EP2831318A1 - Lignocellulose-spinnlösung, lignocellulose-regeneratfaser sowie verfahren zu deren herstellung - Google Patents

Lignocellulose-spinnlösung, lignocellulose-regeneratfaser sowie verfahren zu deren herstellung

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EP2831318A1
EP2831318A1 EP13711697.6A EP13711697A EP2831318A1 EP 2831318 A1 EP2831318 A1 EP 2831318A1 EP 13711697 A EP13711697 A EP 13711697A EP 2831318 A1 EP2831318 A1 EP 2831318A1
Authority
EP
European Patent Office
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spinning solution
lignocellulose
weight
thread
spinning
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13711697.6A
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English (en)
French (fr)
Inventor
André Lehmann
Jörg BOHRISCH
Robert Protz
Hans-Peter Fink
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Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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Filing date
Publication date
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Publication of EP2831318A1 publication Critical patent/EP2831318A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • D01F2/00—Monocomponent artificial filaments or the like of cellulose or cellulose derivatives; Manufacture thereof
    • D01F2/02—Monocomponent artificial filaments or the like of cellulose or cellulose derivatives; Manufacture thereof from solutions of cellulose in acids, bases or salts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08B—POLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
    • C08B1/00—Preparatory treatment of cellulose for making derivatives thereof, e.g. pre-treatment, pre-soaking, activation
    • C08B1/003—Preparation of cellulose solutions, i.e. dopes, with different possible solvents, e.g. ionic liquids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L1/00—Compositions of cellulose, modified cellulose or cellulose derivatives
    • C08L1/02—Cellulose; Modified cellulose
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L5/00—Compositions of polysaccharides or of their derivatives not provided for in groups C08L1/00 or C08L3/00
    • C08L5/14—Hemicellulose; Derivatives thereof
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    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
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    • D—TEXTILES; PAPER
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    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D1/00—Treatment of filament-forming or like material
    • D01D1/02—Preparation of spinning solutions
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/54—Improvements relating to the production of bulk chemicals using solvents, e.g. supercritical solvents or ionic liquids

Definitions

  • Lignocellulose spinning solution Lignocellulose spinning solution, lignocellulosic regenerated fiber and process for its preparation
  • the invention relates to a lignocellulose spinning solution, regenerated fibers of lignocellulose and a process for their preparation.
  • lignocellulose can be processed for the first time without prior chemical separation process for the separation of cellulose impurities such as lignin and hemiceilulose or without thermomechanical pretreatment of the raw material into fibers.
  • the present invention is the use of specially adapted ionic liquids of the imidazoi 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.
  • chloride-based IL such as l-8utyl-3-methyl-imidazoliumchlorid (BMIMCI) or lA! Lyl-3-methylimidazoliumch! Orid (AMiMCI) obtained (WO 2005/017001 AI, US 2008/0188636 AI), which increase the cost of corresponding large-scale facilities enormously due to their corrosivity (HCl).
  • the alkaline extraction leads to a partial separation of the lignocellulose constituents.
  • the Sun et al. Solution conditions solution of the lignocellulose at a temperature of 175 ° C
  • a strong depolymerization of hemicelluiosis, lignin and cellulose which is reflected in the achieved mechanical properties of the monofilament (maximum tear strength of 17 cN / tex).
  • Spinning solution e.g., tear strength of fibers. Furthermore, long dissolution times and low levels of lignocellulose in the dope solution are not economical. The problems of the prior art are solved by the
  • a lignocellulosic spinning solution according to claim 1 the process for producing a spinning solution having the features of claim 14, the air-gap spinning process having the features of claim 15, the regenerated fiber according to claim 26 and the use of the regenerated fiber according to claim 29.
  • the further dependent Claims show advantageous developments.
  • a lignocellulosic spinning solution which contains a solution of lignocellulose in at least one ionic liquid, the at least one ionic liquid consisting of an 1-alkyl-3-methylimidazolium cation and a substantially hydrophobic carboxylate anion and the spinning solution is characterized in that lignocellulose is contained in a concentration of at least 10 wt .-% and the spinning solution has a zero shear viscosity, measured at 80 ° C, of ⁇ 30000 Pas.
  • the spinning solution according to the invention is advantageous over the prior art in the following respects:
  • the spinning solution contains lignocellulose in a concentration of at least 10% by weight in dissolved form;
  • the spinning solution contains lignocellulose with a low level of depolymerized polymeric components and thus has excellent spinning properties;
  • the spinning solution can be formed into filaments with a high content of lignin (5 to 30% by weight) and hemicelluloses (5 to 30% by weight);
  • the spinning solution can be produced without restriction on an industrial scale.
  • the lignocellulose is wood pulp, i. for the extraction of lignocellulose
  • the spinning solution can be prepared by directly dissolving wood raw material without a pre-peeled method. This will be the
  • Wood raw materials based on all plants may be preferred
  • 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, exhibit.
  • a zero shear viscosity in this range has been found to be particularly advantageous for the production of regenerated fibers.
  • 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: 0 and S. Examples of group 17: F, Cl, Br and I) or consists thereof.
  • the carboxylate anion contains at least one carboxyl group ⁇ e.g. only one carboxyl group) no further hydrophilic group.
  • the carboxylate anion contains at least 3 C atoms, preferably at least 4 C atoms.
  • the carboxylate anion may be further characterized by having a) at least one double bond, especially 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 cyclized at least in certain areas, in particular in the case of a C6 or C7 carboxylate anion.
  • the carboxylate anion may have or consist of 3 to 18, preferably 3 to 12, particularly preferably 4 to 7, carbon atoms.
  • the carboxylate anion is selected from the group consisting of 2,2-dimethyl-propanate anion, 2-butenate anion and
  • an ionic liquid (IL) consisting of an 1-alkyl-3-methyl-imidazolium cation and a substantially hydrophobic carboxylate anion, especially an anion of the above-mentioned called preferred embodiments, lignocellulose or even wood pulp can solve in relation to the prior art higher concentration and at a predetermined temperature in a shorter time. It has also been found that in the case of C3-C7 carboxylate anions branching, Zyküstechnik and / or the presence of a double bond for the solution of lignocellulose (eg in the form of wood pulp ⁇ is advantageous (low solution temperature and solution time).
  • the spinning solution according to the invention is prepared by the lignocellulose with water and / or an aliphatic Alkoho! mixed and in the ionic liquid at a temperature ⁇ 150 ° C, preferably ⁇ 140 ° C, more preferably ⁇ 130 ° C, is dissolved. It is further preferred that the spinning solution is prepared by the lignocellulose within a time of ⁇ 10 h, preferably ⁇ 7 h, more preferably ⁇ 5 h with at least partially-wise separation of the water and / or aliphatic alcohol is dissolved.
  • the preparation of the lignocellulose spinning solution can be carried out in a stirring unit or kneading unit.
  • the spinning solution according to the invention preferably contains
  • lignin in a proportion of at least 5% by weight, more preferably 5 to 35% by weight;
  • Hemice! lulose in a proportion of at least 5% by weight, particularly preferably from 5 to 35% by weight; and or
  • the spinning solution preferably contains from 10 to 35% by weight, preferably from 10 to 30% by weight, of lignocellulose.
  • 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 of Methyl, ethyl, propyl, butyf, pentyl, hexyl, AI- lyl, benzyl, imidazolyl, methoxymetyl, methoxyethy! and ethoxyethyl, most preferably Ethy! and butyl.
  • the spinning solution may contain or consist 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.
  • the lignoeclulose may be wood pulp, i.
  • native lignocellulose is dissolved in the spinning solution.
  • the ligno-cellulose has not been chemically treated (e.g., 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.
  • 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 ⁇ 5% by volume, preferably ⁇ 2% by volume, particularly preferably ⁇ 1% by volume, of water.
  • 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.
  • the process of the invention for producing a regenerated fiber is an air-gap spinning process.
  • the viscous solution of solution is forced through the holes of a spinneret and stretched (extruded) fiber in the air gap.
  • the spinning solution may be based on a temperature of 60 to 150 ° C before ⁇ be adjusted Trains t 80 to 130 "C, particularly preferably 90 to 120 * C.
  • the spinning solution can be pressed through an opening of the at least one spinneret, which has a diameter of more than 100 ⁇ , preferably a diameter of 100 ⁇ to 600 ⁇ having.
  • 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.
  • 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.
  • 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 Cq alcohol.
  • the precipitation bath preferably contains water or a mixture of one
  • the at least one thread can be dried in a further step, preferably at a temperature of at least 80 ° C., particularly preferably at a temperature of at least 100 ° C.
  • 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.
  • 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 textile production processes.
  • the threads or fibers can be washed, finished, dried and then wound up as filament.
  • multiple filaments or fibers can be formed into filaments and / or wound up.
  • 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.
  • step a homogenization of the spinning solution and removal of the spinning solution from particles are carried out. This can e.g. by filtration of the spinning solution.
  • Lignocellulosic dope used in the process.
  • regeneratoratrice invention is inexpensive to produce, as in the
  • Lignocellulose spinning solution can be dissolved as lignocellulose native wood raw material i. costly pretreatment of the lignocellulose (e.g., by chemical methods) is not required.
  • the regenerated fiber according to the invention preferably has a strength measured according to DIN 53834 of at least 20 cN / tex, preferably a strength from 20 cN / tex to 50 cN / tex, up. 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.
  • the regenerated fiber may contain a content
  • hemicellulose of at least 5% by weight, preferably from 5 to 35% by weight;
  • 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.
  • Example 1 Preparation of the ionic liquids
  • 7706 g of 27.8% strength 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 Withdrawn methanol on a rotary evaporator. After further drying at 400 ° C in vacuo over P 2 0 5 , about 2700 g of 1-butyl-3-methyl-imidazolium-cyciohexylcarboxyiat be 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).
  • Example 2 Wheat lignocellulose dissolved in 1-butyl-3-methylimidazolium ccylohexylcarboxylate
  • the filaments had a strength of 27 cN / tex, an elongation of 2.9%, and an E modulus of 1800 cN / tex.
  • Example 3 Hemp straw lignocellulose dissolved in 1-butyl-3-methylimidazolium ccylohexylcarboxylate
  • the filaments had a tenacity of 22 cN / tex, an elongation of 4.3%, and an E-modulus of 1351 cN / tex.
  • the filaments had a tenacity of 36 cN / tex, 2100 cN / tex.
  • Example 5 Wheat lignocellulose dissolved in 1-ethyl-methylimidazolium acetate (comparative example)

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lignocellulose-Spinnlösung, Regeneratfasern aus Lignoceüulose 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 Lösungsmitte! für Lignoceüulose verschiedener Provenienz. Aus den daraus hergestellten nahezu homogenen Spinnlösungen lassen sich mit kommerzielien 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.

Description

Lignoceliulose-Spinnlösung, Lignocellulose-Regeneratfaser sowie Verfahren zu deren Herstellung
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 Hemiceilulose bzw. ohne thermomechanische Vorbehandlung des Rohstoffs zu Fasern verarbeitet werden. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung speziell angepasster ionischer Flüssigkeiten vom Imidazoi-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. Weltweit wächst die Nachfrage nach Produkten und Materialien, die möglichst einfach und kostengünstig aus nachwachsenden Rohstoffen herstellbar sein solien. 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 Materia! mit vielfaltigem Applikationsspektrum handelt.
Die über alle verfügbaren Hoizrohstoffe 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, Suifit-Verfahren, Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, 1996, 4t h Ed., Vol. 20, S. 493-546), die Nutzung als Konstruktionswerkstoff und die zumeist thermische Verwertung der Reststoffe sind.
Angesichts knapper werdender Ressourcen und der Entwicklung geeigneter Trenn verfahren gelingt es zunehmend, auch Hemicelluiosen 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.
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 AI), gelingt dies für Holzrohstoffe noch nicht bzw. nur mit entscheidenden Einschränkungen.
So werden die bislang besten Ergebnisse für derartige Lösungen fast ausschließlich mit Chlorid-basierten IL wie l-8utyl-3-methyl-imidazoliumchlorid (BMIMCI) oder l-A!lyl-3-methylimidazoliumch!orid (AMiMCI) erzielt (WO 2005/017001 AI, US 2008/0188636 AI), die aufgrund ihrer Korrosivität (HCl) den Aufwand für entsprechende großtechnische Anlagen enorm erhöhen.
Weiterhin werden gute Lösungen entweder durch aufwändtge Vorbehandlun- gen 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 AI, I. Kilpeläinen et al. in J. Agric. Food Chem. 2007, 55, S. 9142- 9148), durch Lösungszeiten > 24 h (WO 2008/043837 AI) oder durch Additive wie PEG (WO 2009/105236 AI) erzielt, die wiederum das Recycling der eingesetzten IL deutlich erschweren.
Genannte Verweise haben lediglich einen Fokus auf die Solubilisierung von Holz mit dem Ziel alternative Verfahren zur Separatron der Lignocelluiose- bestandteile (d.h. im Wesentlichen Cellulose, Hemicelluiose und Lignin) aufzuzeigen. Andere haben das Ziel die Bestandteile von Lignocellulose zu depolymerisieren um monomere Verbindungen zu erhalten (WO
2007/112090A2).
Eine Materialentwicklung zu gerakelten Filmen wird in U5 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-imtdazoliumacetat (EMIMAc) als Lösungsmittel verwendet. Weiterhin kann nicht auf eine alkalische Vorbehandlung der Lignocellulose verzichtet werden, um geeignete Lösungsqualitäten zur Verspinnung zu erhalten.
Die alkalische Extraktion führt zu einer teilweisen Separatton der Ligno- cellulosebestandteile. Die in Sun et al. beschrieben Lösungsbedingungen (Lösung der Lignocellulose bei einer Temperatur von 175 °C) führen weiterhin zu einer starken Depolymerisation von Hemicelluiose, 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 funktio- ntert. Dem Fachmann sind die entscheidenden Defizite bekannt und daher sind die erzielten Ergebnisse nicht repräsentativ.
Zusammenfassend werden im Stand der Technik keine tonischen 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 Be- standteiie). 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. Die Probleme aus dem Stand der Technik werden gelöst durch die
Lignocellulose-Spinnlösung gemäß Anspruch 1, das Verfahren zur Herstellung einer Spinnlösung mit den Merkmalen des Anspruchs 14, das Luttspalt- Spinnverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15, die Regeneratfaser gemäß Anspruch 26 und die Verwendung der Regeneratfaser gemäß An- Spruch 29. Die weiteren abhängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf.
Erfindungsgemäß wird eine Lignocellulose-Spinnlösung bereitgestellt, welche eine Lösung von Lignocellulose in mindestens einer ionischen Flüssigkeit ent- hält, wobei die mindestens eine ionische Flüssigkeit aus einem l-Alkyl-3- methyt-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 Nullscherviskosttät, gemessen bei 80 °C, von < 30000 Pas aufweist.
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"-haitigen) !L in der Spinnlösung vor;
Die Spinnlösung ist ohne Einschränkung im technischen Maßstab hersteilbar.
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) Aufschiussverfahren 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 vor- geschaltetes Aufschiussverfahren 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 Hemiceilulosen in der Spinnlösung ohne chemischen Modifikationen vor, wie sie durch klassische Aufschiussverfahren 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 Umweltbelas- tung wird dadurch erheblich reduziert.
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.
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: 0 und S; Beispiele für Gruppe 17: F, Cl, Br und I) bzw. besteht daraus.
Besonders bevorzugt enthält das Carboxylat-Anion außer mindestens einer Carboxyl-Gruppe {z.B. nur einer Carboxyl-Gruppe) keine weitere hydrophile Gruppe.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthält das Carboxylat- Anion mindestens 3 C-Atome, bevorzugt mindestens 4 C-Atome.
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.
Erfindungsgemäß kann das Carboxylat-Anion 3 bis 18, bevorzugt 3 bis 12, besonders bevorzugt 4 bis 7, Kohlenstoffatome aufweisen oder daraus bestehen.
Besonders bevorzugt ist das Carboxylat-Anion ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 2,2-Dimethyl-propanat-Anion, 2-Butenat-Anion und
Cyclohexyl-carboxylat-Anion.
Es wurde überraschend gefunden, dass eine ionische Flüssigkeit (IL) bestehend aus einem l-Alkyl-3-methy!-imidazolium-Kation und einem im Wesentlichen hydrophoben Carboxylat-Anion, besonders einem Anion der oben ge- nannten 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 Zyküsierung und/oder die Anwesenheit einer Doppelbindung für die Lösung von Lignocellulose (z.B. in Form von Holzrohstoff} vorteilhaft ist (niedrige Lösungstemperatur und Lösungszeit).
Bevorzugt wird die erfindungsgemäße Spinnlösung hergesteilt, indem die Lignocellulose mit Wasser und/oder einem aliphatischen Alkoho! 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 teil- weiser Abtrennung des Wassers und/oder aliphatischen Alkohols gelöst wird.
Die Herstellung der Lignocellulose-Spinnlösung kann in einem Rühraggregat oder Knetaggregat erfolgen. Die erfindungsgemäße Spinnlösung enthält bevorzugt
a) Lignin in einem Anteil von mindestens 5 Gew-%, besonders bevorzugt 5 bis 35 Gew-%;
b) Hemice!lulose 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.
Bevorzugt enthält die Spinnlösung 10 bis 35 Gew.-%, bevorzugt 10 bis 30 Gew. -%, Lignocellulose.
In Bezug auf das Kation der ionischen Flüssigkeit kann der Alkyl-Rest an der Position 1 in dem l-Alkyl-3-alkylimidazolium-Kation ein substituierter oder unsubstituierter Ci-C6 Alkyl Rest oder ein Arylrest sein, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methyl, Ethyl, Propyl, Butyf, Pentyl, Hexyl, AI- lyl, Benzyl, Imidazolyl, Methoxymetyl, Methoxyethy! und Ethoxyethyl, besonders bevorzugt Ethy! und Butyl.
Die Spinnlösung kann Lignocellu!ose 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.
Bei der Lignoceüulose 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 Lignoceüulose 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.
Die Lignocellulose kann vor der Lösung im Spinnbad getrocknet werden, da dies die Löslichkeit der Lignocellulose in der ionischen Flüssigkeit weiter ver- bessert. Die Spinnlösung kann somit < 5 Vol.-%, bevorzugt < 2 Vol.-%, besonders bevorzugt < 1 Vol.-%, Wasser enthalten.
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.
Desweiteren wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung einer Regeneratfaser bereitgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte enthält:
a) Pressen einer Lignocelluiose-Spinnlösung, welche mindestens 10 Gew.- Lignocellulose in mindestens einer ionischen Flüssigkeit enthält und eine Nullscherviskosität, gemessen bei 80 °C, von 30000 Pas aufweist, durch mindes- tens 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.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Regeneratfaser handelt es sich um ein Luftspalt-Spinnverfahren. Beim Luftspalt-Spinnverfahren wird die viskose Sptnnlösung durch die Löcher einer Spinndüse gedrückt und (extrudierte) Faser im Luftspalt verstreckt.
Die Spinnlösung kann hierbei auf eine Temperatur von 60 bis 150 °C, bevor¬ zugt 80 bis 130 "C, besonders bevorzugt 90 bis 120 *C, eingestellt werden.
In dem Verfahren kann die Spinnlösung durch eine Öffnung der mindestens einen Spinndüse gepresst werden, welche einen Durchmesser von mehr als 100 μιη, bevorzugt einen Durchmesser von 100 μηι bis 600 μηη, aufweist.
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.
Der mindestens eine Faden kann erfindungsgemäß mit einem Verzugsverhältnis von 2 bis 10, bevorzugt 3 bis 9, besonders bevorzugt 4 bis 8, verstreckt werden.
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 C Q Alkohol enthält oder daraus besteht. Das Fällbad enthält bevorzugt Wasser oder ein Gemisch aus einem
Polymerlösungsmittel und Wasser.
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, 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 vor- teilhaft für nachgeschaltete Prozesse zur Textilerzeugung auswirkt.
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.
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.
Bevorzugt wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren vor Schritt a) eine Homogenisierung der Spinntösung und Befreiung der Spinnlösung von Partikeln durchgeführt. Dies kann z.B. durch Filtration der Spinnlösung erfolgen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Lignocellulose-Spinnlösung die erfindungsgemäße
Lignocellulose-Spinnlösung in dem Verfahren verwendet.
Es wird ferner eine Regeneratfaser aus Lignocellulose bereitgestellt, weiche 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.
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. 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.
Die erfindungsgemäße Regeneratfaser kann beispielsweise als textile Faser und/oder als Verstärkungsfaser für Komposite mit thermoplastischen Kunststoffen verwendet werden.
Anhand der nachfolgenden Beispiele soll der erfindungsgemäße Gegenstand näher erläutert werden, ohne diesen auf die hier dargestellten spezifischen Ausführungsformen einschränken zu wollen, Beispiel 1: Herstellung der ionischen Flüssigkeiten
Als ionische Flüssigkeiten wurden verwendet: l-Butyl-methylimidazoliumpivalat;
- l-Butyi-3-methylimidazoliumcyclohexylcarboxylat;
l-Ethyl-3-methylimidazoliumcrotonat;
l-Ethyl-3-methyltmidazoliumcyclohexyicarboxy!at; und
l-Ethyi-3-methylimidazoliumacetat (als Vergleichssubstanz)
Diese wurden nach aus der Literatur bekannten Standardverfahren (WO 2009/040242 AI) hergestellt.
Beispielsweise werden 7706 g 27,8 %-ige methanolische Lösung von l-Butyl-3- methylimidazoliummethylcarbonat (10 Mo!) mit 1282 g Cyclohexancarbon- säure (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 P205 werden etwa 2700 g l-Buty!-3-methyl- imidazolium-cyciohexylcarboxyiat erhalten. Die IL weist einen Schmelzpunkt von etwa 35 °C bei einem Wassergehalt < 0,5 % (Karl-Fischer-Titration) und einem Methanolgehalt von etwa 1 % ^H-NMR) auf.
Beispiel 2: Weizen-Lignoceliuiose gelöst in l-Butyl-3-methylimidazolium- ccylohexylcarboxylat
Zu 280 g lufttrockener Weizen-Lignocellulose werden 2300 g l-Butyl-3- methyltmidazoliumcyclohexylcarboxy-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 Qualität der Spinnlösung wurde diese filtriert. Die Lösung wurde anschließend mit Hilfe eines Extruders durch eine 40-Loch-Spinndüse gepresst (Lochdurchmesser 200 pm) 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.
Die Filamente hatten eine Festigkeit von 27 cN/tex, eine Dehnung von 2,9 %, sowie ein E-Modul von 1800 cN/tex.
Beispiel 3: Hanfstroh-Lignoceilulose gelöst in l-Butyl-3-methylimidazolium- ccylohexylcarboxylat
Zu 280 g lufttrockenem Hanfstroh werden 2300 g l-Butyl-3-methyl- imidazoliumcyclohexylcarboxylat 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 Null- scherviskositat, gemessen bei 80 °C, von 1500 Pas auf. Die Lösung wurde mit Hilfe eines Extruders durch eine 40-Loch-Spinndüse gepresst (Lochdurchmesser 200 pm) 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.
Die Filamente hatten eine Festigkeit von 22 cN/tex, eine Dehnung von 4,3 % sowie ein E- odul von 1351 cN/tex.
Beispiel 4: Weizen-Lignocellulose gelöst in l-Butyl-3-methylimidazolium- cyclohexylcarboxylat Zu 325 g lufttrockener Weizen-Lignocellulose werden 2300 g l-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 μιτι) 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.
Die Filamente hatten eine Festigkeit von 36 cN/tex, 2100 cN/tex.
Beispiel 5: Weizen-Lignocellulose gelöst in 1-Ethyl-methylimidazoliumacetat (Vergleichsbeispiel)
Zu 320 g Weizen-Lignoceilulose werden 2700 g l-Ethyl-3-methylimidazoltum- acetat 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.

Claims

Patentansprüche
Lignocellulose-Spinnlösung, enthaltend eine Lösung von Ltgnocellulose in mindestens einer ionischen Flüssigkeit, wobei die mindestens eine ionische Flüssigkeit aus einem l-Alkyl-3-methyl-imidazolium-Kation und einem im Wesentlichen hydrophoben Carboxylat-Anion besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Spinnlösung Lignoceilulose in einer Konzentration von mindestens 10 Gew.- enthält und eine Nullscherviskosität, gemessen bei 80 °C, von < 30000 Pas aufweist.
Lignocellulose-Spinnlösung gemäß Anspruch 1, 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-Spinnlösung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Carboxylat-Anion außer mindestens einer Carboxyl- Gruppe keine hydrophile Gruppe enthält.
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-Spinnlösung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Carboxyiat-Anion a) mindestens eine C=C-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-Carboxyiat-Anions.
6. Spinnlösung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Carboxylat-Anion ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus 2,2-Dimethyipropanat-Anion, 2-Butenat-Anion und Cyclohexylcarboxylat-Anion.
7. 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.
8. Spinnlösung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Alkyl-Rest an der Position 1 in dem l-Alkyi-3- alkylimidazolium-Kation ein substituierter oder unsubstituierter C C6 Alkyl Rest oder ein Arylrest ist, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl, Pentyl, Hexyi, Allyl, Benzyl, Imidazolyl, Methoxymetyl, Methoxyethyl und Ethoxyethyl, besonders bevorzugt Ethyl und Butyl.
9. 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.
10. 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. Spinnlösung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spinnlösung eine homogene partikelfreie Spinn¬ lösung ist, welche bevorzugt durch Filtrieren der Spinnlösung hergestellt wurde.
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.
Spinnlösung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spinnlösung < 5 Vol.-%, bevorzugt < 2 Vol.-%, besonders bevorzugt < 1 Vol.- , Wasser enthält.
Verfahren zur Herstellung einer Spinnlösung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Lignocellulose mit Wasser und/oder einem aliphatischen Alkohol vermengt wird und in der ionischen Flüssigkeit bei einer Temperatur < 140°C innerhalb einer Zeit < 5 h unter zumindest teilweiser Abtrennung des Wassers und/oder aliphatischen Alkohols gelöst wird.
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 FäSlbad.
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. 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 μηι, bevorzugt einen Durchmesser von 100 μιη bis 600 μπι, aufweist.
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.
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.
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 C Cs Alkohol enthält oder daraus besteht.
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.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Faden mit einem mindestens einem Spinnoi 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.
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.
24. 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.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lignoceiluiose-Spinniösung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 verwendet wird.
26. Regeneratfaser aus Lignocel!ulose, herstellbar nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 25.
27. 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.
28. 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) Hemtcellulose von mindestens 5 Gew.- , bevorzugt von 5 bis 35 Gew.-%; und/oder c) Cellulose von mindestens 30 Gew.-%, bevorzugt 30-70 Gew.-%, aufweist.
29. Verwendung der Regeneratfaser nach einem der Ansprüche 26 bis 28 als textile Faser und/oder als Verstärkungsfaser für Komposite mit thermoplastischen Kunststoffen.
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