DE102009043908A1

DE102009043908A1 - Verfahren zur Gewinnung von spinnfähigen Nesselfasern

Info

Publication number: DE102009043908A1
Application number: DE200910043908
Authority: DE
Inventors: Thomas Krah; Heinrich Kranz
Original assignee: STOFFKONTOR KRANZ AG
Current assignee: STOFFKONTOR KRANZ AG
Priority date: 2009-08-31
Filing date: 2009-08-31
Publication date: 2011-03-03

Abstract

Ein Verfahren zur Gewinnung von spinnfähigen Nesselfasern aus Brennnesseln, wobei zunächst Brennnesselstroh entholzt und Nesselwolle gewonnen wird, ist so ausgebildet, dass die Nesselwolle mit Wasser befeuchtet, nach einer Verweildauer gewaschen und danach entwässert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von spinnfähigen Nesselfasern nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Gegenüber anderen Cellulosefasern haben verarbeitete, d. h. versponnene Nesselfasern in vielerlei Hinsicht besondere Vorteile. Dabei kommen Nesselfasern aus Brennnesseln zum Einsatz, die in der Natur als kleine Brennnessel oder als große Brennnessel vorkommen oder aus deren gezüchteten Nesselfaserklonen 1, 12, 13 und 28 der großen Brennnessel.
Um spinnfähige Nesselfasern als Langstapelfasern (Faserverbund von Elementarfasern) oder Kurzstapelfasern (Elementarfasern) zu erhalten, ist eine Entpektinisierung der Sklerenchymfasern, also der Nesselrolle, erforderlich, so dass diese in reiner Form spinnfähig vorliegen.
Dabei werden die Sklerenchymfasern durch Entholzen von Brennnesselstroh gewonnen, was beispielsweise durch einen Röstvorgang erfolgt, bei dem die gerauften oder gemähten Pflanzen bei der sogenannten Tauröste einige Wochen auf dem Feld gelassen werden, um durch aeroben bakteriellen Abbau die Haftung zwischen dem Holzkern der Pflanze und den im Allgemeinen in der Epidermis liegenden Sklerenchymfasern herabzusetzen.
Früher eingesetzte anaerobe Verfahren, wie die bekannte Kaltwasser- oder Warmwasserröste, sind heute wegen der Umweltbelastung nicht mehr zulässig und haben außerdem den Nachteil, dass das Stroh nach dem Röstvorgang und vor dem Entholzen getrocknet werden muss, um den Brechvorgang durchführen zu können, weshalb zum Teil auch gemischte Verfahren, insbesondere für Flachs und Hanf von anaerober und aerober Röste angewendet werden.
Vor allem die Wasserverschmutzung durch den teilweisen Abbau des Pektins stellt ein erhebliches Problem dar, da das Stroh nur eine Ausbeute von ca. 15% Fasern hat und erhebliche Bestandteile an Pektin, Lignin und anderen Begleitsubstanzen aufweist.
Der Röstvorgang wird so weit getrieben, bis sich im trockenen Zustand des Röstgutes die Holzteile von den Faserbündeln einwandfrei lösen lassen. Die Bestimmung dieses Zeitpunktes ist sehr schwierig, da die in dem gesamten Brennnesselpflanzenstängel vorhandenen Pektinsubstanzen sehr variieren und der Röstvorgang an gebrochenen Stängeln früher einsetzt als an ungebrochenen Stängeln. Ein absolut gleichmäßiges Nesselstroh steht allerdings bei den heute üblichen Erntemethoden nicht zur Verfügung.
Hinsichtlich der Fasergewinnung wird in der DE 44 20 221 C2 vorgeschlagen, in einem Beuchprozess über mehrere Behandlungsstufen – Borax – Trinatriumphosphat – Tensid – Wasserstoffperoxid – Bleiche – Enzym – einen Abbau der Begleitsubstanzen und die Freilegung der dann spinnfähigen Fasern zu erreichen, jedoch im Wesentlichen lediglich gedacht für die Behandlung von Hanf oder Flachs.
Die üblichen Verfahren zur Gewinnung von Cellulosefasermaterial sind der Natronaufschluss (NaOH, Na₂CO₃), das Sulfitverfahren (CaO, MgO, NaOH, NH₄OH/SO₂) und das Sulfatverfahren (NaOH, Na₂S, Na₂CO₃). Alle Verfahren sind aufgrund eines hohen Chemikalien- und Energieverbrauchs in wirtschaftlicher Weise insbesondere für eine Massenproduktion nicht einsetzbar. Darüber hinaus ist eine Depolymerisation der Cellulose gegeben, was zum Teil auch auf notwendige hohe Drücke und Temperaturen beim Aufschließprozess zurückzuführen ist.
Bei dem in der DE 44 20 221 C2 beschriebenen Verfahren werden diese Nachteile zwar größtenteils vermieden, die Auflösung der Fasern zu Elementarfasern jedoch bedarf einer speziellen mechanischen Nachbehandlung. Die Ursache hierfür ist zum Teil in der nicht vollständigen Lösung der Zellen im Bereich der Mittellamellen zu suchen.
Ein weiteres Verfahren ist in der EP 0 706 585 B1 offenbart. Dort wird mit einer Restfeuchte von 12–14% kardiert, um die Elementarfasern weitgehend voneinander zu trennen. Der erzielte Weißgrad unter Anwendung von H₂O₂ von 70 (ISO) liegt allerdings lediglich an der unteren Grenze der im Markt akzeptierten Werte.
Weiter ist aus dem Stand der Technik ein Verfahren bekannt, das unter Zusatz von Enzymen, Trinatriumphosphat, Tensiden und H₂O₂ zwar bei Pflanzen wie Ölleinen, Faserleinen (Flachs), Hanf und Hopfen erfolgreich angewendet werden kann, was allerdings nicht bei Brennnesseln zum Erfolg führt. Die Nesselfaserschädigung kann unter Zusatz von Enzymen nicht vermieden werden, so dass die Fasern beim Verspinnen brüchig werden und die Gewebe keine Reißfestigkeit aufweisen, die gerade eine reine Nesselfaser auszeichnet.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art so weiterzuentwickeln, dass die Cellulosefasern nicht geschädigt werden, die Nesselfasern sich einwandfrei und ohne Faserkürzung vereinzeln lassen und der Energie- und Wasserbedarf minimiert wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass es neben der wirtschaftlichen Anwendung außerordentlich umweltfreundlich durchführbar ist.
Durch die Befeuchtung der entholzten Nesselfaserwolle und deren Verweildauer in befeuchtetem Zustand, vorzugsweise 1 bis 2 Stunden bei 10°C bis 16°C Wassertemperatur, erfolgt durch die an den Brennnesseln haftenden eigenen Enzyme eine vollständige oder nahezu vollständige Überführung von Nichtzellulose-Bestandteilen in wasserlösliche Substanzen.
Vor dem Waschvorgang erfolgt ein biologischer Abbauprozess der Substanzen durch anaerobe Bakterien, so dass die auf dem pflanzlichen Substrat befindlichen Nichtzellulose-Bestandteile beispielsweise durch bekannte Textil-Waschmittel ohne Faserschädigung entfernt werden können, bzw. durch eine Wasserspülung so weitgehend von den Begleitsubstanzen befreit werden, dass nach dem Trocknen nur noch eine lose Haftung unter den Fasern vorliegt.
Der anaerobe biologische Abbauprozess läuft bei Wassertemperaturen zwischen 14 und 170°C, vorzugsweise bei 60°C bis 140°C, wobei die anaeroben Bakterien auf den Fasern durch die Nassbehandlung aktiviert werden.
Wie erwähnt, wird die mechanisch aus dem geernteten Brennnesselstroh vorentholzte Nesselwolle gleich welcher Aufmachung, ungeschnitten, geschnitten, gekämmt oder dergleichen, zwecks biologischem Abbau der Begleitstoffe zwischen 1 bis 2 Stunden bei 10°C bis 16°C Wassertemperatur befeuchtet, mit wenig Wasser, im Verhältnis von etwa 1:1, danach gewaschen und in einer Filterpresse weitgehend vom Wasser befreit.
Zur Vereinfachung des Verfahrens genügt es, das Fasermaterial anzufeuchten und im angefeuchteten Zustand dem biologischen Abbauprozess (Fermentierung) auszusetzen, wobei die Dauer des Abbauprozesses temperaturabhängig ist. Nach einem Entweichen der oberflächlich auf den Fasern haftenden Luft setzt ein anaerober bakterieller Abbauprozess der eigenen Substanzen ein, wobei sich ein PH-Wert zwischen 3,5 und 6 einstellt.
Nach Beendigung des biologischen Abbauprozesses wird das Wasser mit den biologischen Abbauprodukten abgelassen oder abgedrückt und ein Waschprozess eingeleitet, entweder nur mit Brauchwasser oder unter Anwendung von bekannten Textilwaschmitteln, mit Einsatz von Tensiden und Bleichmitteln.
Bereits nach dem biologischen Abbauprozess, dem Spülen und anschließenden Trocknen sind die Fasern so weit von einander gelöst, dass sie als Elementarfasern vorliegen.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird für den chemischen Waschprozess Trinatriumphosphat, das als Waschmittel bekannt ist, eingesetzt, unter Zugabe von Tensid. Dabei wird ein Teil der restlichen Substanzen aus dem biologischen Abbauprozess auf die Faser gefällt, so dass auf den Fasern durch Umsetzung ein silbergrauer, waschfester und abriebfester Niederschlag, entsteht, der aus optischen Gründen gewünscht sein kann. Die restlichen Substanzen werden ausgewaschen. Nach dem Waschen erfolgen einige Spülvorgänge und die Trocknung in bekannten Anlagen.
Nachfolgend sei das Verfahren anhand eines Beispiels nochmals dargestellt:
50 kg der entholzten Nesselfaserwolle wurden mit ca. 100 l reinem Wasser befeuchtet, weitgehend vom überschüssigen Wasser befreit und unter Druck in einem Reaktor auf ca. 130°C erhitzt. Nach Dosierung von 20 g eines Gemisches von konzentrierter Natronlauge und Tensid wurde die Flüssigkeit ca. 60 Minuten umgepumpt. Anschließend wurde die Waschflüssigkeit in der Temperatur auf ca. 80°C absenkt und abgelassen, mit einem weiteren Tensid versetzt, auf 100°C erhitzt und 30 Minuten umgepumpt. Dieser Vorgang wurde noch einmal wiederholt.
Die aufbreiteten Fasern wurden mit wenig Essigsäure neutralisiert, anschließend mit Wasser gewaschen und geschleudert. Der Faserkuchen wurde aufgelockert und bis zu einer Restfeuchte von wenigen Prozenten spinnfähig getrocknet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4420221 C2 [0008, 0010]
EP 0706585 B1 [0011]

Claims

Verfahren zur Gewinnung von spinnfähigen Nesselfasern aus Brennnesseln, wobei zunächst Brennnesselstroh entholzt und Nesselwolle gewonnen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Nesselwolle mit Wasser befeuchtet, nach einer Verweildauer gewaschen und danach entwässert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nesselwolle 1 bis 2 Stunden feucht gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nesselwolle bei 10°C bis 20°C Wassertemperatur feucht gehalten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Befeuchtung in einem Verhältnis Wasser:Nesselwolle von ≥ 1:1 erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nesselwolle nach der Befeuchtung unter Druck und Temperatur im Wechsel mit einer Mischung aus Natronlauge und Tensiden behandelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wäsche unter einem Druck von 2 bis 10 bar, vorzugsweise 3 bis 6 bar erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Waschung bei einer Temperatur von 40°C bis 100°C, vorzugsweise 60°C bis 80°C erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis Waschflüssigkeit zur Nesselwolle im Verhältnis ≤ 20:1, vorzugsweise 6:1 vorliegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Waschflüssigkeit Bleichmittel zugegeben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gewonnenen reinen Nesselfasern nach dem Waschen gespült und getrocknet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine 5 bis 50%ige Natronlauge zugesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Bleichmittel konzentriertes Wasserstoff-Peroxid eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Waschen der Nesselwolle eine Neutralisation, vorzugsweise durch Essigsäure durchgeführt wird.