DE102012006501A1 - Lignocellulosic dope, lignocellulosic regenerated fiber and process for their preparation - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lignocellulose-Spinnlösung, Regeneratfasern aus Lignocellulose und ein Verfahren zu deren Herstellung. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann erstmals Lignocellulose ohne vorheriges chemisches Trennverfahren zur Abtrennung der Cellulose-Begleitstoffe wie Lignin und Hemicellulose bzw. ohne thermomechanische Vorbehandlung des Rohstoffs zu Fasern verarbeitet werden. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung speziell angepasster ionischer Flüssigkeiten vom Imidazol-Typ als Lösungsmittel für Lignocellulose verschiedener Provenienz. Aus den daraus hergestellten nahezu homogenen Spinnlösungen lassen sich mit kommerziellen Spinnapparaturen stabile Filamente mit vergleichbaren mechanischen Parametern, wie bei kommerziellen Cellulose-Spinnverfahren erhältlich, herstellen. Weder aufwändige Cellulosegewinnung, noch thermische oder/und chemische Vorbehandlung des Holzrohstoffes sind hierbei erforderlich.The invention relates to a lignocellulose spinning solution, regenerated fibers of lignocellulose and a process for their preparation. By the method according to the invention lignocellulose can be processed for the first time without prior chemical separation process to separate the cellulose impurities such as lignin and hemicellulose or without thermomechanical pretreatment of the raw material to fibers. The present invention is the use of specially adapted ionic liquids of the imidazole type as a solvent for lignocellulose of various origins. From the almost homogeneous spinning solutions prepared therefrom, it is possible with commercial spinning apparatus to produce stable filaments with comparable mechanical parameters as obtainable in commercial cellulose spinning processes. Neither laborious cellulose extraction, nor thermal and / or chemical pretreatment of the wood raw material are required here.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lignocellulose-Spinnlösung, Regeneratfasern aus Lignocellulose und ein Verfahren zu deren Herstellung. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann erstmals Lignocellulose ohne vorheriges chemisches Trennverfahren zur Abtrennung der Cellulose-Begleitstoffe wie Lignin und Hemicellulose bzw. ohne thermomechanische Vorbehandlung des Rohstoffs zu Fasern verarbeitet werden. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung speziell angepasster ionischer Flüssigkeiten vom Imidazol-Typ als Lösungsmittel für Lignocellulose verschiedener Provenienz. Aus den daraus hergestellten nahezu homogenen Spinnlösungen lassen sich mit kommerziellen Spinnapparaturen stabile Filamente mit vergleichbaren mechanischen Parametern, wie bei kommerziellen Cellulose-Spinnverfahren erhältlich, herstellen. Weder aufwändige Cellulosegewinnung, noch thermische oder/und chemische Vorbehandlung des Holzrohstoffes sind hierbei erforderlich.The invention relates to a lignocellulose spinning solution, regenerated fibers of lignocellulose and a process for their preparation. By the method according to the invention lignocellulose can be processed for the first time without prior chemical separation process to separate the cellulose impurities such as lignin and hemicellulose or without thermomechanical pretreatment of the raw material to fibers. The present invention is the use of specially adapted ionic liquids of the imidazole type as a solvent for lignocellulose of various origins. From the almost homogeneous spinning solutions prepared therefrom, it is possible with commercial spinning apparatus to produce stable filaments with comparable mechanical parameters as obtainable in commercial cellulose spinning processes. Neither laborious cellulose extraction, nor thermal and / or chemical pretreatment of the wood raw material are required here.

Weltweit wächst die Nachfrage nach Produkten und Materialien, die möglichst einfach und kostengünstig aus nachwachsenden Rohstoffen herstellbar sein sollen. Insbesondere Holz steht hier im Fokus, da es sich nicht nur um den mengenmäßig am stärksten genutzten Biorohstoff, sondern auch um ein sehr komplexes natürliches Material mit vielfaltigem Applikationsspektrum handelt.There is a growing global demand for products and materials that should be as easy and cost-effective to produce from renewable raw materials. In particular, wood is the focus here, as it is not only the most heavily used biological raw material in terms of volume, but also a very complex natural material with a wide range of applications.

Die über alle verfügbaren Holzrohstoffe gleiche, jedoch variable, Zusammensetzung der Hauptinhaltsstoffe Cellulose, Hemicellulose und Lignin hat zu verschiedenen Ansätzen der Verarbeitung geführt, deren wichtigste immer noch die Cellulose-Separation ( Kraft-Prozess, Sulfit-Verfahren, Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, 1996, 4th Ed., Vol. 20, S. 493–546 ), die Nutzung als Konstruktionswerkstoff und die zumeist thermische Verwertung der Reststoffe sind.The same but variable composition of the main ingredients cellulose, hemicellulose and lignin has led to various approaches to processing, the most important of which is still the cellulose separation ( Kraft Process, Sulfite Process, Kirk-Othmer, Encyclopaedia of Chemical Technology, 1996, 4th Ed., Vol. 20, pp. 493-546 ), the use as construction material and the mostly thermal utilization of the residues are.

Angesichts knapper werdender Ressourcen und der Entwicklung geeigneter Trennverfahren gelingt es zunehmend, auch Hemicellulosen und Lignin einer stofflichen Verwertung zuzuführen ( Braun et al. in Carbon 2005, 43, 385–394 ). Wünschenswerte Ziele bleiben jedoch die Vermeidung energetisch und stofflich aufwändiger Trennverfahren und die direkte Veredlung solubilisierter Holzrohstoffe.In view of the scarcity of resources and the development of suitable separation processes, hemicelluloses and lignin are increasingly being used for recycling ( Braun et al. in Carbon 2005, 43, 385-394 ). Desirable goals, however, are the avoidance of energetic and materially complex separation processes and the direct refinement of solubilized wood raw materials.

Seit den 90er Jahren des 20. Jahrhunderts werden organische Salze mit Schmelzpunkten zumeist unter 100°C, sogenannte ionische Flüssigkeiten (IL), intensiv als Solvens untersucht ( M. E. Zakrzewska et al. in Energy Fuels 2010, 24 S. 737–745 ; P. Mäki-Arvela et al. in Industrial Crops and Products 2010, 32, S. 175–201 ). Während ausgewählte IL mittlerweile bis zu 25% Cellulose lösen können ( S. Zhu et al. in Green Chem. 2006, 8, S. 325–327 ) und eine Verarbeitung zu beispielsweise Filamenten bzw. Gewebe ermöglichen ( EP 1980653 A2 , US 2008/0241536 ; WO 2006/000197 A1 ), gelingt dies für Holzrohstoffe noch nicht bzw. nur mit entscheidenden Einschränkungen.Since the 90s of the 20th century, organic salts with melting points mostly below 100 ° C, so-called ionic liquids (IL), intensively studied as a solvent ( ME Zakrzewska et al. in Energy Fuels 2010, 24 pp. 737-745 ; P. Mäki-Arvela et al. in Industrial Crops and Products 2010, 32, pp. 175-201 ). While selected ILs can now dissolve up to 25% cellulose ( Zhu, et al. in Green Chem. 2006, 8, pp. 325-327 ) and a processing to, for example, filaments or tissue ( EP 1980653 A2 . US 2008/0241536 ; WO 2006/000197 A1 ), this is not yet possible for wood raw materials or only with decisive limitations.

So werden die bislang besten Ergebnisse für derartige Lösungen fast ausschließlich mit Chlorid-basierten IL wie 1-Butyl-3-methyl-imidazoliumchlorid (BMIMCI) oder 1-Allyl-3-methylimidazoliumchlorid (AMIMCI) erzielt ( WO 2005/017001 A1 , US 2008/0188636 A1 ), die aufgrund ihrer Korrosivität (HCl) den Aufwand für entsprechende großtechnische Anlagen enorm erhöhen.Thus, the best results so far for such solutions are achieved almost exclusively with chloride-based IL such as 1-butyl-3-methylimidazolium chloride (BMIMCI) or 1-allyl-3-methylimidazolium chloride (AMIMCI) ( WO 2005/017001 A1 . US 2008/0188636 A1 ), which due to their corrosivity (HCl) increase the cost of corresponding large-scale facilities enormously.

Weiterhin werden gute Lösungen entweder durch aufwändige Vorbehandlungen der Rohstoffe (Mikrowelle, Ultraschall) ( N. Sun in Green Chem, 30 2009, 11, S. 646–655 ), die häufig zur Depolymerisation der Cellulose führen, durch unwirtschaftliche Verdünnung zu maximal 8 Gew.-% „Holz”-Gehalt ( WO 2005/017001 A1 , I. Kilpeläinen et al. in J. Agric. Food Chem. 2007, 55, S. 9142–9148 ), durch Lösungszeiten > 24 h ( WO 2008/043837 A1 ) oder durch Additive wie PEG ( WO 2009/105236 A1 ) erzielt, die wiederum das Recycling der eingesetzten IL deutlich erschweren.Furthermore, good solutions either by elaborate pretreatments of the raw materials (microwave, ultrasound) ( N. Sun in Green Chem, 30 2009, 11, p. 646-655 ), which often lead to the depolymerization of the cellulose, by uneconomical dilution to a maximum of 8 wt .-% "wood" content ( WO 2005/017001 A1 . I. Kilpeläinen et al. in J. Agric. Food Chem. 2007, 55, p. 9142-9148 ), by solution times> 24 h ( WO 2008/043837 A1 ) or by additives such as PEG ( WO 2009/105236 A1 ), which in turn makes it much more difficult to recycle the ILs used.

Genannte Verweise haben lediglich einen Fokus auf die Solubilisierung von Holz mit dem Ziel alternative Verfahren zur Separation der Lignocellulosebestandteile (d. h. im Wesentlichen Cellulose, Hemicellulose und Lignin) aufzuzeigen. Andere haben das Ziel die Bestandteile von Lignocellulose zu depolymerisieren um monomere Verbindungen zu erhalten ( WO 2007/112090A2 ).Such references have only one focus on the solubilization of wood with the aim of demonstrating alternative processes for separating the lignocellulosic components (ie, essentially cellulose, hemicellulose and lignin). Others aim to depolymerize the components of lignocellulose to obtain monomeric compounds ( WO 2007 / 112090A2 ).

Eine Materialentwicklung zu gerakelten Filmen wird in US 2008/0188636 A aufgezeigt. Die Verarbeitung von geringen Konzentrationen (< 5 Gew.-%) Lignocellulose aus einer Lösung zu einem Monofilament wird durch Sun et al. (in Green Chem., 2011, 13, S. 1158–1161) erstmalig beschrieben. Dabei wird 1-Ethyl-3-methyl-imidazoliumacetat (EMIMAc) als Lösungsmittel verwendet. Weiterhin kann nicht auf eine alkalische Vorbehandlung der Lignocellulose verzichtet werden, um geeignete Lösungsqualitäten zur Verspinnung zu erhalten.A material development to gerakelten films is in US 2008/0188636 A demonstrated. The processing of low concentrations (<5 wt .-%) of lignocellulose from a solution to a monofilament by Sun et al. (in Green Chem., 2011, 13, pp. 1158-1161) first described. In this case, 1-ethyl-3-methyl-imidazolium acetate (EMIMAc) is used as the solvent. Furthermore, an alkaline pretreatment of the lignocellulose can not be dispensed with in order to obtain suitable solution qualities for spinning.

Die alkalische Extraktion führt zu einer teilweisen Separation der Lignocellulosebestandteile. Die in Sun et al. beschrieben Lösungsbedingungen (Lösung der Lignocellulose bei einer Temperatur von 175°C) führen weiterhin zu einer starken Depolymerisation von Hemicellulose, Lignin sowie von Cellulose, was sich in den erreichten mechanischen Eigenschaften des Monofilamentes widerspiegelt (max. Reißfestigkeit von 17 cN/tex). Ferner ist die in Sun et al. verwendete Apparatur (Spritze) nicht vergleichbar mit einer Spinnanlage im Technikumsmaßstab, welche nach dem Prinzip des Luftspaltspinnens funktioniert. Dem Fachmann sind die entscheidenden Defizite bekannt und daher sind die erzielten Ergebnisse nicht repräsentativ.The alkaline extraction leads to a partial separation of the lignocellulose components. In the Sun et al. Solution conditions (solution of the lignocellulose at a temperature of 175 ° C.) furthermore lead to a strong depolymerization of hemicellulose, lignin and of cellulose, which is reflected in the achieved mechanical properties of the monofilament (maximum tear strength of 17 cN / tex). Further, in Sun et al. used equipment (syringe) not comparable with a spin system on a technical scale, which works on the principle of air gap spinning. The skilled person is aware of the major deficiencies and therefore the results obtained are not representative.

Zusammenfassend werden im Stand der Technik keine ionischen Flüssigkeiten offenbart, welche die Lösung von Lignocellulose in hoher Konzentration und bei niedriger Temperatur und niedriger Lösungszeit ermöglichen. Durch die relativ hohen Temperaturen und Lösezeiten, welche sich aus den im Stand der Technik verwendeten IL ergeben, beginnt die Lignocellulose sich während der Lösung chemisch zu verändern (z. B. Depolymerisation der polymeren Bestandteile). Dies wirkt sich negativ auf die Eigenschaften der Produkte der Spinnlösung aus (z. B. Reißfestigkeit von Fasern). Ferner sind lange Lösungszeiten und niedrige Konzentrationen an Lignocellulose in der Spinnlösung nicht wirtschaftlich.In summary, no ionic liquids are disclosed in the prior art which enable the solution of lignocellulose in high concentration and at low temperature and low dissolution time. Due to the relatively high temperatures and dissolution times resulting from the IL used in the prior art, the lignocellulose begins to chemically change during solution (eg, depolymerization of the polymeric constituents). This has a negative effect on the properties of the products of the spinning solution (eg tensile strength of fibers). Furthermore, long dissolution times and low levels of lignocellulose in the dope solution are not economical.

Die Probleme aus dem Stand der Technik werden gelöst durch die Lignocellulose-Spinnlösung gemäß Anspruch 1, die Regeneratfaser gemäß Anspruch 23 und die Verwendung der Regeneratfaser gemäß Anspruch 26.The problems of the prior art are solved by the lignocellulosic spinning solution according to claim 1, the regenerated fiber according to claim 23 and the use of the regenerated fiber according to claim 26.

Erfindungsgemäß wird eine Lignocellulose-Spinnlösung bereitgestellt, welche eine Lösung von Lignocellulose in mindestens einer ionischen Flüssigkeit enthält, wobei die mindestens eine ionische Flüssigkeit aus einem 1-Alkyl-3-methyl-imidazolium-Kation und einem im Wesentlichen hydrophoben Carboxylat-Anion besteht und die Spinnlösung dadurch gekennzeichnet ist, dass Lignocellulose in einer Konzentration von mindestens 10 Gew.-% enthalten ist und die Spinnlösung eine Nullscherviskosität, gemessen bei 80°C, von ≤ 30000 Pas aufweist.According to the invention, a lignocellulosic spinning solution is provided which contains a solution of lignocellulose in at least one ionic liquid, wherein the at least one ionic liquid consists of a 1-alkyl-3-methylimidazolium cation and a substantially hydrophobic carboxylate anion and the Dyestuff solution characterized in that lignocellulose is present in a concentration of at least 10 wt .-% and the spinning solution has a zero shear viscosity, measured at 80 ° C, of ≤ 30000 Pas.

Die erfindungsgemäße Spinnlösung ist in folgenden Punkten vorteilhaft gegenüber dem Stand der Technik:

  • – Die Spinnlösung enthält Lignocellulose in einer Konzentration von mindestens 10 Gew.-% in gelöster Form;
  • – Die Spinnlösung enthält Lignocellulose mit einem geringen Grad an depolymerisierten polymeren Bestandteilen und weist folglich ausgezeichnete Spinneigenschaften auf;
  • – Die Spinnlösung kann zu Filamenten mit hohem Anteil an Lignin (5 bis 30 Gew.-%) sowie Hemicellulosen (5 bis 30 Gew.-%) verformt werden;
  • – Es liegen keine korrosiven (z. B. Cl-haltigen) IL in der Spinnlösung vor;
  • – Die Spinnlösung ist ohne Einschränkung im technischen Maßstab herstellbar.
The spinning solution according to the invention is advantageous over the prior art in the following points:
  • - The spinning solution contains lignocellulose in a concentration of at least 10 wt .-% in dissolved form;
  • The spinning solution contains lignocellulose with a low level of depolymerized polymeric constituents and thus has excellent spinning properties;
  • - The spinning solution can be formed into filaments with a high content of lignin (5 to 30 wt .-%) and hemicelluloses (5 to 30 wt .-%);
  • - There are no corrosive (eg Cl - -containing) ILs in the spinning solution;
  • - The spinning solution can be produced without restriction on an industrial scale.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der Lignocellulose um Holzrohstoff d. h. zur Gewinnung der Lignocellulose aus Pflanzen ist kein (chemisches) Aufschlussverfahren vor dem Lösen in der ionischen Flüssigkeit nötig. Die Verwendung von unbehandeltem Holzrohstoff als Lignocellulosequelle hat entscheidende Vorteile:

  • – Die Spinnlösung kann durch direktes Lösen von Holzrohstoff ohne vorgeschaltetes Aufschlussverfahren hergestellt werden. Dadurch wird die Herstellung der Spinnlösung sehr ökonomisch, da Zeit und Kosten bei der Herstellung der Spinnlösung reduziert werden;
  • – Es können Holzrohstoffe basierend auf allen Pflanzen, bevorzugt Einjahrespflanzen und/oder Bäume, ohne weitere Vorbehandlung wie TMP, Bestrahlung, Einwirkung von Säuren oder Laugen weitestgehend homogen in Lösung gebracht werden. Durch Wegfall der chemischen Vorbehandlung liegen Lignin und Hemicellulosen in der Spinnlösung ohne chemischen Modifikationen vor, wie sie durch klassische Aufschlussverfahren für Holzrohstoffe hervorgerufen werden. Hieraus ergeben sich Vorteile in Bezug auf die der Produkte der Spinnlösung (z. B. höhere Werte für Festigkeit und E-Modul für Regeneratfasern);
  • – Durch Verzicht auf Vorbehandlung der Holzrohstoffe, Zusatz von Additiven (wie z. B. DMSO, PEG) und moderate Temperaturen werden gut recyclingfähige Fällbäder nach dem Spinnprozess erhalten. Die Umweltbelastung wird dadurch erheblich reduziert.
In a preferred embodiment of the invention, the lignocellulose is wood raw material, ie, for the extraction of lignocellulose from plants, no (chemical) digestion process is required prior to dissolution in the ionic liquid. The use of untreated wood raw material as lignocellulosic source has decisive advantages:
  • - The spinning solution can be prepared by directly dissolving wood raw material without upstream digestion process. This makes the production of the spinning solution very economical, since time and costs are reduced in the production of the spinning solution;
  • - Wood raw materials based on all plants, preferably annual plants and / or trees, can be brought as far as possible homogeneously in solution without further pretreatment such as TMP, irradiation, exposure to acids or alkalis. By eliminating the chemical pretreatment lignin and hemicelluloses are present in the dope without chemical modifications, as they are caused by classical pulping process for wood raw materials. This results in advantages with respect to the products of the spinning solution (eg higher values for strength and modulus of elasticity for regenerated fibers);
  • By dispensing with pretreatment of the wood raw materials, addition of additives (such as DMSO, PEG) and moderate temperatures, well-recyclable precipitation baths are obtained after the spinning process. The environmental impact is thereby significantly reduced.

Die Spinnlösung kann eine Nullscherviskosität, gemessen bei 80°C, von 500 Pas bis 3000 Pas, bevorzugt eine Nullscherviskosität von 1000 Pas bis 2500 Pas, aufweisen. Eine Nullscherviskosität in diesem Bereich hat sich als besonders vorteilhaft für die Produktion von Regeneratfasern erwiesen.The spinning solution can have a zero shear viscosity, measured at 80 ° C., of 500 Pas to 3000 Pas, preferably a zero shear viscosity of 1000 Pas to 2500 Pas. A zero shear viscosity in this range has been found to be particularly advantageous for the production of regenerated fibers.

Bevorzugt weist das Carboxylat-Anion mehr C-Atome als Atome der Gruppe 15, 16 und/oder 17 des Periodensystems auf (Beispiele für Gruppe 15: N und P; Beispiele für Gruppe 16: O und S; Beispiele für Gruppe 17: F, Cl, Br und I) bzw. besteht daraus.Preferably, the carboxylate anion has more carbon atoms than atoms of group 15, 16 and / or 17 of the periodic table (examples of group 15: N and P; examples of group 16: O and S. Examples of group 17: F, Cl, Br and I) or consists thereof.

Besonders bevorzugt enthält das Carboxylat-Anion außer mindestens einer Carboxyl-Gruppe (z. B. nur einer Carboxyl-Gruppe) keine weitere hydrophile Gruppe.With particular preference the carboxylate anion contains no further hydrophilic group apart from at least one carboxyl group (eg only one carboxyl group).

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthält das Carboxylat-Anion mindestens 3 C-Atome, bevorzugt mindestens 4 C-Atome.In a particularly preferred embodiment, the carboxylate anion contains at least 3 C atoms, preferably at least 4 C atoms.

Das Carboxylat-Anion kann ferner dadurch charakterisiert sein, dass es

  • a) mindestens eine Doppelbindung aufweist, insbesondere im Fall eines C3, C4 und/oder C5-Carboxylat-Anions;
  • b) zumindest bereichsweise verzweigt ist, insbesondere im Fall eines C4-, C5- und/oder C6-Carboxylat-Anions; und/oder
  • c) zumindest bereichsweise zyklisiert ist, insbesondere im Fall eines C6- oder C7-Carboxylat-Anions.
The carboxylate anion may be further characterized by being
  • a) has at least one double bond, in particular in the case of a C3, C4 and / or C5 carboxylate anion;
  • b) is at least partially branched, in particular in the case of a C4, C5 and / or C6 carboxylate anion; and or
  • c) is at least partially cyclized, especially in the case of a C6 or C7 carboxylate anion.

Erfindungsgemäß kann das Carboxylat-Anion 3 bis 18, bevorzugt 3 bis 12, besonders bevorzugt 4 bis 7, Kohlenstoffatome aufweisen oder daraus bestehen.According to the invention, the carboxylate anion may have or consist of 3 to 18, preferably 3 to 12, particularly preferably 4 to 7, carbon atoms.

Besonders bevorzugt ist das Carboxylat-Anion ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 2,2-Dimethyl-propanat-Anion, 2-Butenat-Anion und Cyclohexyl-carboxylat-Anion.The carboxylate anion is particularly preferably selected from the group consisting of 2,2-dimethylpropanate anion, 2-butenate anion and cyclohexylcarboxylate anion.

Es wurde überraschend gefunden, dass eine ionische Flüssigkeit (IL) bestehend aus einem 1-Alkyl-3-methyl-imidazolium-Kation und einem im Wesentlichen hydrophoben Carboxylat-Anion, besonders einem Anion der oben genannten bevorzugten Ausführungsformen, Lignozellulose bzw. sogar Holzrohstoff in gegenüber dem Stand der Technik höheren Konzentration und bei einer vorgegebenen Temperatur in kürzerer Zeit lösen kann. Es wurde weiterhin gefunden, dass im Falle von C3-C7 Carboxylat-Anionen eine Verzweigung, eine Zyklisierung und/oder die Anwesenheit einer Doppelbindung für die Lösung von Lignocellulose (z. B. in Form von Holzrohstoff) vorteilhaft ist (niedrige Lösungstemperatur und Lösungszeit).It has surprisingly been found that an ionic liquid (IL) consisting of a 1-alkyl-3-methylimidazolium cation and a substantially hydrophobic carboxylate anion, especially an anion of the abovementioned preferred embodiments, lignocellulose or even wood pulp in over the prior art higher concentration and at a given temperature in less time can solve. It has furthermore been found that, in the case of C3-C7 carboxylate anions, branching, cyclization and / or the presence of a double bond is advantageous for the solution of lignocellulose (for example in the form of wood raw material) (low solution temperature and solution time) ,

Bevorzugt wird die erfindungsgemäße Spinnlösung hergestellt, indem die Lignocellulose mit Wasser und/oder einem aliphatischen Alkohol vermengt und in der ionischen Flüssigkeit bei einer Temperatur ≤ 150°C, bevorzugt ≤ 140°C, besonders bevorzugt ≤ 130°C, gelöst wird. Ferner ist bevorzugt, dass die Spinnlösung hergestellt wird, indem die Lignocellulose innerhalb einer Zeit von ≤ 10 h, bevorzugt ≤ 7 h, besonders bevorzugt ≤ 5 h unter zumindest teilweiser Abtrennung des Wassers und/oder aliphatischen Alkohols gelöst wird.The spinning solution according to the invention is preferably prepared by mixing the lignocellulose with water and / or an aliphatic alcohol and dissolving it in the ionic liquid at a temperature ≦ 150 ° C., preferably ≦ 140 ° C., particularly preferably ≦ 130 ° C. It is further preferred that the spinning solution is prepared by dissolving the lignocellulose within a time of ≦ 10 h, preferably ≦ 7 h, particularly preferably ≦ 5 h, with at least partial removal of the water and / or aliphatic alcohol.

Die Herstellung der Lignocellulose-Spinnlösung kann in einem Rühraggregat oder Knetaggregat erfolgen.The preparation of the lignocellulose spinning solution can be carried out in a stirring unit or kneading unit.

Die erfindungsgemäße Spinnlösung enthält bevorzugt

  • a) Lignin in einem Anteil von mindestens 5 Gew.-%, besonders bevorzugt 5 bis 35 Gew.-%;
  • b) Hemicellulose in einem Anteil von mindestens 5 Gew.-%, besonders bevorzugt von 5 bis 35 Gew.-%; und/oder
  • c) Cellulose in einem Anteil von mindestens 30 Gew.-%, bevorzugt 30 bis 70 Gew.-%;
in Bezug auf das Gesamtgewicht der Lignocellulose.The spinning solution according to the invention preferably contains
  • a) lignin in a proportion of at least 5 wt .-%, particularly preferably 5 to 35 wt .-%;
  • b) hemicellulose in an amount of at least 5% by weight, more preferably from 5 to 35% by weight; and or
  • c) cellulose in a proportion of at least 30 wt .-%, preferably 30 to 70 wt .-%;
in relation to the total weight of lignocellulose.

Bevorzugt enthält die Spinnlösung 10 bis 35 Gew.-%, bevorzugt 10 bis 30 Gew.-%, Lignocellulose.Preferably, the spinning solution contains 10 to 35 wt .-%, preferably 10 to 30 wt .-%, lignocellulose.

In Bezug auf das Kation der ionischen Flüssigkeit kann der Alkyl-Rest an der Position 1 in dem 1-Alkyl-3-alkylimidazolium-Kation ein substituierter oder unsubstituierter C1-C6 Alkyl Rest oder ein Arylrest sein, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl, Pentyl, Hexyl, Allyl, Benzyl, Imidazolyl, Methoxymetyl, Methoxyethyl und Ethoxyethyl, besonders bevorzugt Ethyl und Butyl.With respect to the cation of the ionic liquid, the alkyl radical at position 1 in the 1-alkyl-3-alkylimidazolium cation may be a substituted or unsubstituted C 1 -C 6 alkyl radical or an aryl radical, preferably selected from the group consisting from methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl, allyl, benzyl, imidazolyl, methoxymetyl, methoxyethyl and ethoxyethyl, particularly preferably ethyl and butyl.

Die Spinnlösung kann Lignocellulose mindestens einer Pflanze, bevorzugt mindestens einer Einjahrespflanze oder mindestens eines Baums, besonders bevorzugt mindestens einer Pflanze ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Weizen, Roggen, Mais, Hanf, Flachs, Pappel und/oder Buche enthalten oder daraus bestehen.The spinning solution may contain or consist of lignocellulose of at least one plant, preferably at least one annual or at least one tree, more preferably at least one plant selected from the group consisting of wheat, rye, maize, hemp, flax, poplar and / or beech.

Bei der Lignocellulose kann es sich um Holzrohstoff handeln d. h. in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist native Lignocellulose in der Spinnlösung gelöst. In diesem Fall ist die Lignocellulose nicht vor dem Lösen in der ionischen Flüssigkeit chemisch behandelt (z. B. durch den Kraft-Prozess oder das Sulfit-Verfahren) und dadurch auch nicht chemisch modifiziert worden. Es kann beispielsweise Lignocellulose eingesetzt werden, welche aus gemahlenem Weizenstroh besteht.The lignocellulose may be wood raw material d. H. In a preferred embodiment of the invention, native lignocellulose is dissolved in the spinning solution. In this case, the lignocellulose has not been chemically treated (eg, by the Kraft process or the sulfite process) prior to dissolution in the ionic liquid, and thus has not been chemically modified. It can be used, for example, lignocellulose, which consists of ground wheat straw.

Die Lignocellulose kann vor der Lösung im Spinnbad getrocknet werden, da dies die Löslichkeit der Lignocellulose in der ionischen Flüssigkeit weiter verbessert. Die Spinnlösung kann somit ≤ Vol.-%, bevorzugt ≤ 2 Vol.-%, besonders bevorzugt ≤ 1 Vol.-%, Wasser enthalten.The lignocellulose may be dried in a spin bath prior to solution as this further improves the solubility of the lignocellulose in the ionic liquid. The spinning solution may thus contain ≦ vol.%, Preferably ≦ 2 vol.%, Particularly preferably ≦ 1 vol.%, Of water.

Bevorzugt ist die Spinnlösung eine homogene partikelfreie Spinnlösung. Diese kann beispielsweise dadurch hergestellt werden, dass die Spinnlösung über eine Filtrationsvorrichtung filtriert wird. Eine homogene partikelfreie Spinnlösung wirkt sich vorteilhaft auf die Eigenschaften einer aus der Spinnlösung gewonnenen Regeneratfaser aus.The spinning solution is preferably a homogeneous particle-free spinning solution. This can be prepared, for example, by filtering the spinning solution through a filtration device. A homogeneous particle-free spinning solution has an advantageous effect on the properties of a regenerated fiber obtained from the spinning solution.

Desweiteren wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung einer Regeneratfaser bereitgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte enthält:

  • a) Pressen einer Lignocellulose-Spinnlösung, welche mindestens 10 Gew.-% Lignocellulose in mindestens einer ionischen Flüssigkeit enthält und eine Nullscherviskosität, gemessen bei 80°C, von ≤ 30000 Pas aufweist, durch mindestens eine Öffnung mindestens einer Spinndüse, wobei mindestens ein Faden entsteht;
  • b) Verstreckung des mindestens einen Fadens in mindestens einem Luftspalt; und
  • c) Verfestigung des mindestens einen Fadens in mindestens einem Fällbad.
Furthermore, a method for producing a regenerated fiber according to the invention provided, the method comprising the following steps:
  • a) pressing a lignocellulosic spinning solution containing at least 10 wt .-% lignocellulose in at least one ionic liquid and having a zero shear viscosity, measured at 80 ° C, of ≤ 30000 Pas, through at least one opening at least one spinneret, wherein at least one thread arises;
  • b) stretching the at least one thread in at least one air gap; and
  • c) solidification of the at least one thread in at least one precipitation bath.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Regeneratfaser handelt es sich um ein Luftspalt-Spinnverfahren. Beim Luftspalt-Spinnverfahren wird die viskose Spinnlösung durch die Löcher einer Spinndüse gedrückt und (extrudierte) Faser im Luftspalt verstreckt.The process of the invention for producing a regenerated fiber is an air-gap spinning process. In the air-gap spinning process, the viscous spinning solution is forced through the holes of a spinneret and drawn (extruded) fiber in the air gap.

Die Spinnlösung kann hierbei auf eine Temperatur von 60 bis 150°C, bevorzugt 80 bis 130°C, besonders bevorzugt 90 bis 120°C, eingestellt werden.The spinning solution can in this case be adjusted to a temperature of 60 to 150.degree. C., preferably 80 to 130.degree. C., particularly preferably 90 to 120.degree.

In dem Verfahren kann die Spinnlösung durch eine Öffnung der mindestens einen Spinndüse gepresst werden, welche einen Durchmesser von mehr als 100 μm, bevorzugt einen Durchmesser von 100 μm bis 600 μm, aufweist.In the process, the spinning solution can be pressed through an opening of the at least one spinneret which has a diameter of more than 100 μm, preferably a diameter of 100 μm to 600 μm.

Weiterhin kann der mindestens eine Faden in mindestens einem Luftspalt mit einer Länge von mindestens 20 mm, bevorzugt mit einer Länge von 20 bis 500 mm, verstreckt werden.Furthermore, the at least one thread can be stretched in at least one air gap with a length of at least 20 mm, preferably with a length of 20 to 500 mm.

Der mindestens eine Faden kann erfindungsgemäß mit einem Verzugsverhältnis von 2 bis 10, bevorzugt 3 bis 9, besonders bevorzugt 4 bis 8, verstreckt werden.The at least one thread can according to the invention with a delay ratio of 2 to 10, preferably 3 to 9, particularly preferably 4 to 8, are stretched.

Ferner kann der mindestens eine (extrudierte) Faden in mindestens einem Fällbad (Koagulationsbad) verfestigt werden, welches eine Flüssigkeit ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasser, Polymerlösungsmittel, ionischer Flüssigkeit und aliphatischer C1-C8 Alkohol enthält oder daraus besteht. Das Fällbad enthält bevorzugt Wasser oder ein Gemisch aus einem Polymerlösungsmittel und Wasser.Further, the at least one (extruded) thread may be solidified in at least one coagulation bath containing or consisting of a liquid selected from the group consisting of water, polymer solvent, ionic liquid and aliphatic C 1 -C 8 alcohol. The precipitation bath preferably contains water or a mixture of a polymer solvent and water.

Nach der Verfestigung in mindestens einem Fällbad kann der mindestens eine Faden in einem weiteren Schritt getrocknet werden, bevorzugt bei einer Temperatur von mindestens 80°C, besonders bevorzugt bei einer Temperatur von mindestens 100°C.After solidification in at least one precipitation bath, the at least one thread can be dried in a further step, preferably at a temperature of at least 80 ° C., more preferably at a temperature of at least 100 ° C.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der mindestens eine Faden mit mindestens einem Spinnöl ausgerüstet. Dies geschieht bevorzugt nach der Verfestigung des mindestens einen Fadens in mindestens einem Fällbad und/oder nach der Trocknung des mindestens einen Fadens. Unter dem Ausrüsten des mindestens einen Fadens mit dem Spinnöl ist zu verstehen, dass Spinnöl zumindest bereichsweise auf die Oberfläche des mindestens einen Fadens aufgetragen wird. Dadurch können statische Aufladungen und ein „Zusammenkleben” der Fäden reduziert werden, was sich besonders vorteilhaft für nachgeschaltete Prozesse zur Textilerzeugung auswirkt.In a further preferred embodiment, the at least one thread is equipped with at least one spinning oil. This is preferably done after solidification of the at least one thread in at least one precipitation bath and / or after the drying of the at least one thread. By equipping the at least one thread with the spinning oil, it is to be understood that spinning oil is applied at least in regions to the surface of the at least one thread. As a result, static charges and "sticking together" of the threads can be reduced, which has a particularly advantageous effect on downstream processes for textile production.

Die Faden bzw. Fasern können gewaschen, ausgerüstet, getrocknet und dann als Filament aufgewickelt werden. Optional können mehrere Faden bzw. Fasern zu Filamenten verformt und/oder aufgewickelt werden.The threads or fibers can be washed, finished, dried and then wound up as filament. Optionally, multiple filaments or fibers can be formed into filaments and / or wound up.

Die in dem Verfahren verwendete Spinnlösung kann eine Nullscherviskosität, gemessen bei 80°C, von 500 Pas bis 3000 Pas, bevorzugt 1000 Pas bis 2500 Pas, aufweisen.The spinning solution used in the process may have a zero shear viscosity, measured at 80 ° C, of 500 Pas to 3000 Pas, preferably 1000 Pas to 2500 Pas.

Bevorzugt wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren vor Schritt a) eine Homogenisierung der Spinnlösung und Befreiung der Spinnlösung von Partikeln durchgeführt. Dies kann z. B. durch Filtration der Spinnlösung erfolgen.Preferably, in the process according to the invention before step a), homogenization of the spinning solution and liberation of the spinning solution from particles are carried out. This can be z. B. by filtration of the spinning solution.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Lignocellulose-Spinnlösung die erfindungsgemäße Lignocellulose-Spinnlösung in dem Verfahren verwendet.In a further preferred embodiment of the process according to the invention, the lignocellulose spinning solution according to the invention is used as lignocellulose spinning solution in the process.

Es wird ferner eine Regeneratfaser aus Lignocellulose bereitgestellt, welche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden kann. Die erfindungsgemäße Regeneratfaser ist preiswert herstellbar, da in der Lignocellulose-Spinnlösung als Lignocellulose nativer Holzrohstoff gelöst werden kann d. h. eine kostenintensive Vorbehandlung der Lignocellulose (z. B. durch chemische Verfahren) ist nicht erforderlich.There is further provided a regenerated fiber of lignocellulose, which can be prepared by the process according to the invention. The regenerated fiber according to the invention can be produced inexpensively, since in the lignocellulose spinning solution as lignocellulose native wood raw material can be dissolved d. H. Cost-intensive pretreatment of lignocellulose (eg by chemical processes) is not required.

Die erfindungsgemäße Regeneratfaser weist bevorzugt eine gemäß DIN 53834 gemessene Festigkeit von mindestens 20 cN/tex, bevorzugt eine Festigkeit von 20 cN/tex bis 50 cN/tex, auf. Ferner kann sich die erfindungsgemäße Regeneratfaser durch einen E-Modul von mindestens 1000 cN/tex, bevorzugt einen E-Modul von 1000 cN/tex bis 2500 cN/tex, auszeichnen.The regenerated fiber according to the invention preferably has one according to DIN 53834 measured strength of at least 20 cN / tex, preferably a strength of 20 cN / tex to 50 cN / tex, on. Furthermore, the regenerated fiber according to the invention can be distinguished by an E-modulus of at least 1000 cN / tex, preferably an E-modulus of 1000 cN / tex to 2500 cN / tex.

Die Regeneratfaser kann einen Gehalt an

  • a) Lignin von mindestens 5 Gew.-%, bevorzugt von 5 bis 35 Gew.-%
  • b) Hemicellulose von mindestens 5 Gew.-%, bevorzugt von 5 bis 35 Gew.-%; und/oder
  • c) Cellulose von mindestens 30 Gew.-%, bevorzugt 30–70 Gew.-%, aufweisen.
The regenerated fiber may contain a content
  • a) Lignin of at least 5% by weight, preferably from 5 to 35% by weight
  • b) hemicellulose of at least 5% by weight, preferably from 5 to 35% by weight; and or
  • c) cellulose of at least 30 wt .-%, preferably 30-70 wt .-%, have.

Die erfindungsgemäße Regeneratfaser kann beispielsweise als textile Faser und/oder als Verstärkungsfaser für Komposite mit thermoplastischen Kunststoffen verwendet werden.The regenerated fiber according to the invention can be used for example as a textile fiber and / or as a reinforcing fiber for composites with thermoplastic materials.

Anhand der nachfolgenden Beispiele soll der erfindungsgemäße Gegenstand näher erläutert werden, ohne diesen auf die hier dargestellten spezifischen Ausführungsformen einschränken zu wollen.The subject according to the invention is intended to be explained in more detail with reference to the following examples, without wishing to restrict it to the specific embodiments presented here.

Beispiel 1: Herstellung der ionischen FlüssigkeitenExample 1: Preparation of the ionic liquids

Als ionische Flüssigkeiten wurden verwendet:

  • – 1-Butyl-methylimidazoliumpivalat;
  • – 1-Butyl-3-methylimidazoliumcyclohexylcarboxylat;
  • – 1-Ethyl-3-methylimidazoliumcrotonat;
  • – 1-Ethyl-3-methylimidazoliumcyclohexylcarboxylat; und
  • – 1-Ethyl-3-methylimidazoliumacetat (als Vergleichssubstanz)
As ionic liquids were used:
  • - 1-butyl-methylimidazolium pivalate;
  • 1-butyl-3-methylimidazolium cyclohexylcarboxylate;
  • 1-ethyl-3-methylimidazolium crotonate;
  • 1-ethyl-3-methylimidazolium cyclohexylcarboxylate; and
  • 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate (as reference substance)

Diese wurden nach aus der Literatur bekannten Standardverfahren ( WO 2009/040242 A1 ) hergestellt.These were determined according to standard methods known from the literature ( WO 2009/040242 A1 ) produced.

Beispielsweise werden 7706 g 27,8%-ige methanolische Lösung von 1-Butyl-3-methylimidazoliummethylcarbonat (10 Mol) mit 1282 g Cyclohexancarbonsäure (10 Mol) unter Rühren für 2 h auf 50°C erwärmt. Anschließend wird das Methanol am Rotationsverdampfer abgezogen. Nach weiterer Trocknung bei 400°C im Vakuum über P2O5 werden etwa 2700 g 1-Butyl-3-methylimidazolium-cyclohexylcarboxylat erhalten. Die IL weist einen Schmelzpunkt von etwa 35°C bei einem Wassergehalt < 0,5% (Karl-Fischer-Titration) und einem Methanolgehalt von etwa 1% (1H-NMR) auf.For example, 7706 g of 27.8% methanolic solution of 1-butyl-3-methylimidazoliummethylcarbonate (10 mol) with 1282 g of cyclohexanecarboxylic acid (10 mol) are heated to 50 ° C. with stirring for 2 h. Subsequently, the methanol is removed on a rotary evaporator. After further drying at 400 ° C in vacuo over P 2 O 5 about 2700 g of 1-butyl-3-methylimidazolium cyclohexylcarboxylate are obtained. The IL has a melting point of about 35 ° C at a water content <0.5% (Karl Fischer titration), and a methanol content of about 1% (1 H NMR).

Beispiel 2: Weizen-Lignocellulose gelöst in 1-Butyl-3-methylimidazoliumccylohexylcarboxylatExample 2: Wheat lignocellulose dissolved in 1-butyl-3-methylimidazoliumccylohexylcarboxylate

Zu 280 g lufttrockener Weizen-Lignocellulose werden 2300 g 1-Butyl-3-methylimidazoliumcyclohexylcarboxy-lat gemischt und in einem Horizontalkneter bei einer Temperatur von 130°C innerhalb von 5 h gelöst. Die resultierende schwarze, viskose Lösung ist nahezu frei von Faserresten und weist eine Nullscher-viskositat, gemessen bei 80°C, von 1200 Pas auf. Zur Erhöhung der Qualitat der Spinnlösung wurde diese filtriert. Die Lösung wurde anschließend mit Hilfe eines Extruders durch eine 40-Loch-Spinndüse gepresst (Lochdurchmesser 200 μm) und mit einem Verzugsverhältnis von 4 im Luftspalt verstreckt. Die Filamente wurden im wässrigen Koagulationsbad gefallt. Die Wäsche der Filamente erfolgte mit destilliertem Wasser, die Trocknung erfolgte bei 105°C mittels beheizter Walzen.To 280 g of air-dry wheat lignocellulose 2300 g of 1-butyl-3-methylimidazoliumcyclohexylcarboxy-lat are mixed and dissolved in a horizontal kneader at a temperature of 130 ° C within 5 h. The resulting black, viscous solution is virtually free of fiber residues and has a zero shear viscosity, measured at 80 ° C, of 1200 Pas. To increase the quality of the spinning solution, it was filtered. The solution was then forced through a 40-hole spinneret with the aid of an extruder (hole diameter 200 μm) and stretched in the air gap at a draft ratio of 4. The filaments were dropped in the aqueous coagulation bath. The washing of the filaments was carried out with distilled water, the drying was carried out at 105 ° C by means of heated rollers.

Die Filamente hatten eine Festigkeit von 27 cN/tex, eine Dehnung von 2,9%, sowie ein E-Modul von 1800 cN/tex.The filaments had a strength of 27 cN / tex, an elongation of 2.9%, and an E modulus of 1800 cN / tex.

Beispiel 3: Hanfstroh-Lignocellulose gelöst in 1-Butyl-3-methylimidazoliumccylohexylcarboxylatExample 3: Hemp straw lignocellulose dissolved in 1-butyl-3-methylimidazolium cccylohexylcarboxylate

Zu 280 g lufttrockenem Hanfstroh werden 2300 g 1-Butyl-3-methylimidazoliumcyclohexylcarboxylat gemischt und in einem Horizontalkneter bei einer Temperatur von 130°C innerhalb von 3 h gelöst. Die resultierende schwarze Suspension ist nahezu frei von Faserresten und weist eine Nullscherviskositat, gemessen bei 80°C, von 1500 Pas auf. Die Lösung wurde mit Hilfe eines Extruders durch eine 40-Loch-Spinndüse gepresst (Lochdurchmesser 200 μm) und mit einem Verzugsverhältnis von 6 im Luftspalt verstreckt. Die Filamente wurden im wässrigen Koagulationsbad gefällt. Die Wäsche der Filamente erfolgte mit destilliertem Wasser, die Trocknung erfolgte bei 105°C mittels beheizter Walzen.To 280 g of air-dry hemp straw 2300 g of 1-butyl-3-methylimidazoliumcyclohexylcarboxylat be mixed and dissolved in a horizontal kneader at a temperature of 130 ° C within 3 h. The resulting black suspension is almost free of fiber residues and has a zero shear viscosity, measured at 80 ° C, of 1500 Pas. The solution was extruded through an extruder through a 40-hole spinneret (hole diameter 200 μm) and stretched in the air gap at a draft ratio of 6. The filaments were precipitated in an aqueous coagulation bath. The washing of the filaments was carried out with distilled water, the drying was carried out at 105 ° C by means of heated rollers.

Die Filamente hatten eine Festigkeit von 22 cN/tex, eine Dehnung von 4,3% sowie ein E-Modul von 1351 cN/tex.The filaments had a tenacity of 22 cN / tex, an elongation of 4.3%, and an modulus of elasticity of 1351 cN / tex.

Beispiel 4: Weizen-Lignocellulose gelöst in 1-Butyl-3-methylimidazoliumcyclohexylcarboxylatExample 4: Wheat lignocellulose dissolved in 1-butyl-3-methylimidazolium cyclohexylcarboxylate

Zu 325 g lufttrockener Weizen-Lignocellulose werden 2300 g 1-Butyl-3-methylimidazoliumcyclohexyl-carboxylat gemischt und in einem Horizontalkneter bei einer Temperatur von 130°C innerhalb von 4 h gelöst. Die resultierende schwarze, hochviskose Losung ist nahezu frei von Faserresten und weist eine Nullscherviskosität, gemessen bei 80°C, von 2300 Pas auf. Die Lösung wurde mit Hilfe eines Extruders durch eine 80-Loch-Spinndüse gepresst (Lochdurchmesser 100 μm) und mit einem Verzugsverhältnis von 8 im Luftspalt verstreckt. Die Filamente wurden im wässrigen Koagulationsbad gefallt. Die Wäsche der Filamente erfolgte mit destilliertem Wasser, die Trocknung erfolgte bei 105°C mittels beheizter Walzen.To 325 g of air-dry wheat lignocellulose 2300 g of 1-butyl-3-methylimidazoliumcyclohexyl-carboxylate are mixed and dissolved in a horizontal kneader at a temperature of 130 ° C within 4 h. The resulting black, highly viscous solution is virtually free of fiber residues and has a zero shear viscosity, measured at 80 ° C, of 2300 Pas. The solution was extruded through an 80-hole spinneret with the aid of an extruder (hole diameter 100 μm) and stretched in the air gap at a draft ratio of 8. The filaments were dropped in the aqueous coagulation bath. The washing of the filaments was carried out with distilled water, the drying was carried out at 105 ° C by means of heated rollers.

Die Filamente hatten eine Festigkeit von 36 cN/tex, 2100 cN/tex.The filaments had a tenacity of 36 cN / tex, 2100 cN / tex.

Beispiel 5: Weizen-Lignocellulose gelöst in 1-Ethyl-methylimidazoliumacetat (Vergleichsbeispiel) Example 5: Wheat lignocellulose dissolved in 1-ethyl-methylimidazolium acetate (comparative example)

Zu 320 g Weizen-Lignocellulose werden 2700 g 1-Ethyl-3-methylimidazoliumacetat gemischt und in einem Horizontalkneter bei einer Temperatur von 130°C innerhalb von 6 h gelöst. Die resultierende schwarze Lösung ist nahezu frei von Faserresten und weist eine Nullscherviskosität, gemessen bei 80°C, von 200 Pas auf. Die Lösung wurde mit Hilfe eines Extruders durch eine 40-Loch-Spinndüse gepresst, eine Fadenbildung war jedoch nicht möglich, da Abrisse direkt an der Düse zu beobachten waren.To 320 g of wheat lignocellulose 2700 g of 1-ethyl-3-methylimidazoliumacetat are mixed and dissolved in a horizontal kneader at a temperature of 130 ° C within 6 h. The resulting black solution is virtually free of fiber residues and has a zero shear viscosity, measured at 80 ° C, of 200 Pas. The solution was extruded through an 40-hole spinneret with the aid of an extruder, but threading was not possible because of the appearance of discontinuities directly at the die.

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Claims (29)

Lignocellulose-Spinnlösung, enthaltend eine Lösung von Lignocellulose in mindestens einer ionischen Flüssigkeit, wobei die mindestens eine ionische Flüssigkeit aus einem 1-Alkyl-3-methyl-imidazolium-Kation und einem im Wesentlichen hydrophoben Carboxylat-Anion besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Spinnlösung Lignocellulose in einer Konzentration von mindestens 10 Gew.-% enthält und eine Nullscherviskosität, gemessen bei 80°C, von ≤ 30000 Pas aufweist.Lignocellulose spinning solution containing a solution of lignocellulose in at least one ionic liquid, said at least one ionic liquid consisting of a 1-alkyl-3-methylimidazolium cation and a substantially hydrophobic carboxylate anion, characterized in that the spinning solution Contains lignocellulose in a concentration of at least 10 wt .-% and a zero-shear viscosity, measured at 80 ° C, of ≤ 30000 Pas. Lignocellulose-Spinnlösung, dadurch gekennzeichnet, dass das Carboxylat-Anion mehr C-Atome als Atome der Gruppe 15, 16 und/oder 17 des Periodensystems enthält oder daraus besteht.Lignocellulose spinning solution, characterized in that the carboxylate anion contains or consists of more C atoms than atoms of group 15, 16 and / or 17 of the periodic table. Lignocellulose-Spinnlösung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Carboxylat-Anion außer mindestens einer Carboxyl-Gruppe keine hydrophile Gruppe enthält.Lignocellulose spinning solution according to claim 1, characterized in that the carboxylate anion contains no hydrophilic group except at least one carboxyl group. Lignocellulose-Spinnlösung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Carboxylat-Anion 3 bis 18, bevorzugt 3 bis 12, besonders bevorzugt 4 bis 7, Kohlenstoffatome aufweist oder daraus besteht.Lignocellulose spinning solution according to one of the preceding claims, characterized in that the carboxylate anion has 3 to 18, preferably 3 to 12, particularly preferably 4 to 7, carbon atoms or consists thereof. Lignocellulose-Spinnlösung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Carboxylat-Anion a) mindestens eine Doppelbindung aufweist, insbesondere im Fall eines C3, C4 und/oder C5-Carboxylat-Anions; b) zumindest bereichsweise verzweigt ist, insbesondere im Fall eines C4-, C5- und/oder C6-Carboxylat-Anions; und/oder c) zumindest bereichsweise zyklisch ist, insbesondere im Fall eines C6- oder C7-Carboxylat-Anions.Lignocellulose spinning solution according to one of the preceding claims, characterized in that the carboxylate anion a) has at least one double bond, in particular in the case of a C3, C4 and / or C5 carboxylate anion; b) is at least partially branched, in particular in the case of a C4, C5 and / or C6 carboxylate anion; and or c) is at least partially cyclic, especially in the case of a C6 or C7 carboxylate anion. Spinnlösung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Carboxylat-Anion ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus 2,2-Dimethylpropanat-Anion, 2-Butenat-Anion und Cyclohexylcarboxylat-Anion.Spinning solution according to one of the preceding claims, characterized in that the carboxylate anion is selected from the group consisting of 2,2-dimethylpropanate anion, 2-butenate anion and cyclohexylcarboxylate anion. Spinnlösung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spinnlösung hergestellt wird, indem die Lignocellulose mit Wasser und/oder einem aliphatischen Alkohol vermengt wird und in der ionischen Flüssigkeit bei einer Temperatur ≤ 140°C, bevorzugt ≤ 130°C, innerhalb einer Zeit ≤ 5 h unter zumindest teilweiser Abtrennung des Wassers und/oder aliphatischen Alkohols gelöst wird, wobei die Herstellung bevorzugt in einem Rühraggregat oder Knetaggregat erfolgt.Spinning solution according to one of the preceding claims, characterized in that the spinning solution is prepared by the lignocellulose is mixed with water and / or an aliphatic alcohol and in the ionic liquid at a temperature ≤ 140 ° C, preferably ≤ 130 ° C, within a Time ≤ 5 h with at least partial separation of the water and / or aliphatic alcohol is dissolved, wherein the preparation is preferably carried out in a stirring unit or kneading unit. Spinnlösung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spinnlösung Lignocellulose in einer Konzentration von 10 bis 35 Gew.-%, bevorzugt von 10 bis 30 Gew.-%, enthält.Spinning solution according to one of the preceding claims, characterized in that the spinning solution contains lignocellulose in a concentration of 10 to 35 wt .-%, preferably from 10 to 30 wt .-%. Spinnlösung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Alkyl-Rest an der Position 1 in dem 1-Alkyl-3-alkylimidazolium-Kation ein substituierter oder unsubstituierter C1-C6 Alkyl Rest oder ein Arylrest ist, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl, Pentyl, Hexyl, Allyl, Benzyl, Imidazolyl, Methoxymetyl, Methoxyethyl und Ethoxyethyl, besonders bevorzugt Ethyl und Butyl.Dyestuff solution according to one of the preceding claims, characterized in that the alkyl radical at position 1 in the 1-alkyl-3-alkylimidazolium cation is a substituted or unsubstituted C 1 -C 6 alkyl radical or an aryl radical, preferably selected from Group consisting of methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl, allyl, benzyl, imidazolyl, methoxymetyl, methoxyethyl and ethoxyethyl, most preferably ethyl and butyl. Spinnlösung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lignocellulose a) Lignin in einem Anteil von mindestens 5 Gew.-%, besonders bevorzugt 5 bis 35 Gew.-%; b) Hemicellulose in einem Anteil von mindestens 5 Gew.-%, besonders bevorzugt von 5 bis 35 Gew.-%; und/oder c) Cellulose in einem Anteil von mindestens 30 Gew.-%, bevorzugt 30 bis 70 Gew.-%; in Bezug auf das Gesamtgewicht der Lignocellulose.Spinning solution according to one of the preceding claims, characterized in that the lignocellulose a) lignin in a proportion of at least 5 wt .-%, particularly preferably 5 to 35 wt .-%; b) hemicellulose in an amount of at least 5% by weight, more preferably from 5 to 35% by weight; and or c) cellulose in a proportion of at least 30 wt .-%, preferably 30 to 70 wt .-%; in relation to the total weight of lignocellulose. Spinnlösung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lignocellulose Holzrohstoff mindestens einer Pflanze, bevorzugt mindestens einer Einjahrespflanze oder mindestens eines Baums, besonders bevorzugt mindestens einer Pflanze ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Weizen, Roggen, Mais, Hanf, Flachs, Pappel und/oder Buche, enthält oder daraus besteht.Spinning solution according to one of the preceding claims, characterized in that the lignocellulose wood raw material of at least one plant, preferably at least one year old plant or at least one tree, more preferably at least one plant selected from the group consisting of wheat, rye, corn, hemp, flax, poplar and / or beech, contains or consists of. Spinnlösung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spinnlösung eine homogene partikelfreie Spinnlösung ist, welche bevorzugt durch Filtrieren der Spinnlösung hergestellt wurde.Dyestuff solution according to one of the preceding claims, characterized in that the spinning solution is a homogeneous particle-free spinning solution, which was preferably prepared by filtering the spinning solution. Spinnlösung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spinnlösung eine Nullscherviskosität, gemessen bei 80°C, von 500 Pas bis 3000 Pas, bevorzugt 1000 Pas bis 2500 Pas, aufweist.Spinning solution according to one of the preceding claims, characterized in that the spinning solution has a zero shear viscosity, measured at 80 ° C, from 500 Pas to 3000 Pas, preferably 1000 Pas to 2500 Pas. Spinnlösung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spinnlösung ≤ 5 Vol.-%, bevorzugt ≤ 2 Vol.-%, besonders bevorzugt ≤ 1 Vol.-%, Wasser enthält.Spinning solution according to one of the preceding claims, characterized in that the spinning solution contains ≤ 5 vol .-%, preferably ≤ 2 vol .-%, particularly preferably ≤ 1 vol .-%, water. Luftspalt-Spinnverfahren zur Herstellung einer Regeneratfaser aus Lignocellulose, wobei das Verfahren die folgenden Schritte enthält: a) Pressen einer Lignocellulose-Spinnlösung, welche mindestens 10 Gew.-% Lignocellulose in mindestens einer ionischen Flüssigkeit enthält und eine Nullscherviskosität, gemessen bei 80°C, von ≤ 30000 Pas aufweist, durch mindestens eine Öffnung mindestens einer Spinndüse, wobei mindestens ein Faden entsteht; b) Verstreckung des mindestens einen Fadens in mindestens einem Luftspalt; und c) Verfestigung des mindestens einen Fadens in mindestens einem Fällbad.An air-gap spinning process for producing a regenerated fiber of lignocellulose, the process comprising the steps of: a) pressing a lignocellulosic spinning solution containing at least 10% by weight of lignocellulose in at least one ionic liquid and a zero shear viscosity, measured at 80 ° C, of ≤ 30000 Pas, through at least one opening at least one spinneret, wherein at least one thread is formed; b) stretching the at least one thread in at least one air gap; and c) solidification of the at least one thread in at least one precipitation bath. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Spinnlösung auf eine Temperatur von 60 bis 150°C, bevorzugt 80 bis 130°C, besonders bevorzugt 90 bis 120°C, eingestellt wird.A method according to claim 15, characterized in that the spinning solution is adjusted to a temperature of 60 to 150 ° C, preferably 80 to 130 ° C, particularly preferably 90 to 120 ° C. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Spinnlösung durch eine Öffnung der mindestens einen Spinndüse gepresst wird, welche einen Durchmesser von mehr als 100 μm, bevorzugt einen Durchmesser von 100 μm bis 600 μm, aufweist.Method according to one of claims 15 to 16, characterized in that the spinning solution is pressed through an opening of the at least one spinneret, which has a diameter of more than 100 microns, preferably a diameter of 100 microns to 600 microns. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Faden in mindestens einem Luftspalt mit einer Länge von mindestens 20 mm, bevorzugt mit einer Länge von 20 bis 500 mm, verstreckt wird.Method according to one of claims 15 to 17, characterized in that the at least one thread in at least one air gap with a length of at least 20 mm, preferably with a length of 20 to 500 mm, is stretched. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Faden mit einem Verzugsverhältnis von 2 bis 10, bevorzugt 3 bis 9, besonders bevorzugt 4 bis 8, verstreckt wird.Method according to one of claims 15 to 18, characterized in that the at least one thread with a delay ratio of 2 to 10, preferably 3 to 9, particularly preferably 4 to 8, is stretched. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Faden in mindestens einem Fällbad verfestigt wird, welches eine Flüssigkeit ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasser, Polymerlösungsmittel, ionischer Flüssigkeit und aliphatischer C1-C8 Alkohol enthält oder daraus besteht.Method according to one of claims 15 to 19, characterized in that the at least one thread is solidified in at least one precipitation bath, which contains a liquid selected from the group consisting of water, polymer solvent, ionic liquid and aliphatic C 1 -C 8 alcohol or thereof consists. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Faden nach der Verfestigung im mindestens einem Fällbad in einem weiteren Schritt getrocknet wird, bevorzugt bei einer Temperatur von mindestens 80°C, besonders bevorzugt bei einer Temperatur von mindestens 100°C.Method according to one of claims 15 to 20, characterized in that the at least one thread after solidification in at least one precipitation bath is dried in a further step, preferably at a temperature of at least 80 ° C, more preferably at a temperature of at least 100 ° C. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Faden mit einem mindestens einem Spinnöl ausgerüstet wird, wobei der mindestens eine Faden bevorzugt nach der Verfestigung des mindestens einen Fadens in einem Fällbad und/oder nach einer Trocknung des mindestens einen Fadens mit einem mindestens Spinnöl ausgerüstet wird.Method according to one of claims 15 to 21, characterized in that the at least one thread is equipped with at least one spinning oil, wherein the at least one thread preferably after the solidification of the at least one thread in a precipitation bath and / or after drying the at least one Thread is equipped with a minimum of spin oil. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Spinnlösung eine Nullscherviskosität, gemessen bei 80°C, von 500 Pas bis 3000 Pas, bevorzugt 1000 Pas bis 2500 Pas, aufweist.Method according to one of claims 15 to 22, characterized in that the spinning solution has a zero shear viscosity, measured at 80 ° C, from 500 Pas to 3000 Pas, preferably 1000 Pas to 2500 Pas. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass vor Schritt a) eine Homogenisierung der Spinnlösung und Befreiung der Spinnlösung von Partikeln, bevorzugt durch Filtration der Spinnlösung, durchgeführt wird.Method according to one of claims 15 to 23, characterized in that prior to step a), a homogenization of the spinning solution and liberation of the spinning solution of particles, preferably by filtration of the spinning solution is performed. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lignocellulose-Spinnlösung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 verwendet wird.Method according to one of claims 15 to 24, characterized in that a lignocellulosic spinning solution according to one of claims 1 to 14 is used. Regeneratfaser aus Lignocellulose, herstellbar nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 25.Regenerate fiber of lignocellulose, preparable by a process according to one of claims 15 to 25. Regeneratfaser nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass sie gemäß DIN 53834 eine a) Festigkeit von mindestens 20 cN/tex, bevorzugt 20 cN/tex bis 50 cN/tex; und/oder b) einen E-Modul von mindestens 1.000 cN/tex, bevorzugt 1000 cN/tex bis 2500 cN/tex; aufweist.Regenerate fiber according to claim 26, characterized in that it according to DIN 53834 a a) strength of at least 20 cN / tex, preferably 20 cN / tex to 50 cN / tex; and or b) an E modulus of at least 1000 cN / tex, preferably 1000 cN / tex to 2500 cN / tex; having. Regeneratfaser nach einem der Ansprüche 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Faser einen Gehalt an a) Lignin von mindestens 5 Gew.-%, bevorzugt von 5 bis 35 Gew.-% b) Hemicellulose von mindestens 5 Gew.-%, bevorzugt von 5 bis 35 Gew.-%; und/oder c) Cellulose von mindestens 30 Gew.-%, bevorzugt 30–70 Gew.-%, aufweist.Regenerated fiber according to one of claims 26 or 27, characterized in that the fiber has a content a) Lignin of at least 5% by weight, preferably from 5 to 35% by weight b) hemicellulose of at least 5% by weight, preferably from 5 to 35% by weight; and or c) cellulose of at least 30% by weight, preferably 30-70% by weight, having. Verwendung der Regeneratfaser nach einem der Ansprüche 26 bis 28 als textile Faser und/oder als Verstärkungsfaser für Komposite mit thermoplastischen Kunststoffen.Use of the regenerated fiber according to any one of claims 26 to 28 as a textile fiber and / or as a reinforcing fiber for composites with thermoplastics.
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