulose contendo lignina foram precipitadas no banho de coagulação aquoso, com 15% de acetato de 1-butil-3-metilimidazólio. A lavagem dos filamentos foi efetuada com água destilada e a secagem foi feita ao ar. Os filamentos apresentaram uma resistência de 45 cN/tex, um alongamento de 6,4% e ainda um módulo de elasticidade de 2.346 cN/tex. O teor da lignina foi de 18,3%.

Exemplo 4

[0049] 447 g de uma celulose química seca ao ar (DPcuox = 560) são misturadas com 276 g de lignina kraft seca ao ar e ainda com 2,1 g de galato de propila, em 5,2 kg de hidrato de N-óxido de N-metilmorfolina a 52%, e dissolvidas em um dispositivo de amassamento horizontal a uma temperatura de 90°C, com separação de água destilada, durante 3 horas. A resultante solução preta homogênea é isenta de resíduos de fibra e apresenta uma viscosidade de cisalhamento zero, medida a 90°C, de 642 Pas.

[0050] A solução foi prensada através de um bico de fiação de 40 furos (diâmetro do furo de 200 μm), com a ajuda de uma extrusora, depois, esticada com uma proporção de extração de 20 na abertura de ar, e os filamentos foram precipitados no banho de coagulação aquoso. A lavagem dos filamentos foi efetuada com água destilada e a secagem foi feita ao ar. Os filamentos apresentaram uma resistência de 42 cN/tex, um alongamento de 5,4% e ainda um módulo de elasticidade de 2.164 cN/tex. O teor da lignina foi de 52,4%.

Claims

1. Método para produção de uma fibra precursora contendo lignina, para produção de fibras de carbono e/ou fibras de carbono ativado, caracterizado pelo fato de: a) uma solução, compreendendo pelo menos um tipo de lignina e, também, pelo menos um polímero formador de fibra, selecionado do grupo que consiste de celulose ou derivados de celulose, em pelo menos um solvente, selecionado do grupo que consiste de óxidos de amina terciária e/ou líquidos iônicos; b) dita solução é transferida para dentro de um banho de coagulação mediante extrusão da solução através de um bico de fiação, de acordo com o método de fiação em uma abertura de ar, onde a fibra precursora contendo lignina é então precipitada; em que a solução usada na etapa (a) é produzida mediante agitação ou amassamento do pelo menos um tipo de lignina e também do dito pelo menos um polímero formador de fibra no pelo menos um solvente, e em que, respectivamente em relação à completa solução, a concentração: i) do pelo menos um tipo de lignina é de 2 a 30% em peso; e/ou j) ) do pelo menos um polímero formador de fibra é de 5 a 40% em peso.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a solução usada na etapa (a) é produzida a uma temperatura de >60oC.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a solução é filtrada antes da introdução dentro do banho de coagulação.

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o diâmetro do furo de fiação do bico de fiação varia de 50 a 600 μm.

5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a modelagem é executada pelo método de fiação em uma abertura de ar, em que a abertura de ar é de >10 mm.

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a fibra contendo lignina, de acordo com o item (b) é: a) esticada >1,1 vezes a uma temperatura de >60°C, o esticamento sendo implementado no banho de precipitação, com a presença de ar ou de vapor d'água; b) lavada; c) tratada subsequentemente com agentes de auxílio têxtil, para melhorar a resistência do filamento e para evitar cargas eletrostáticas; d) seca; e/ou e) enrolada.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a fibra é tratada com um óleo de fiação antes da secagem, depois da secagem ou antes e depois da secagem.

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que, respectivamente em relação à completa solução, a concentração: a) do pelo menos um tipo de lignina é de 3 a 20% em peso; e/ou b) do pelo menos um polímero formador de fibra é de 7 a 30% em peso.

9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o banho de coagulação compreende água ou uma mistura de água e um líquido orgânico, que é líquida à temperatura ambiente.

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o valor de pH do banho de coagulação é entre 1 e 7.

11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o óxido de amina terciária é N-óxido de N-metilmorfolina (NMMO), e os líquidos iônicos são selecionados do grupo que consiste de compostos de imidazólio, compostos de piridínio ou compostos de tetralquilamônio.

12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a celulose e/ou derivados de celulose são selecionados do grupo que consiste de carbamato de celulose, alofanato de celulose e hemicelulose; e/ou misturas dos mesmos.

13. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o dito pelo menos um tipo de lignina resulta de métodos de polpação de madeira e plantas perenes, sendo selecionado do grupo que consiste de lignina alcalina, lignina kraft, lignossulfonato, tiolignina, lignina organossolve, lignina ASAM, ligninas provenientes de processos de digestão por meio de líquidos iônicos ou enzimas e/ou combinações ou misturas dos mesmos.

14. Fibra precursora para produção de fibras de carbono de acordo com o método definido na reivindicação 1, caracterizada pelo fato de compreender a) um teor de pelo menos um tipo de lignina, de 20 a 60% em peso; b) um teor de pelo menos um tipo de polímero formador de fibra selecionado do grupo consistindo de celulose e/ou derivados de celulose, de 40 a 80% em peso; e c) uma resistência de >20 cN/tex, e/ou d)um módulo de elasticidade de >1000 cN/tex.