DE102020113807A1 - Endlosfasern auf Basis von Cellulose und/oder Cellulosederivaten, Verfahren zu deren Herstellung sowie deren Verwendung - Google Patents
Endlosfasern auf Basis von Cellulose und/oder Cellulosederivaten, Verfahren zu deren Herstellung sowie deren Verwendung Download PDFInfo
- Publication number
- DE102020113807A1 DE102020113807A1 DE102020113807.5A DE102020113807A DE102020113807A1 DE 102020113807 A1 DE102020113807 A1 DE 102020113807A1 DE 102020113807 A DE102020113807 A DE 102020113807A DE 102020113807 A1 DE102020113807 A1 DE 102020113807A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- cellulose
- fibers
- continuous fibers
- temperature
- din
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 133
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 title claims abstract description 93
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 title claims abstract description 93
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 42
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims abstract description 44
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims abstract description 44
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 22
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 239000004753 textile Substances 0.000 claims abstract description 19
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 claims abstract description 15
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 claims abstract description 15
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 13
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 10
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229920003043 Cellulose fiber Polymers 0.000 claims description 37
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 claims description 26
- RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 2,2,4,4,6,6-hexaphenoxy-1,3,5-triaza-2$l^{5},4$l^{5},6$l^{5}-triphosphacyclohexa-1,3,5-triene Chemical compound N=1P(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP=1(OC=1C=CC=CC=1)OC1=CC=CC=C1 RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 19
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 16
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 15
- 150000003460 sulfonic acids Chemical class 0.000 claims description 11
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 claims description 9
- 239000004627 regenerated cellulose Substances 0.000 claims description 9
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 7
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 claims description 7
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 7
- GDCXBZMWKSBSJG-UHFFFAOYSA-N azane;4-methylbenzenesulfonic acid Chemical compound [NH4+].CC1=CC=C(S([O-])(=O)=O)C=C1 GDCXBZMWKSBSJG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 claims description 5
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 5
- 238000009987 spinning Methods 0.000 claims description 5
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M Bisulfite Chemical compound OS([O-])=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- 150000003863 ammonium salts Chemical class 0.000 claims description 4
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 claims description 4
- 125000001183 hydrocarbyl group Chemical group 0.000 claims description 4
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 claims description 4
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical class [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 3
- DQEFEBPAPFSJLV-UHFFFAOYSA-N Cellulose propionate Chemical compound CCC(=O)OCC1OC(OC(=O)CC)C(OC(=O)CC)C(OC(=O)CC)C1OC1C(OC(=O)CC)C(OC(=O)CC)C(OC(=O)CC)C(COC(=O)CC)O1 DQEFEBPAPFSJLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229920000297 Rayon Polymers 0.000 claims description 3
- 229920002301 cellulose acetate Polymers 0.000 claims description 3
- 229920001727 cellulose butyrate Polymers 0.000 claims description 3
- 229920006218 cellulose propionate Polymers 0.000 claims description 3
- 238000005087 graphitization Methods 0.000 claims description 3
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 claims description 3
- 125000000962 organic group Chemical group 0.000 claims description 3
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 3
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 2
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims description 2
- 230000009970 fire resistant effect Effects 0.000 claims 2
- 150000002170 ethers Chemical class 0.000 claims 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 17
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 12
- 208000005156 Dehydration Diseases 0.000 description 10
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 9
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 9
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 9
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 7
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 6
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 5
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical class S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 4
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 3
- -1 aliphatic Chemical class 0.000 description 3
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 3
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonia chloride Chemical compound [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFTLOKWAGJYHHR-UHFFFAOYSA-N N-methylmorpholine N-oxide Chemical compound CN1(=O)CCOCC1 LFTLOKWAGJYHHR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OLBVUFHMDRJKTK-UHFFFAOYSA-N [N].[O] Chemical compound [N].[O] OLBVUFHMDRJKTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000010290 biphenyl Nutrition 0.000 description 2
- 239000004305 biphenyl Substances 0.000 description 2
- 125000006267 biphenyl group Chemical group 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 2
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 2
- 125000001495 ethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 2
- IPCSVZSSVZVIGE-UHFFFAOYSA-N hexadecanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCC(O)=O IPCSVZSSVZVIGE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LELOWRISYMNNSU-UHFFFAOYSA-N hydrogen cyanide Chemical compound N#C LELOWRISYMNNSU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000001624 naphthyl group Chemical group 0.000 description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 2
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 description 2
- ZUOUZKKEUPVFJK-UHFFFAOYSA-N phenylbenzene Natural products C1=CC=CC=C1C1=CC=CC=C1 ZUOUZKKEUPVFJK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 2
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 2
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 2
- BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N (2r,3r,4s,5r)-2-[6-[[2-(3,5-dimethoxyphenyl)-2-(2-methylphenyl)ethyl]amino]purin-9-yl]-5-(hydroxymethyl)oxolane-3,4-diol Chemical compound COC1=CC(OC)=CC(C(CNC=2C=3N=CN(C=3N=CN=2)[C@H]2[C@@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O2)O)C=2C(=CC=CC=2)C)=C1 BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N 0.000 description 1
- WRIDQFICGBMAFQ-UHFFFAOYSA-N (E)-8-Octadecenoic acid Natural products CCCCCCCCCC=CCCCCCCC(O)=O WRIDQFICGBMAFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NJMWOUFKYKNWDW-UHFFFAOYSA-N 1-ethyl-3-methylimidazolium Chemical compound CCN1C=C[N+](C)=C1 NJMWOUFKYKNWDW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WWILHZQYNPQALT-UHFFFAOYSA-N 2-methyl-2-morpholin-4-ylpropanal Chemical compound O=CC(C)(C)N1CCOCC1 WWILHZQYNPQALT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LQJBNNIYVWPHFW-UHFFFAOYSA-N 20:1omega9c fatty acid Natural products CCCCCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O LQJBNNIYVWPHFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YEDYJTXKZZLTNE-UHFFFAOYSA-N 3-methyl-1h-imidazol-3-ium;octanoate Chemical compound C[N+]=1C=CNC=1.CCCCCCCC([O-])=O YEDYJTXKZZLTNE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QSBYPNXLFMSGKH-UHFFFAOYSA-N 9-Heptadecensaeure Natural products CCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O QSBYPNXLFMSGKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N Acrylonitrile Chemical compound C=CC#N NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATRRKUHOCOJYRX-UHFFFAOYSA-N Ammonium bicarbonate Chemical compound [NH4+].OC([O-])=O ATRRKUHOCOJYRX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000013 Ammonium bicarbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- NUCZAXGAUZZSAM-UHFFFAOYSA-N C(CCCCCCC)(=O)[O-].C(C)[N+]1=C(NC=C1)C Chemical compound C(CCCCCCC)(=O)[O-].C(C)[N+]1=C(NC=C1)C NUCZAXGAUZZSAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KXDHJXZQYSOELW-UHFFFAOYSA-M Carbamate Chemical compound NC([O-])=O KXDHJXZQYSOELW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-M Formate Chemical compound [O-]C=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- YXHXDEBLSQQHQE-UHFFFAOYSA-N N.N.OP(O)=O Chemical class N.N.OP(O)=O YXHXDEBLSQQHQE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZQPPMHVWECSIRJ-UHFFFAOYSA-N Oleic acid Natural products CCCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O ZQPPMHVWECSIRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005642 Oleic acid Substances 0.000 description 1
- 235000021314 Palmitic acid Nutrition 0.000 description 1
- 206010053615 Thermal burn Diseases 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 125000001931 aliphatic group Chemical group 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000002877 alkyl aryl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000002947 alkylene group Chemical group 0.000 description 1
- 235000012538 ammonium bicarbonate Nutrition 0.000 description 1
- 239000001099 ammonium carbonate Substances 0.000 description 1
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 description 1
- LFVGISIMTYGQHF-UHFFFAOYSA-N ammonium dihydrogen phosphate Chemical compound [NH4+].OP(O)([O-])=O LFVGISIMTYGQHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000387 ammonium dihydrogen phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 150000001735 carboxylic acids Chemical class 0.000 description 1
- 150000001767 cationic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- MNNHAPBLZZVQHP-UHFFFAOYSA-N diammonium hydrogen phosphate Chemical compound [NH4+].[NH4+].OP([O-])([O-])=O MNNHAPBLZZVQHP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000388 diammonium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019838 diammonium phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 229930195729 fatty acid Natural products 0.000 description 1
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 description 1
- 150000004665 fatty acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000007380 fibre production Methods 0.000 description 1
- 239000011357 graphitized carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QXJSBBXBKPUZAA-UHFFFAOYSA-N isooleic acid Natural products CCCCCCCC=CCCCCCCCCC(O)=O QXJSBBXBKPUZAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 1
- 150000007522 mineralic acids Chemical class 0.000 description 1
- 235000019837 monoammonium phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 150000002763 monocarboxylic acids Chemical class 0.000 description 1
- WQEPLUUGTLDZJY-UHFFFAOYSA-N n-Pentadecanoic acid Natural products CCCCCCCCCCCCCCC(O)=O WQEPLUUGTLDZJY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZQPPMHVWECSIRJ-KTKRTIGZSA-N oleic acid Chemical compound CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCC(O)=O ZQPPMHVWECSIRJ-KTKRTIGZSA-N 0.000 description 1
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 1
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 description 1
- 150000002892 organic cations Chemical class 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 150000003009 phosphonic acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 238000011002 quantification Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 235000003441 saturated fatty acids Nutrition 0.000 description 1
- 150000004671 saturated fatty acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 description 1
- 150000003384 small molecules Chemical class 0.000 description 1
- 239000000344 soap Substances 0.000 description 1
- 239000011877 solvent mixture Substances 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 125000001424 substituent group Chemical group 0.000 description 1
- 125000003107 substituted aryl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000004434 sulfur atom Chemical group 0.000 description 1
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 1
- 239000012209 synthetic fiber Substances 0.000 description 1
- AVWRKZWQTYIKIY-UHFFFAOYSA-N urea-1-carboxylic acid Chemical compound NC(=O)NC(O)=O AVWRKZWQTYIKIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 239000002759 woven fabric Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
- D06M13/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with non-macromolecular organic compounds; Such treatment combined with mechanical treatment
- D06M13/322—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with non-macromolecular organic compounds; Such treatment combined with mechanical treatment with compounds containing nitrogen
- D06M13/46—Compounds containing quaternary nitrogen atoms
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F9/00—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
- D01F9/08—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
- D01F9/12—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
- D01F9/14—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments
- D01F9/16—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from products of vegetable origin or derivatives thereof, e.g. from cellulose acetate
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
- D06M11/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising
- D06M11/07—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with halogens; with halogen acids or salts thereof; with oxides or oxyacids of halogens or salts thereof
- D06M11/11—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with halogens; with halogen acids or salts thereof; with oxides or oxyacids of halogens or salts thereof with halogen acids or salts thereof
- D06M11/13—Ammonium halides or halides of elements of Groups 1 or 11 of the Periodic Table
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
- D06M13/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with non-macromolecular organic compounds; Such treatment combined with mechanical treatment
- D06M13/244—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with non-macromolecular organic compounds; Such treatment combined with mechanical treatment with compounds containing sulfur or phosphorus
- D06M13/248—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with non-macromolecular organic compounds; Such treatment combined with mechanical treatment with compounds containing sulfur or phosphorus with compounds containing sulfur
- D06M13/256—Sulfonated compounds esters thereof, e.g. sultones
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
- D06M2101/00—Chemical constitution of the fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, to be treated
- D06M2101/02—Natural fibres, other than mineral fibres
- D06M2101/04—Vegetal fibres
- D06M2101/06—Vegetal fibres cellulosic
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
- D06M2101/00—Chemical constitution of the fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, to be treated
- D06M2101/02—Natural fibres, other than mineral fibres
- D06M2101/04—Vegetal fibres
- D06M2101/06—Vegetal fibres cellulosic
- D06M2101/08—Esters or ethers of cellulose
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
- D06M2200/00—Functionality of the treatment composition and/or properties imparted to the textile material
- D06M2200/30—Flame or heat resistance, fire retardancy properties
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Artificial Filaments (AREA)
- Woven Fabrics (AREA)
- Treatments For Attaching Organic Compounds To Fibrous Goods (AREA)
- Yarns And Mechanical Finishing Of Yarns Or Ropes (AREA)
- Inorganic Fibers (AREA)
Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft Endlosfasern auf Basis von Cellulose und/oder Cellulosederivaten, insbesondere zur Herstellung von flammfesten Textilien oder Carbonfasern, Verfahren zu deren Herstellung und deren vorteilhafte Verwendungen.
- Es gibt eine Anzahl von Endlosfasern auf Basis von Kunststoffen, die modifiziertes Polyacrylnitril in Form von z.B. Acrylnitril/Acrylamidin-Copolymer enthalten und Precursorfasern für Carbonfasern darstellen, die in Einzelfällen auch zur Herstellung von flammfesten Textilien genutzt werden. Bei der Mehrzahl der bisher bekannten Verfahren müssen die extrudierten Precursorfasern von Carbonfasern in den unschmelzbaren Zustand überführt werden. Dies macht den aufwändigen Prozessschritt der oxidativen Thermostabilisierung erforderlich. Diese wird unter Sauerstoff oder unter einer Schutzgasatmosphäre durchgeführt, wobei es sich um Gasgemische unterschiedlichen Sauerstoffgehaltes handeln kann. Der Gasdruck, der bei der oxidativen Thermostabilisierung angewandt wird, beträgt z.B. 0,5 bis 1 bar. Der Thermostabilisierung liegen Endtemperaturen zwischen 180 und 300°C zu Grunde. Das Einstellen der Endtemperatur geschieht über eine langsame lineare oder stufenweise Erhöhung der Temperatur. Diese Verfahrensweise gilt im Allgemeinen für die vorstehend beschriebenen bekannten Precursorfasern. Sollen allerdings Fasern auf Basis von Cellulose und/oder Cellulosederivaten zur Herstellung von Carbonfasern herangezogen werden, dann ist hier ein Kernproblem zu bedenken: Bei einer üblichen oxidativen Thermostabilisierung von Cellulosematerialien erfolgt u.a. eine Wasserabspaltung, dies ab 250°C, was ungewollte Nebenreaktionen auslöst, die die Qualität und durch flüssige kohlenstoffhaltige Pyrolyseprodukte bei der Carbonisierung die Carbonausbeute schmälern. Man behilft sich mit besonders langsamen Verfahren oder zusätzlichen chemischen Reaktionen, die das Verfahren unwirtschaftlich und umweltschädlich werden lassen. Zudem treten weitere Probleme bei der oben bezeichneten Stabilisierung von Cellulose auf, die auch für Cellulosederivate gelten. Hierzu zählt auch ein zu hoher Teergehalt dieser stabilisierten Fasern. Die entsprechenden Produkte sind nur dann wettbewerbsfähig, wenn die thermische Stabilisierung optimal beherrscht und industriell durchgeführt werden kann. Zudem ist es bekannt, dass herkömmlich stabilisierte Cellulosefasern, dies im Hinblick auf deren Verwendung als flammfeste Textilien, einen zu geringen LOI (Limited Oxygen Index - Sauerstoffindex) (Kenngröße, die zur Beschreibung des Brandverhaltens herangezogen wird und die minimale Sauerstoffkonzentration eines Sauerstoff-Stickstoff-Gemisches angibt, unter dem die Verbrennung bei den jeweiligen Prüfbedingungen anhält), zu geringe Festigkeiten, so dass bei der Carbonisierung nur eine mangelhafte Ausbeute erzielt wird. Die erhaltene stabilisierte Cellulosefaser weist zudem keine optimale Elementarzusammensetzung auf und zeigt aufgrund der einsetzenden Pyrolyse Defekte, die insbesondere die Herstellung von flammfesten Textilien oder Carbonfasern mit guten Gebrauchseigenschaften unmöglich machen.
- Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, Endlosfasern auf Basis von Cellulose und/oder Cellulosederivaten, vorzuschlagen, die insbesondere zur Herstellung vorteilhafter flammfester Textilien sowie qualitativ verbesserter Carbonfasern herangezogen werden können. Hierbei sollen der Sauerstoffgehalt, der LOI und die Dichte optimiert werden. Hiermit sollen, ohne eine nachteilige oxidative Thermostabilisierung, vorteilhafte Carbonfasern entwickelt werden, die sich insbesondere durch eine günstige Dichte, Faserfestigkeit und Bruchdehnung auszeichnen.
- Zudem soll die Erfindung ein vorteilhaftes Verfahren vorschlagen, nach dem die Endlosfasern hergestellt werden können. Hiermit soll die Herstellung von wettbewerbsfähigen Cellulose-basierten Carbonfasern mit einer Qualität erreicht werden, die konventionellen Carbonfasern auf Basis von ÖI-basiertem Polyacrylnitril nicht nachsteht. Zudem sollen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die CO2-Bilanz sowie die Energiekosten verbessert bzw. gesenkt und die Nachhaltigkeit erhöht werden. Ferner sollen bei der Herstellung keine toxischen Abgase, wie Blausäure und Stickoxide, entstehen. Es sollen zudem verbesserte flammhemmende Eigenschaften erreicht werden. Weitere mögliche Prozesse, die unter Luft bzw. Atmosphäre durchgeführt werden, laufen zu langsam ab, benötigen Additive und erreichen nicht die erforderlichen Qualitäten, z.B. der Cellulosefasern. Besonders hat sich die Erfindung der Problematik zugewandt, dass ein zu hoher Sauerstoffgehalt in den Endlosfasern den Nachteil zeigt, dass die Endlosfasern durch die Oxidation spröde und porös werden und dadurch nicht über Standardverfahren beispielsweise zu flammfesten Textilien verarbeitet werden können und aus dieses Endlosfasern auch keine qualitativ hochwertigen Carbonfasern hergestellt werden können.
- Die obigen Aufgaben, von denen die Erfindung ausgeht, werden gelöst durch Endlosfasern auf Basis von Cellulose und/oder Cellulosederivaten, insbesondere zur Herstellung von flammfesten Textilien oder Carbonfasern, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Cellulose und/oder die Cellulosederivate in dehydratisierter Form vorliegen, der Sauerstoffgehalt 29 bis 39 Gew.-%, der Sauerstoffindex LOI 25 bis 40 (nach DIN EN ISO 6941; 2004-05) und die Dichte 1,3 bis 1,45 g/cm3 (nach DIN 65569-1; 1992-10) betragen.
- Ersichtlich spielt der Dehydratisierungsgrad der in den erfindungsgemäßen Endlosfasern enthaltenen dehydratisierten Cellulose bzw. der dehydratisierten Cellulosederivate eine herausragende Rolle. Dabei wird es bevorzugt, dass der Dehydratisierungsgrad mindestens 1,0, vorzugsweise mindestens 1,5 und besonders bevorzugt mindestens 2,0 beträgt. Besonders vorteilhaft sind die erfindungsgemäßen Endlosfasern dann, wenn der Dehydratisierungsgrad mindestens 2,5 und insbesondere 3,0 beträgt. Der besondere Vorteil, der mit dem angesprochenen Dehydratisierungsgrad verbunden ist, liegt darin, dass eine thermische Stabilisierung der Faser unter Erhalt der Gebrauchseigenschaften erreicht wird.
- Die oben dargestellte Erfindung wird besonders vorteilhaft weitergebildet, wenn der Sauerstoffgehalt 29 bis 32 Gew.-%, der Sauerstoffindex LOI 28 bis 37 und/oder die Dichte 1,35 bis 1,45 beträgt.
- Folgende weitere vorteilhafte Eigenschaften kennzeichnen die Erfindung, so eine Faserfestigkeit von 8 bis 30 cN/tex, insbesondere von 10 bis 16 cN/tex (nach DIN EN ISO 5079; 1996-02), eine Bruchdehnung von 12 bis 25%, insbesondere von 10 bis 16% (nach DIN EN ISO 5079; 1996-02), und/oder eine Feinheit von 0,5 bis 18 dtex, insbesondere von 1 bis 8 dtex, (nach DIN EN ISO 1973; 1995-12).
- Bei der Verwirklichung der vorliegenden Erfindung wird von Cellulose und/oder Cellulosederivaten ausgegangen, die erfindungsgemäß in den beanspruchten Endlosfasern in dehydratisierter Form vorliegen. Ursprünglich nicht dehydratisierte Fasern aus Cellulose, insbesondere Celluloseregenerat, und/oder Cellulosederivaten werden nach dem nachfolgend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren zu den vorteilhaften Endlosfasern weiterverarbeitet.
- Zu den als Ausgangsmaterial herangezogenen Cellulosefasern und/oder Celluloseregeneratfasern ist Folgendes anzumerken: Unter Cellulosefasern sollen Fasern verstanden werden, die weitestgehend aus Cellulose bestehen, so insbesondere zu 80 Gew.-%, bevorzugt zu 90 Gew.-% und insbesondere zu mehr als 98 Gew.-%, wobei es besonders bevorzugt ist, wenn sie vollständig aus Cellulose bestehen. Insbesondere kann es sich hierbei um Fasern handeln, die nach modernen Technologien aus Celluloseausgangsmaterial hergestellt werden, die auch als modifizierte bzw. synthetische Cellulosefasern bezeichnen werden können. Hierbei können Viskosefasern herausgestellt werden, die nach dem Viskoseverfahren hergestellt werden. Dabei wird eine Spinnlösung herangezogen, die NMMO (N-Methylmorpholin-N-oxid) als Lösungsmittel enthält. Besonders vorteilhaft sind solche Cellulosefasern, deren Spinnlösung mit ionischen Flüssigkeiten als Lösungsmittel gewonnen werden (sh. hierzu
WO 2007/076979 - Eine weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist der Einsatz von Cellulosederivaten zur Herstellung der erfindungsgemäßen Endlosfasern, die in diesem Fall die Cellulosederivate ebenfalls in dehydratisierter Form enthalten. Hier kommen insbesondere Celluloseacetat, Cellulosepropionat, Cellulosebutyrat sowie deren Mischester in Frage. Das bedeutet, dass jeweils Fasern aus Celluloseacetat, Cellulosepropionat, Cellulosebutyrat und deren Mischestern in Einzelfasern eingesetzt werden können, aber auch in Vermischung in einem Garn vorliegen können. Als weitere vorteilhafte Cellulosederivate können bezeichnet werden: Celluloseformiat, Cellulosecarbamat und/oder Celluloseallophanat.
- Die oben beschriebenen erfindungsgemäßen Endlosfasern lassen sich vorteilhaft zur Herstellung von flammfesten Textilien einsetzen. Dabei ist der Begriff „Textilien“ weit zu verstehen. So fallen darunter Gewebe, Gewirke, Vliese und der dergleichen. Die besonderen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Endlosfasern in Form von Textilien erschließen vorteilhafte Verwendungsmöglichkeiten, so zum Einsatz in feuerfester Berufskleidung, feuerfester Freizeitkleidung, als feuerfestes Textilmaterial im technischen Einsatz, insbesondere im Automotivsektor, und in der Filtration oder in der thermischen Isolierung sowie als feuerfestes Textilmaterial im Bausektor.
- Gleichermaßen vorteilhaft können die erfindungsgemäßen Endlosfasern herangezogen werden, um durch Carbonisierung, gegebenenfalls mit anschließender Graphitisierung, Carbonfasern herzustellen. Dabei zeichnen sich die erfindungsgemäßen Carbonfasern, insbesondere hergestellt aus den oben beschriebenen erfindungsgemäßen Endlosfasern, dadurch aus, dass sie die folgenden vorteilhaften physikalischen Werte aufweisen: eine Dichte von 1,55 bis 1,75 g/cm3, insbesondere 1,6 bis 1,7 [g/cm3], (nach DIN 65569-1; 1992-10), eine Faserfestigkeit von 2,0 bis 5 GPa, insbesondere 2,5 bis 4, (nach DIN EN ISO 5079; 1996-02 eine Bruchdehnung von 2 bis 5%, insbesondere 2,5 bis 3,5%, (nach DIN EN ISO 5079; 1996-02).
- Die erfindungsgemäßen Endlosfasern können also vorteilhaft carbonisiert werden. Dies erfolgt vorzugsweise durch Erhitzen der Endlosfasern unter einem Schutzgas in einem Temperaturbereich von 600°C bis 2.400°C, insbesondere 1.000°C bis 2.400°C, wobei der Bereich von 1.200°C bis 1.600°C bevorzugt ist. Ganz besonders bevorzugt wird auf maximal 1.600°C erhitzt. Zweckmäßigerweise haben die erhaltenen Carbonfasern, die gegebenenfalls graphitisiert sind, einen Kohlenstoffgehalt von mehr als 98 Gew.-%. Die sich gegebenenfalls anschließende Graphitisierung erfolgt vorzugsweise durch eine thermische Behandlung von 1.700 bis 3.000°C, insbesondere 2.000°C bis 2.500°C, unter einem Schutzgas, insbesondere unter Stickstoff. Die graphitisierten Carbonfasern weisen einen höheren E-Modul als lediglich herkömmlich carbonisierte Fasern auf.
- Gegenstand der Erfindung ist ferner ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung von Endlosfasern auf Basis von Cellulose und/oder Cellulosederivaten, insbesondere zur Verwendung bei der Herstellung von flammfesten Textilien und Carbonfasern, insbesondere ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Endlosfasern, das dadurch gekennzeichnet ist, dass (1) Endlosfasern auf Basis von Cellulose und/oder von Cellulosederivaten mit einer Lösung, insbesondere einer wässrigen Lösung eines Salzes, das unter den nachfolgenden thermischen Bedingungen eine Dehydratisierungssäure zur Dehydratisierung von Cellulose und/oder von Cellulosederivaten freisetzt, insbesondere in Form des Ammoniumsalzes einer Sulfonsäure vorliegt, in Kontakt gebracht werden, (2) die derartig ausgerüsteten Endlosfasern auf eine Temperatur von 160°C bis 300°C, insbesondere von 180°C bis 240°C, erwärmt werden und diese Temperatur für eine Zeitdauer von mindestens 5 Minuten, insbesondere von mindestens 10 Minuten, besonders bevorzugt von mindestens 20 Minuten, aufrechterhalten wird, wobei die ausgerüsteten Endlosfasern während der jeweiligen Erwärmung und zwischen den Erwärmungsschritten in einer Inertgasatmosphäre, insbesondere in einer Stickstoffatmosphäre, unter ein Vakuum von 5 mbar bis 500 mbar, insbesondere von 50 mbar bis 200 mbar, gesetzt werden, was durch die gebildete Dehydratisierungssäure zu der Dehydratisierung der Cellulose und/oder des Cellulosederivats führt.
- In der erfindungsgemäßen Stufe (1) werden die Endlosfasern mit einem geeigneten Salz quasi imprägniert, um dann im Verlaufe der nachfolgenden thermischen Stufe (2) die Dehydratisierungssäure durch Abspalten von Ammoniak zu bilden, die in statu nascendi die erfindungsrelevante Dehydratisierung von Cellulose und/oder Cellulosederivaten bewirkt.
- Dieses Verfahren wird in der Stufe (2) vorteilhaft weitergebildet, indem die in Stufe (1) ausgerüsteten Endlosfasern auf eine erste Temperatur, insbesondere von 180 bis 240°C, erwärmt werden und diese erste Temperatur für eine Zeitdauer von mindestens 5 Minuten aufrechterhalten wird und anschließend die ausgerüsteten Endlosfasern auf wenigsten eine zweite Temperatur, die höher als die erste Temperatur ist, insbesondere von 240 bis 300°C beträgt, erwärmt und auch die zweite Temperatur für eine Zeitdauer von mindestens 5 Minuten aufrecht erhalten wird, wobei die ausgerüsteten Endlosfasern während der jeweiligen Erwärmung und zwischen den Erwärmungsschritten in einer Inertgasatmosphäre, insbesondere in einer Stickstoffatmosphäre, unter ein Vakuum von 5 mbar bis 500 mbar, insbesondere von 50 mbar bis 200 mbar, gesetzt werden, was durch die gebildete Dehydratisierungssäure zu einer Dehydratisierung der Cellulose und/oder des Cellulosederivats führt.
- Die oben angesprochene thermische obigen Stufe (2) lässt sich vorteilhaft wie folgt weiterbilden: Es ist bevorzugt, dass die ausgerüsteten Endlosfasern in der Stufe (2) stufenweise von der ersten Temperatur auf wenigstens eine weitere Temperatur und dann bis auf die zweite Temperatur erwärmt werden, wobei die Temperaturdifferenz zwischen den zeitlich aufeinander folgenden Erwärmungsschritten wenigstens 5°C, insbesondere wenigstens 10°C, beträgt und wobei die ausgerüsteten Endlosfasern für eine Zeitdauer von mindestens 3 Minuten auf der wenigstens einen Temperatur gehalten werden. Zudem ist es zweckmäßig, dass die zweite Temperatur in der Stufe (2) um wenigstens 30°C, insbesondere um wenigstens 40°C, höher als die erste Temperatur eingestellt wird. Es gilt auch als vorteilhaft, wenn die ausgerüsteten Endlosfasern in der Stufe (2) wenigstens 10 Minuten, insbesondere wenigstens 20 Minuten, auf der ersten Temperatur, der zweiten Temperatur und wenigstens einer optionalen Zwischentemperatur gehalten werden.
- Zwischen der Stufe (1) und der Stufe (2) der erfindungsgemäßen Verfahrensführung findet zweckmäßigerweise eine Zwischentrocknung statt, insbesondere durch Kontaktwärme auf beheizten Galetten, vorzugsweise zwischen 60°C und 140°C, insbesondere zwischen 80°C und 139°C, oder in einem Heizluftkanal, vorzugsweise zwischen 60°C und 140°C, besonders bevorzugt zwischen 80°C und 120°C. Diese Zwischentrocknung wird vorzugsweise kontinuierlich ausgeführt. Dabei wird das Endlosfasergarn nach der Stufe (2) aufgewickelt. Die so erhaltenen Spulen sind lagerfähig und transportfähig und werden zu gegebener Zeit der Stufe (2) zugeführt, die vorzugsweise kontinuierlich durchgeführt wird.
- Es ist ersichtlich, dass es sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise um ein kontinuierliches zweistufiges Verfahren handelt, das die oben bezeichneten Stufen (1) und (2) aufweist. In der ersten Stufe wird eine Endlosfaser auf Basis von Cellulose und/oder Cellulosederivaten mit einer Lösung, insbesondere der wässrigen Lösung eines Salzes, behandelt, das unter den in der folgenden Stufe (2) beschriebenen thermischen Bedingungen eine Dehydratisierungssäure zur Dehydratisierung von Cellulose und/oder Cellulosederivaten unter den bezeichneten thermischen Bedingungen freisetzt. Hierbei handelt es sich insbesondere um ein Ammoniumsalz einer Sulfonsäure. Grundsätzlich ist es möglich, hier auf andere Salze zurückzugreifen, die unter den Bedingungen der Erfindung eine Dehydratisierungssäure freisetzen. Hierbei kann es sich insbesondere handeln um: Ammoniumdihydrogenphosphat, Diammoniumhydrogenphosphat, Ammoniumphosphonate, Ammoniumchlorid, Ammoniumhydrogensulfat und/oder Ammoniumhydrogencarbonat.
- Bevorzugt liegt das angesprochene Salz, das unter den nachfolgend bezeichneten thermischen Bedingungen die Dehydratisierungssäure zur Dehydrierung von Cellulose und/oder Cellulosederivaten freisetzt, in Form eines Ammoniumsalzes einer Sulfonsäure vor.
- So ist es bevorzugt, dass das erfindungsgemäß eingesetzte Sulfoniumsalz die Formel (I)
- Wie gezeigt, ist es bevorzugt, wenn R1 für eine Kohlenwasserstoffgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen steht, wobei es besonders bevorzugt ist, wenn die Kohlenwasserstoffgruppe 2 bis 15 Kohlenstoffatome, insbesondere 2 bis 10 und ganz besonders bevorzugt von 2 bis 5 Kohlenstoffatome enthält. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist R1 eine aromatische Gruppe oder enthält eine solche. So kann R1 gegebenenfalls eine substituierte Arylgruppe, insbesondere eine gegebenenfalls substituierte Phenyl-, Diphenyl- oder Naphthylgruppe sein oder eine Alkarylgruppe, insbesondere eine über eine Alkylengruppe an das Schwefelatom gebundene, gegebenenfalls substituierte Phenyl-, Diphenyl- oder Naphthylgruppe sein.
- Bei dem Kation der Formel (I) handelt es sich nicht um ein beliebiges anorganisches oder organisches Kation. Vielmehr ist es bevorzugt, wenn es die oben bezeichnete vorteilhafte Struktur aufweist. In dieser sind R2 bis R5, unabhängig voneinander, wie bereits ausgeführt, ein H-Atom und/oder eine organische Gruppe mit 1 bis 20 C-Atomen, vorzugsweise 2 bis 15 C-Atomen und ganz besonders bevorzugt 5 bis 10 Kohlenstoffatomen. Hierbei kann es sich insbesondere auch um eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 C-Atomen handeln. Vorteilhafte Substituenten, die von diesen bevorzugten Angaben erfasst werden, sind: Methyl- und Ethyl-Substituenten.
- Die Quantifizierung des in den Endlosfasern ursprünglich enthaltenen Sulfoniumsalzes lässt sich vorteilhaft dadurch festlegen, dass die ausgerüsteten Endlosfasern 0,1 bis 5 Gew.-%, insbesondere 0,3 bis 2 Gew.-%, Schwefel, bezogen auf deren Trockengewicht, enthalten, wenn sie der nachfolgend geschilderten Stufe (2) der thermischen Behandlung zugeführt werden. Besonders vorteilhaft ist das bezeichnete Sulfoniumsalz der Formel (I) dann, wenn es in Wasser eine Löslichkeit von mindestens 10 Gewichtsteilen auf 100 Gewichtsteile Wasser (bei Normalbedingungen von 20°C und 1 bar) aufweist. Von besonderem Vorteil ist es, dass das Sulfoniumsalz Ammoniumtosylat ist.
- Vorzugsweise handelt es sich beim Einsatz von Sulfonsäuresalzen um eine Lösung in einem hydrophilen Lösungsmittel, insbesondere in Wasser oder in einem hydrophilen organischen Lösungsmittel, zum Beispiel Alkohol. Als hydrophile Lösungsmittel sind besonders bevorzugt Wasser oder Gemische von Wasser mit anderen, in Wasser unbegrenzt mischbaren hydrophilen organischen Lösungsmitteln, wobei im Falle von Wasser im Lösungsmittelgemisch dieses bevorzugt mindestens 50 Gew.-% enthält. Besonders bevorzugt ist eine Lösung, die vollständig auf Wasser beruht, in der das Sulfonsäuresalz der Formel (I) gelöst ist.
- Die Konzentration der Sulfonsäuresalze in der insbesondere wässrigen Lösung und die Kontaktzeiten der Endlosfasern mit der Lösung werden zweckmäßigerweise so gewählt, dass der oben bezeichnete vorteilhafte Gehalt an Sulfonsäuresalz in der getrockneten Endlosfaser vorliegt. Dazu kann die Endlosfaser für eine ausreichende Zeit durch die Lösung geführt und/oder in kontinuierlichem Prozess durch ein ausreichend langes Lösungsbad geführt werden.
- Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die Endlosfasern kontinuierlich durch die Lösung des Sulfonsäuresalzes geführt. Der Gehalt der Sulfonsäuresalze in der Lösung beträgt vorzugsweise 0,05 bis 5 mol/l Lösung, insbesondere 0,1 mol bis 2 mol/l Lösung. Die Kontaktzeit der Endlosfasern mit der Lösung der Sulfonsäuresalze beträgt vorzugsweise mindestens 0,5 Sekunden, insbesondere mindestens 2 und ganz besonders bevorzugt mindestens 10 Sekunden. Im Allgemeinen ist sie nicht länger als 100 Sekunden, vorzugsweise nicht länger als 30 Sekunden.
- Die erfindungsgemäßen Endlosfasern, die auf Cellulose und/oder Cellulosederivaten beruhen, können zusätzlich mit weiteren Adjektiven ausgerüstet werden. Dazu kann insbesondere die Lösung des bezeichneten Sulfonsäuresalzes derartige weitere Additive enthalten. Hierbei kann es sich insbesondere handeln um Hilfsmittel zu Stabilisierung des Fadenlaufes, bevorzugt Fettsäuren, wie aliphatische, langkettige Monocarbonsäuren. Besonders geeignet sind gesättigte Fettsäuren, wie beispielsweise Palmitinsäure oder Ölsäure.
- Diese zusätzlichen Additive sollten vorzugsweise eine Löslichkeit in Wasser von mindestens 10 Gewichtsteilen, bevorzugt von mindestens 20 Gewichtsteilen, insbesondere von mindestens 30 Gewichtsteilen auf 100 Gewichtsteile Wasser bei Normalbedingungen (20°C, 1 bar) aufweisen. Vorzugsweise handelt es sich bei den Additiven um niedermolekulare Verbindungen, die ein Molgewicht von maximal 1000 g/mol, insbesondere von maximal 300 g/mol, aufweisen. Als Additive kommen insbesondere Seifen oder Säuren in Betracht, zum Beispiel anorganische Salze, anorganische Säuren, organische Salze oder organische Säuren, wie Carbonsäuren oder Phosphonsäuren. Im Falle von Salzen kann es sich bei den Kationen zum Beispiel um Metallkationen, vorzugsweise Alkalimetallkationen, wie NH+ und K+ oder insbesondere Ammoniak (NH4+) handeln. Allerdings enthalten die Endlosfasern gemäß der Erfindung in einer bevorzugten Ausgestaltung keine weiteren Additive in relevanter Menge außer dem oben umfänglich erläuterten Sulfonsäuresalz der Formel (I).
- Zu dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich zur weitergehenden Erläuterung allgemein feststellen: Die im Zusammenhang mit den erfindungsgemäßen Endlosfasern angesprochenen vorteilhaften Eigenschaften werden gezielt und sicher dadurch erreicht, indem im Rahmen der angesprochenen thermischen Stufe (2) eine Dehydratisierungssäure entwickelt wird, die bei der Herstellung von Carbonfasern auch als „Carbonisierungshilfsmittel“ bezeichnet werden könnte. Ein einsetzbarer Niederdruckstabilisierungsofen ist seit Kurzem bekannt. Er ist zur Verwirklichung der Erfindung von besonderer Bedeutung. Die im Rahmen der thermischen Stufe (2) angegebenen Werte sind bevorzugt. Zunächst wird hier eine Vielzahl von parallel zueinander verlaufenden erfindungsgemäßen Endlosfasern auf Basis von Cellulose und/oder von Cellulosederivaten von der Zuführeinheit über eine Schleuseneinheit in die Prozesseinheit geführt. Von der Prozesseinheit werden die Endlosfasern über eine Schleuseneinheit und dann zu einer Aufnahmeeinheit geführt, wo sie wieder aufgenommen werden. Die Prozesseinheit wird unter einen Unterdruck von 5 mbar bis 500 mbar, insbesondere von 50 mbar bis 300 mbar, gesetzt. Als besonders vorteilhaft hat sich hier ein Druckbereich von 50 bis 200 mbar erwiesen. Über die Gaszuführung wird die Prozesseinheit mit Prozessgas, vorzugsweise mit einem Inertgas, vorzugsweise mit Stickstoff, beaufschlagt, das über eine Vakuumpumpe wieder abgesaugt wird. In dem abgesaugten Gas finden sich nicht nur Ammoniak, sondern auch das durch die Dehydratisierung von Cellulose und/oder den Cellulosederivaten abgespaltene Wasser. Das abgesaugte Gas wird über einen entsprechenden Nachbehandlungsschritt gereinigt.
- Ferner werden die Heizelemente der Prozesseinheit angestrahlt, so dass sie in ihrer jeweiligen Zone die wünschenswerte, insbesondere konstante Temperatur erzeugen. Beispielsweise wird in der ersten Zone im Falle der mehrstufigen Ausführung eine Temperatur von 180°C bis 240°C eingestellt. In den folgenden Zonen werden zum Beispiel Temperaturen von 200°C, 220°C, 240°C und 250°C eingestellt. Die Endlosfasern werden dann mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit durch die Prozesseinheit geführt, wobei die Geschwindigkeit zweckmäßigerweise so eingestellt ist, dass die Endlosfasern etwa 20 bis 40 Minuten benötigen, um durch die gesamte beheizte Prozesseinheit hindurch geführt zu werden.
- Es konnte festgestellt werden, dass in der kontrollierten Unterdruckatmosphäre höhere Temperaturen als bei Atmosphärendruck in Luft eingesetzt werden können, ohne dass die Endlosfasern verbrennen und thermisch beschädigt werden. Hierdurch können reproduzierbar gleichmäßig stabilisierte, im Falle von Carbonfasern, Precursorfasern, die die Cellulose und/oder die Cellulosederivate in dehydratisierter Form enthalten, mit hoher Dichte hergestellt werden.
- Zusammenfassend lässt sich zu der Erfindung im Hinblick auf die damit verbundenen Vorteile Folgendes feststellen:
- Die Cellulose und/oder Cellulosederivate in dehydratisierter Form enthaltenden erfindungsgemäßen Endlosfasern zeigen herausstechende Vorteile im Zusammenhang mit den Flammschutzeigenschaften LOI, der Festigkeit, der Reinheit, der Kohlenstoffausbeute (hohe Kohlenstoffausbeute bei der Carbonfaserherstellung), der Dichte, der Dehnung, den Top-Eigenschaften als Precursor für Carbonfasern, vorzugsweise als vorteilhafte Carbonfasern als Resultat guter Ökobilanz und mit geringem Preis, als flammfeste Fasern mit vorteilhaften Anwendungen. Das erfindungsgemäße Verfahren vermeidet die nachteilige Stufe der oxidativen Thermostabilisierung. Es wendet ein Niederdruckverfahren an und setzt vorzugsweise ein Inertgas, insbesondere Stickstoff, ein. Es zeichnet sich ferner dadurch aus, dass es kontinuierlich und skalierbar ausführbar ist, eine geringe Verweilzeit benötigt, eine Temperatur in einem lediglich niedrigen Bereich verlangt, eine kontrollierte und frühzeitige Dehydratisierung, des Weiteren die geringe Bildung von Nebenprodukten ermöglicht, keine toxischen Abgase anfallen lässt und eine sehr gute CO2-Bilanz aufweist. Schließlich ermöglicht es die vorteilhafte Verwendung von Cellulose und Derivaten sowie Reifencord.
- Die Erfindung soll anhand der nachfolgenden Beispiele noch näher erläutert werden. Dabei sollen folgende Erläuterungen vorangestellt werden:
- Der Sauerstoffindex (LOI) von normalen Cellulosefasern liegt bei 20. Der LOI ist eine Kenngröße, welche zur Beschreibung des Brandverhaltens eingesetzt wird. Der Zahlen-Index gibt die minimale Sauerstoffkonzentration eines Sauerstoff-Stickstoff-Gemisches an, unter dem die Verbrennung bei den Prüfbedingungen anhält. Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden flammgeschützte Cellulosefasern mit erhöhtem LOI zwischen 25 - 40 erhalten. Die flammgeschützten Cellulosefasern zeichnen sich durch eine hohe Dichte zwischen 1,3 und 1,45 g/cm3 und ferner durch eine porenfreie Struktur und eine glatte Oberfläche aus. Die einzelnen Fasern sind nicht verklebt und besitzen Feinheiten zwischen 0,90 und 1,45 dtex. Der Kohlenstoffgehalt der flammgeschützten Cellulosefasern liegt zwischen 55 und 60 Gew.-%, der Sauerstoffgehalt bei 29 bis 39 Gew.-%.
- Zu den eingesetzten Cellulosefasern:
- In den Beispielen werden zwei Cellulosefasertypen eingesetzt. Bei beiden handelt es sich um Chemiefasern aus regenerierter bzw. koagulierter Cellulose. Bei der regenerierten Cellulosefaser, die in Autoreifen eingesetzt wird, handelt es sich um eine Reifencordfaser. Die koagulierten Cellulosefasern wurden aus in ionischer Flüssigkeit (1-Ethyl-2methylimidazolium-Octanoat [EMIM][Oct]) gelöster Cellulose hergestellt. Sie werden im Folgendem als IL-Fasern bezeichnet. Beide Fasertypen zeichnen sich durch besonders hohe Reißfestigkeiten aus.
- Zu den erhaltenen Carbonfasern:
- Im Weiteren können die flammgeschützten Cellulosefasern erfindungsgemäß zu Carbonfasern (CF) verarbeitet werden. Dabei werden die flammfesten Cellulosefasern durch Pyrolyse in eine CF überführt. Die Pyrolyse wird im Allgemeinen bei Temperauren von 500 bis 1400°C durchgeführt. Sie kann unter Schutzgas, z.B. Stickstoff oder Helium, durchgeführt werden. Die erhaltenen Carbonfasern haben sehr gute mechanische Eigenschaften, insbesondere eine gute Festigkeit und Elastizität. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine erhöhte Carbonausbeute ermöglicht. Die Carbonausbeute beträgt 70 bis 90 %, das heißt, die Carbonfaser enthält zwischen 70 und 90 Gew.-% des Kohlenstoffes, welcher in der Cellulosefaser enthalten ist.
- Beispiel 1
- Beschrieben wird die Herstellung einer erfindungsgemäßen flammgeschützten Cellulosefaser. Zur Ausrüstung mit dem Additiv wird ein technisches Celluloseregeneratfasergarn, das als Reifencordfaser eingesetzt wird, mit einen Einzelfilamenttiter von 2,2 dtex mit 1000 Filamenten vorgelegt.
- Die Ausrüstung und Trocknung der Faser erfolgt in einem kontinuierlichen Prozess auf Galetten. Alle Galetten haben eine Geschwindigkeit von 10 m/min. Die erste Galette dient als Abspuleinheit der Fasern. Die Fasern werden vor der Ausrüstung durch Waschen mit Wasser (95 °C) in Waschbädern und mit Wasser besprühten Galetten gewaschen. Anschließend wird die Faser durch eine wässrige Ammoniumtosylatlösung (Konzentration des Ammoniumtosylats 0,35 mol/kg) geleitet. Danach erfolgt die Trocknung auf einer beheizten Galette (80°C). Die getrocknete Faser wird mit einem tensionsgesteuerten Wickler unter einer Vorspannung von 0,3 cN/tex aufgespult (Stufe 1).
- Die mit dem Dehydratisierungsadditiv ausgerüstete Celluloseregeneratfaser wird anschließend unter Schutzgas (Stickstoff) unter vermindertem Druck (200 mbar) weiterverarbeitet. Hierzu wird ein Niederdruckofen mit 24 Heizzonen verwendet. Die Fasern werden über eine Trio-Galette abgewickelt und durch drei Druckschleusen in den Prozesskanal des Ofens eingezogen. Die Druckschleusen sind durch jeweils ein Walzenpaar voneinander abgedichtet. Der Druck in den Schleusen und im Prozesskanal wird durch Vakuumpumpen und durch Stickstoffzufuhr geregelt. Die ausgerüsteten Cellulosefasern werden mit einer Geschwindigkeit von 0,2 m/min durch den Ofen gezogen, was einer Verweilzeit von 60 min entspricht. Die Temperatur wird zwischen 195 und 240 °C eingestellt. Anschließend werden die Fasern wieder über drei Druckschleusen aus dem Ofen ausgeschleust und mit einer Vorspannung von 4 cN/tex aufgespult (Stufe 2).
- Die Faserrestmasse beträgt 86 Gew.-%, die Dichte der Fasern beträgt 1,42 g/cm3, die Festigkeit 16 cN/tex, die Bruchdehnung 25 %, der LOI 30,5 und der Sauerstoffgehalt 30 Gew.-%.
- Beispiel 2
- Die Herstellung der Faser erfolgt wie in Beispiel 1. Die Verweilzeit im Niederdruckofen ist auf 30 min verkürzt.
- Die Faserrestmasse beträgt 86 Gew.-%, die Dichte der Fasern beträgt von 1,40 g/cm3, die Festigkeit 16 cN/tex, die Bruchdehnung 21 %, der LOI 29 und der Sauerstoffgehalt 32 Gew.-%.
- Beispiel 3
- Die Herstellung der Faser erfolgt wie in Beispiel 1. Die Verweilzeit im Niederdruckofen wird auf 15 min verkürzt.
- Die Faserrestmasse beträgt 86 Gew.-%, die Dichte der Fasern beträgt 1,39 g/cm3, die Festigkeit13cN/tex, die Bruchdehnung 21 %, der LOI 26 und der Sauerstoffgehalt 38 Gew.-%.
- Beispiel 4
- Beschrieben wird die Herstellung von Carbonfasern aus den erfindungsgemäßen flammgeschützten Cellulosefasern. Die Herstellung der flammgeschützten Cellulosefasern erfolgt, wie in Beispiel 1 beschrieben, mittels einer mit Additiven ausgerüsteten Celluloseregeneratfaser, einer sogenannten Reifencordfaser, die unter Verwendung des Niederdruckverfahrens verarbeitet wird. Die so hergestellten flammgeschützten Cellulosefasern werden anschließend unter Schutzgas in zwei Stufen zu Carbonfasern verarbeitet. In der ersten Stufe wird die Faser bei einer Maximaltemperatur von 750 °C behandelt. Danach werden die Fasern in einer zweiten Stufe bei 1400 °C weiterbehandelt.
- Die Carbonausbeute beträgt 72 Gew.-%, die Festigkeit der Carbonfasern 2,5 GPa, der E-Modul 96 GPa, die Bruchdehnung 2,5 % und die Dichte 1,42 g/cm3.
- Beispiel 5
- Beschrieben wird die Herstellung von Carbonfasern aus den erfindungsgemäßen flammgeschützten Cellulosefasern. Die Herstellung der flammgeschützten Cellulosefasern erfolgt, wie in Beispiel 2 beschrieben, mittels einer mit Additiven ausgerüsteten Reifencordfaser, die unter Verwendung des Niederdruckverfahrens verarbeitet wird. Die flammgeschützten Fasern werden anschließend unter Schutzgas in zwei Stufen, wie in Beispiel 4 beschrieben, zu Carbonfasern verarbeitet.
- Die Carbonausbeute beträgt 72 Gew.-%, die Festigkeit der Carbonfasern 23,2 GPa, der E-Modul 110 GPa, die Bruchdehnung 2,8 % und die Dichte 1,7 g/cm3.
- Beispiel 6
- Beschrieben wird die Herstellung von Carbonfasern aus den erfindungsgemäßen flammgeschützten Cellulosefasern. Die Herstellung der flammgeschützten Cellulosefasern erfolgt, wie in Beispiel 3 beschrieben, mittels einer mit Additiven ausgerüsteten Reifencordfaser, die unter Verwendung des Niederdruckverfahrens verarbeitet wird. Die flammgeschützten Fasern werden anschließend unter Schutzgas in zwei Stufen, wie in Beispiel 4 beschrieben, zu Carbonfasern verarbeitet.
- Die Carbonausbeute beträgt 82 Gew.-%, die Festigkeit der Carbonfasern 2,6 GPa, der E-Modul 82 GPa, die Bruchdehnung 2,5% und die Dichte 1,68 g/cm3.
- Beispiel 7
- Beschrieben wird die Herstellung von erfindungsgemäßen flammgeschützten Cellulosefasern. Als Ausgangsmaterial werden Celluloseregeneratfasern aus einem Airgapspinnverfahren, direktgesponnen aus Ethyl-, Methyl-Imidazoliumoctanoat (IL-Fasern), mit einem Einzelfilamenttiter von 2,2 dtex und 1000 Filamenten verwendet. Die Herstellung der flammgeschützten Cellulosefasern erfolgt wie in Beispiel 1 nach der Ausrüstung mit einem Additiv (Ammoniumtosylat) nach dem Niederdruckverfahren.
- Die Faserrestmasse beträgt 78 Gew.-%, die Dichte der Fasern 1,38 bis 1,42 g/cm3, die Festigkeit 12 cN/tex, die Bruchdehnung 13 % und der LOI 31.
- Beispiel 8
- Beschrieben wird die Herstellung von Carbonfasern aus den erfindungsgemäßen flammgeschützten IL-Fasern. Die Herstellung der flammgeschützten Cellulosefasern erfolgt wie in Beispiel 7. Die flammgeschützten Fasern werden anschließend unter Schutzgas in zwei Stufen, wie in Beispiel 4 beschrieben, zu Carbonfasern verarbeitet.
- Die Carbonausbeute beträgt 80 Gew.-%, die Festigkeit der Carbonfasern 2,5 GPa, der E-Modul 90 GPa, die Bruchdehnung 2,5 % und die Dichte 1,69 g/cm3.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- WO 2007/076979 [0010]
- Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- DIN EN ISO 6941; 2004-05 [0005]
- DIN 65569-1; 1992-10 [0005, 0013]
- DIN EN ISO 5079; 1996-02 [0008, 0013]
- DIN EN ISO 1973; 1995-12 [0008]
Claims (18)
- Endlosfasern auf Basis von Cellulose und/oder Cellulosederivaten, insbesondere zur Herstellung von flammfesten Textilien oder Carbonfasern, dadurch gekennzeichnet, dass die Cellulose und/oder die Cellulosederivate in dehydratisierter Form vorliegen, der Sauerstoffgehalt 29 bis 39 Gew.-%, der Sauerstoffindex LOI 25 bis 40 (nach DIN EN ISO 6941; 2004-05) und die Dichte 1,3 bis 1,45 g/cm3 (nach DIN 65569-1; 1992-10) betragen.
- Endlosfasern nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Dehydratisierungsgrad der Cellulose und/oder der Cellulosederivate mindestens 1,0, vorzugsweise mindestens 1,5 und besonders bevorzugt mindestens 2,0 beträgt. - Endlosfasern nach
Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass der Dehydratisierungsgrad mindestens 2,5 und insbesondere 3 beträgt. - Endlosfasern nach
Anspruch 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffgehalt 29 bis 32 Gew.-%, der Sauerstoffindex LOI 28 bis 37 und/oder die Dichte 1,35 bis 1,45 beträgt. - Endlosfasern nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Faserfestigkeit von 5 bis 30 cN/tex, insbesondere 8 bis 16 cN/tex (nach DIN EN ISO 5079; 1996-02), eine Bruchdehnung von 12 bis 25%, insbesondere 10 bis 16% (nach DIN EN ISO 5079; 1996-02), und/oder eine Feinheit von 0,5 bis 18 dtex, insbesondere 1 bis 8 dtex, (nach DIN EN ISO 1973; 1995-12) aufweisen. - Endlosfasern nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dehydratisierte Cellulose enthaltenden Endlosfasern auf Celluloseregeneratfasern, insbesondere auf Viskosefasern oder Celluloseregeneratfasern, die nach dem Luftspalt-Spinnverfahren hergestellt wurden, sowie Reifencordgarne und die Endlosfasern, die dehydratisierte Cellulosederivate enthalten, auf Endlosfasern von Estern oder Ethern von Cellulose, insbesondere Celluloseacetat, Cellulosepropionat, Cellulosebutyrat und/oder deren Mischester, zurückgehen.
- Verfahren zur Herstellung von Endlosfasern auf Basis von Cellulose und/oder Cellulosederivaten, insbesondere zur Verwendung bei der Herstellung von flammfesten Textilien und Carbonfasern, insbesondere Verfahren zur Herstellung der Endlosfasern nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass (1) Endlosfasern auf Basis von Cellulose und/oder von Cellulosederivaten mit einer Lösung, insbesondere einer wässrigen Lösung eines Salzes, das unter den nachfolgenden thermischen Bedingungen eine Dehydratisierungssäure zur Dehydratisierung von Cellulose und/oder Cellulosederivaten freisetzt, insbesondere in Form des Ammoniumsalzes einer Sulfonsäure vorliegt, in Kontakt gebracht werden, (2) die derartig ausgerüsteten Endlosfasern auf eine Temperatur von 180°C bis 300°C, insbesondere von 180°C bis 240°C, erwärmt werden und diese Temperatur für eine Zeitdauer von mindestens 5 Minuten, insbesondere von mindestens 10 Minuten, besonders bevorzugt von mindestens 20 Minuten, aufrechterhalten wird, wobei die ausgerüsteten Endlosfasern während der jeweiligen Erwärmung und zwischen den Erwärmungsschritten in einer Inertgasatmosphäre, insbesondere in einer Stickstoffatmosphäre, unter ein Vakuum von 5 mbar bis 500 mbar, insbesondere von 50 mbar bis 200 mbar, gesetzt werden, was durch die gebildete Dehydratisierungssäure zu der Dehydratisierung der Cellulose und/oder des Cellulosederivats führt.
- Verfahren zur Herstellung von Endlosfasern auf Basis von Cellulose und/oder Cellulosederivaten nach
Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, dass in der Stufe (2) die entsprechend Stufe (1) ausgerüsteten Endlosfasern auf eine erste Temperatur, insbesondere von 180 bis 240°C, erwärmt werden und diese Temperatur für eine Zeitdauer von mindestens 5 Minuten aufrechterhalten wird und anschließend die ausgerüsteten Endlosfasern auf wenigsten eine zweite Temperatur, die höher als die erste Temperatur ist, insbesondere von 240 bis 300°C, erwärmt und die erste Temperatur und die zweite Temperatur für eine Zeitdauer von mindestens 5 Minuten aufrecht erhalten werden, wobei die ausgerüsteten Endlosfasern während der jeweiligen Erwärmung und zwischen den Erwärmungsschritten in einer Inertgasatmosphäre, insbesondere in einer Stickstoffatmosphäre, unter ein Vakuum von 5 mbar bis 500 mbar, insbesondere von 50 mbar bis 200 mbar, gesetzt werden, was durch die gebildete Dehydratisierungssäure zu einer Dehydratisierung der Cellulose und/oder des Cellulosederivats führt. - Verfahren nach
Anspruch 7 oder8 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Stufen (1) und (2) eine Trocknung vorgesehen ist, insbesondere durch Kontaktwärme auf beheizten Galetten bei einer Temperatur von 60°C bis 140°C oder in einem Heißluftkanal, insbesondere zwischen 60°C und 140°C, wobei der Feuchtigkeitsgehalt der Stufe (2) zugeführten Endlosfasern auf etwa 1 bis 4 Gew.-% eingestellt wird. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 7 bis9 , dadurch gekennzeichnet, dass das Sulfonsäuresalz die Formel (I) - Verfahren nach
Anspruch 10 , dadurch gekennzeichnet, dass die ausgerüsteten Endlosfasern 0,1 bis 5 Gew.-%, insbesondere 0,3 bis 2 Gew.-%, Schwefel, bezogen auf das Trockengewicht der ausgerüsteten Endlosfasern, enthalten. - Verfahren nach
Anspruch 10 oder11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Sulfonsäuresalz der Formel (I) in Wasser eine Löslichkeit von mindestens 10 Gewichtsteilen auf 100 Gewichtsteile Wasser (bei Normalbedingungen von 20°C und 1 bar) aufweist, insbesondere Ammoniumtosylat darstellt. - Verfahren nach mindestens einem der
Ansprüche 7 bis12 , dadurch gekennzeichnet, dass die ausgerüsteten Endlosfasern in der Stufe (2) stufenweise von der ersten Temperatur auf wenigstens eine weitere Temperatur und dann bis auf die zweite Temperatur erwärmt werden, wobei die Temperaturdifferenz zwischen den zeitlich aufeinander folgenden Erwärmungsschritten wenigstens 5°C, insbesondere wenigstens 10°C, beträgt und wobei die ausgerüsteten Endlosfasern für eine Zeitdauer von mindestens 3 Minuten auf der wenigstens einen Temperatur gehalten werden. - Verfahren nach mindestens einem der
Ansprüche 7 bis13 , dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Temperatur in der Stufe (2) um wenigstens 30°C, insbesondere um wenigstens 40°C, höher als die erste Temperatur eingestellt wird. - Verfahren nach mindestens einem der
Ansprüche 7 bis14 , dadurch gekennzeichnet, dass die ausgerüsteten Endlosfasern in der Stufe (2) wenigstens 10 Minuten, insbesondere wenigstens 20 Minuten, auf der ersten Temperatur, der zweiten Temperatur und wenigstens einer optionalen Zwischentemperatur gehalten werden. - Verwendung der Endlosfasern nach mindestens einem der
Ansprüche 1 bis6 , zur Herstellung von flammfesten Textilien zum Einsatz in feuerfester Berufskleidung, feuerfester Freizeitkleidung, als feuerfestes Textilmaterial im technischen Einsatz, insbesondere im Automotivsektor, und in der Filtration oder in der thermischen Isolierung sowie als feuerfestes Textilmaterial im Bausektor. - Verwendung der Endlosfasern nach mindestens einem der
Ansprüche 1 bis6 zur Herstellung von Carbonfasern durch Carbonisierung, gegebenenfalls mit anschließender Graphitisierung. - Carbonfasern, insbesondere hergestellt aus Endlosfasern der
Ansprüche 1 bis6 , gekennzeichnet durch eine Dichte von 1,55 bis 1,75 g/cm3, insbesondere 1,6 bis 1,7 [g/cm3], (nach DIN 65569-1; 1992-10), eine Faserfestigkeit von 2,0 bis 5 GPa, insbesondere 2,5 bis 4, (nach DIN EN ISO 5079; 1996-02 eine Bruchdehnung von 2 bis 5%, insbesondere 2,5 bis 3,5%, (nach DIN EN ISO 5079; 1996-02).
Priority Applications (9)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102020113807.5A DE102020113807A1 (de) | 2020-05-22 | 2020-05-22 | Endlosfasern auf Basis von Cellulose und/oder Cellulosederivaten, Verfahren zu deren Herstellung sowie deren Verwendung |
TW110114191A TW202212668A (zh) | 2020-05-22 | 2021-04-20 | 基於纖維素及/或纖維素衍生物的連續纖維及其製造方法及用途 |
US17/926,691 US20230193521A1 (en) | 2020-05-22 | 2021-05-21 | Continuous fibres based on cellulose and/or cellulose derivatives, method for the production thereof and use thereof |
JP2022569239A JP2023536777A (ja) | 2020-05-22 | 2021-05-21 | セルロース及び/又はセルロース誘導体をベースとする長繊維、その製造方法、及びその使用 |
CN202180036703.8A CN115917074A (zh) | 2020-05-22 | 2021-05-21 | 基于纤维素和/或纤维素衍生物的连续纤维、其制备方法及其用途 |
KR1020227044657A KR20230027057A (ko) | 2020-05-22 | 2021-05-21 | 셀룰로오스 및/또는 셀룰로오스 유도체에 기반한 연속 섬유, 이의 제조 방법 및 이의 용도 |
PCT/EP2021/063669 WO2021234152A1 (de) | 2020-05-22 | 2021-05-21 | Endlosfasern auf basis von cellulose und/oder cellulosederivaten, verfahren zu deren herstellung sowie deren verwendung |
EP21727865.4A EP4153809A1 (de) | 2020-05-22 | 2021-05-21 | Endlosfasern auf basis von cellulose und/oder cellulosederivaten, verfahren zu deren herstellung sowie deren verwendung |
MX2022014658A MX2022014658A (es) | 2020-05-22 | 2021-05-21 | Fibras sin fin a base de celulosa y/o derivados de celulosa, procedimiento para su produccion asi como su uso. |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102020113807.5A DE102020113807A1 (de) | 2020-05-22 | 2020-05-22 | Endlosfasern auf Basis von Cellulose und/oder Cellulosederivaten, Verfahren zu deren Herstellung sowie deren Verwendung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102020113807A1 true DE102020113807A1 (de) | 2021-11-25 |
Family
ID=76098961
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102020113807.5A Pending DE102020113807A1 (de) | 2020-05-22 | 2020-05-22 | Endlosfasern auf Basis von Cellulose und/oder Cellulosederivaten, Verfahren zu deren Herstellung sowie deren Verwendung |
Country Status (9)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20230193521A1 (de) |
EP (1) | EP4153809A1 (de) |
JP (1) | JP2023536777A (de) |
KR (1) | KR20230027057A (de) |
CN (1) | CN115917074A (de) |
DE (1) | DE102020113807A1 (de) |
MX (1) | MX2022014658A (de) |
TW (1) | TW202212668A (de) |
WO (1) | WO2021234152A1 (de) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20070021300A1 (en) | 2003-05-09 | 2007-01-25 | Jean-Pierre Farant | Process for the production of activated carbon |
WO2007076979A1 (de) | 2005-12-23 | 2007-07-12 | Basf Se | Lösungssystem auf der basis geschmolzener ionischer flüssigkeiten, dessen herstellung sowie verwendung zur herstellung regenerierter kohlenhydrate |
US20100285223A1 (en) | 2009-05-08 | 2010-11-11 | Jong Kyoo Park | Method for Manufacturing Lyocell Based Carbon Fiber and Lyocell Based Carbon Fabric |
US20190062954A1 (en) | 2016-02-11 | 2019-02-28 | Deutsche Institute Fur Textil-Und Faserforschung | Method for producing carbon fibres from cellulose fibres treated with sulphonic acid salts |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5813722A (ja) * | 1981-07-13 | 1983-01-26 | Asahi Chem Ind Co Ltd | 活性炭素繊維の製法 |
FR2760759B1 (fr) * | 1997-03-14 | 1999-06-11 | Carbone Ind | Procede de realisation de textures activees en fibres de carbone |
WO2015173243A1 (de) * | 2014-05-16 | 2015-11-19 | Basf Se | Verfahren zur herstellung von carbonfasern aus cellulosefasern |
TW202022182A (zh) * | 2018-10-10 | 2020-06-16 | 德商商先創國際股份有限公司 | 穩定先質纖維或薄膜以生產碳纖維或薄膜的方法 |
-
2020
- 2020-05-22 DE DE102020113807.5A patent/DE102020113807A1/de active Pending
-
2021
- 2021-04-20 TW TW110114191A patent/TW202212668A/zh unknown
- 2021-05-21 JP JP2022569239A patent/JP2023536777A/ja active Pending
- 2021-05-21 CN CN202180036703.8A patent/CN115917074A/zh active Pending
- 2021-05-21 US US17/926,691 patent/US20230193521A1/en active Pending
- 2021-05-21 KR KR1020227044657A patent/KR20230027057A/ko unknown
- 2021-05-21 WO PCT/EP2021/063669 patent/WO2021234152A1/de unknown
- 2021-05-21 EP EP21727865.4A patent/EP4153809A1/de active Pending
- 2021-05-21 MX MX2022014658A patent/MX2022014658A/es unknown
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20070021300A1 (en) | 2003-05-09 | 2007-01-25 | Jean-Pierre Farant | Process for the production of activated carbon |
WO2007076979A1 (de) | 2005-12-23 | 2007-07-12 | Basf Se | Lösungssystem auf der basis geschmolzener ionischer flüssigkeiten, dessen herstellung sowie verwendung zur herstellung regenerierter kohlenhydrate |
US20100285223A1 (en) | 2009-05-08 | 2010-11-11 | Jong Kyoo Park | Method for Manufacturing Lyocell Based Carbon Fiber and Lyocell Based Carbon Fabric |
US20190062954A1 (en) | 2016-02-11 | 2019-02-28 | Deutsche Institute Fur Textil-Und Faserforschung | Method for producing carbon fibres from cellulose fibres treated with sulphonic acid salts |
Non-Patent Citations (5)
Title |
---|
CN 106 192 212 B (Zusammenfassung WPI) |
DIN 65569-1; 1992-10 |
DIN EN ISO 1973; 1995-12 |
DIN EN ISO 5079; 1996-02 |
DIN EN ISO 6941; 2004-05 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
TW202212668A (zh) | 2022-04-01 |
WO2021234152A1 (de) | 2021-11-25 |
EP4153809A1 (de) | 2023-03-29 |
KR20230027057A (ko) | 2023-02-27 |
JP2023536777A (ja) | 2023-08-30 |
US20230193521A1 (en) | 2023-06-22 |
MX2022014658A (es) | 2023-02-22 |
CN115917074A (zh) | 2023-04-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE2403947C2 (de) | Verfahren zur Herstellung von Fasern aus einem Acrylnitrilpolymerisat unter Verwendung von Wasser als Schmelzhilfsmittel | |
DE1909487A1 (de) | Verfahren zur Herstellung von anorganischen Fasern | |
EP3414374B1 (de) | Verfahren zur herstellung von carbonfasern aus mit sulfonsäuresalzen behandelten cellulosefasern | |
DE3151179C2 (de) | Zur Herstellung einer voroxidierten Faser oder Kohlenstoffaser geeignete Acrylfaser und Verfahren zu deren Herstellung | |
DE1558434B1 (de) | Verfahren zur Herstellung von im wesentlichen aus Metallen bestehenden Fasern,Textilien und Formkoerpern | |
EP3143187B1 (de) | Verfahren zur herstellung von carbonfasern aus cellulosefasern | |
DE3214948A1 (de) | Verfahren zur herstellung von aktivierten kohlenstoffasern | |
DE69813276T2 (de) | Verfahren zur herstellung von fasern oder filamenten aus regenerierter zellulose | |
DE10155066A1 (de) | Verfahren zur Flammschutzausrüstung von Cellulosefasern | |
DE60018406T2 (de) | Verfahren zur herstellung eines gewebes aus kohlenstofffasern durch kontinuierliche carbonisierung von geweben aus cellulosefasern | |
DE1955474B2 (de) | Verfahren zur herstellung von kohlenstoffaser-materialien von hoher festigkeit | |
DE102020113807A1 (de) | Endlosfasern auf Basis von Cellulose und/oder Cellulosederivaten, Verfahren zu deren Herstellung sowie deren Verwendung | |
WO2013098203A2 (de) | Textilverstärkter formkörper, ein verfahren zu dessen herstellung sowie seine verwendung | |
DE2500307C3 (de) | Verfahren zur Herstellung von Aktivkohlefasern | |
DE3336584A1 (de) | Verfahren zur herstellung von kohlenstoffasern oder grafitfasern | |
EP0481953B1 (de) | Schwer entflammbare, hochtemperaturbeständige Polyimidfasern, sowie Verfahren zu ihrer Herstellung | |
DE212015000267U1 (de) | Carbonfasern aus Phosphor enthaltenden Cellulosefasern | |
DE60010347T2 (de) | Karbonisierung von cellulosefasermaterialien in gegenwart einer organosiliciumverbindung | |
DE202012013359U1 (de) | Carbonfasern und Carbonfaser-Precursoren | |
EP3701069A1 (de) | Flammgehemmte cellulosische man-made-fasern | |
EP0305808B1 (de) | Verfahren zur Herstellung präparationsfreier verstreckter Fasern | |
DE1619183C (de) | Verfahren zur Herstellung von Fasern, Textilien und Formkorpern aus Metallmtri den | |
EP0901533A1 (de) | Verfahren zur herstellung eines verfestigten faserverbundes | |
DE1619126C3 (de) | Verfahren zur Herstellung von schwarzen, nicht carbonisieren, flamm beständigen Fasern oder Fäden von guter Festigkeit oder daraus hergestellten Gegenständen | |
WO2024013370A1 (de) | Precursor-fasern von lignin-basierten carbonfasern, deren herstellung und verwendung |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: TECHNIKUM LAUBHOLZ GMBH (TLH), DE Free format text: FORMER OWNERS: CENTROTHERM INTERNATIONAL AG, 89143 BLAUBEUREN, DE; DEUTSCHE INSTITUTE FUER TEXTIL- UND FASERFORSCHUNG DENKENDORF, 73770 DENKENDORF, DE Owner name: CENTROTHERM INTERNATIONAL AG, DE Free format text: FORMER OWNERS: CENTROTHERM INTERNATIONAL AG, 89143 BLAUBEUREN, DE; DEUTSCHE INSTITUTE FUER TEXTIL- UND FASERFORSCHUNG DENKENDORF, 73770 DENKENDORF, DE Owner name: TECHNIKUM LAUBHOLZ GMBH, DE Free format text: FORMER OWNERS: CENTROTHERM INTERNATIONAL AG, 89143 BLAUBEUREN, DE; DEUTSCHE INSTITUTE FUER TEXTIL- UND FASERFORSCHUNG DENKENDORF, 73770 DENKENDORF, DE |
|
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: TECHNIKUM LAUBHOLZ GMBH, DE Free format text: FORMER OWNERS: CENTROTHERM INTERNATIONAL AG, 89143 BLAUBEUREN, DE; TECHNIKUM LAUBHOLZ GMBH (TLH), 89143 BLAUBEUREN, DE Owner name: TECHNIKUM LAUBHOLZ GMBH (TLH), DE Free format text: FORMER OWNERS: CENTROTHERM INTERNATIONAL AG, 89143 BLAUBEUREN, DE; TECHNIKUM LAUBHOLZ GMBH (TLH), 89143 BLAUBEUREN, DE Owner name: CENTROTHERM INTERNATIONAL AG, DE Free format text: FORMER OWNERS: CENTROTHERM INTERNATIONAL AG, 89143 BLAUBEUREN, DE; TECHNIKUM LAUBHOLZ GMBH (TLH), 89143 BLAUBEUREN, DE |