MX2013013208A - Metodo paa la produccion de fibras precursoras que contienen lignina y tambien fibras de carbono. - Google Patents
Metodo paa la produccion de fibras precursoras que contienen lignina y tambien fibras de carbono.Info
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Abstract
La invención se refiere a un método para la producción de un precursor para la producción de fibras de carbono y carbón activado de acuerdo con el método de hilado en húmedo o hilado entrehierro, en el cual una solución de lignina y un polímero que forma fibras en un solvente apropiado es extruido a través de los orificios de una boquilla de hilado en un baño de coagulación, el hilo formado se estira y se trata posteriormente, se seca a una temperatura elevada y después es enrollado. El hilo que contiene lignina es un material de partida económico para la producción de fibras de carbono y carbono activado.
Description
METODO PARA LA PRODUCCION DE FIBRAS PRECURSORAS QUE CONTIENEN LIGNINA Y TAMBIEN FIBRAS DE CARBONO
Campo de la Invención
La invención se refiere a un método para la producción de un precursor de la producción de fibras de carbono y de carbono activado de acuerdo con el método de hilado en húmedo o hilado entrehierro, en el que una solución de lignina y un polímero que forma fibras en un solvente apropiado es extruido a través de los orificios de una boquilla de hilado en un baño de coagulación, el hilo formado es estirado y tratado posteriormente, secado a una temperatura elevada y después es enrollado. El hilo que contiene lignina es un material de partida económico para la producción de fibras de carbono y de carbono activado.
Antecedentes de la Invención
Las fibras de carbono son fibras de refuerzo de alto rendimiento que se utilizan esencialmente para materiales compuestos en la construcción de aviones, en la construcción de vehículos de alto rendimiento (Formula I, barcos de navegación de alto rendimiento, etc.), para equipamiento deportivo y cada vez más, para plantas de energía eólica-. En la actualidad, grandes esfuerzos se están realizando en todo el mundo para introducir fibras de carbono de calidad media (a un nivel de precio reducido) en aplicaciones masivas en la
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construcción de automóviles, el desarrollo de vehículos eléctricos de peso reducido que es la publicidad buscada en tanto representa una fuerza motriz esencial.
Las fibras de carbono se producen mediante un tratamiento térmico arriba de 1000°C de fibras orgánicas precursoras. Las primeras fibras de carbono fueron desarrolladas sobre la base de precursores de celulosa y utilizadas como filamentos en lámparas. Hoy en día, poliacrilonitrilo o copolímeros de poliacrilonitrilo son los polímeros dominantes para la producción de precursores de fibras de carbono. La paleta de fibras de carbono basadas en PAN se complementa con fibras de carbono de alto módulo hecha de resina. Para las fibras de carbono basadas en PAN, la capacidad anual estimada en 2010 fue de aproximadamente 77,000 t, y, para las fibras de carbono a base de resina, a 1830 t (textiles técnicos 3/2010) . Una visión general de la producción, la estructura, las propiedades mecánicas y también la aplicación de fibras de carbono a base de resina y PAN se presenta en: JP Donnet et al., Fibras de carbono, tercera edición, Marcel Dekker, Inc., Nueva York, Basilea, Hong Kong.
Poliacrilonitrilo y resina son productos de la industria petroquímica y por lo tanto están sujetos al típico; aumento de costos para esta rama de la industria. En los últimos años, una tendencia para el desarrollo de precursores que no
están ligados al precio del petróleo con respecto a las materias primas ha sido el resultado de ello. Esta tendencia fue forzada por la demanda de fibras de carbono en el segmento de calidad media y por lo tanto también en el segmento de precio medio para aplicaciones en masa, como se ve en la construcción de automóviles.
También los biopolímeros con ello entraron en foco. Se hizo referencia ya a la celulosa (rayón) como materia prima para la primera fibra de carbono. También se examinaron las fibras de lyocell como precursor (S. Peng et al., J. Appl . Polymer Sci. 90 (2003) 1941-1947). Se ha mostrado que las fibras de carbono a base de lyocell tienen algo más de fuerza que las fibras a base de rayón producidas bajo condiciones comparables. 1 GPa para la fuerza y aproximadamente 100 GPa para el módulo de elasticidad están sin embargo a un nivel muy bajo para las fibras de carbono. Además de la fibra de celulosa hecha por el hombre, también las fibras naturales de celulosa se probaron como precursor para fibras de carbono. M. Zhang et al. (Die Angewandte MakromolekulareChemie (Applied macromolecular chemistry) 222 (1994) Cl47-163) utilizaron fibra de sisal como precursor para la producción de fibra de carbono. Con una fuerza de 0.82 GPa y un módulo de elasticidad de 25 GPa, las fibras de carbono producidas a partir de esto están en un nivel muy bajo.
Otro biopolímero que cada vez más está ganando
importancia en el desarrollo precursor es lignina. La lignina es un poliol poliaromático que es un componente de la madera y se produce en grandes cantidades como un subproducto de la producción de celulosa. La proporción de carbono está en aproximadamente 60-65%. La estructura química de la lignina se determina por el tipo de madera utilizada en el proceso de celulosa y también el método de digestión de celulosa que se aplica. Las principales cantidades de lignina resultante se suministran para el uso de energía. Con lignina, una materia prima extremadamente económica está disponible en grandes cantidades y es en la práctica no formadora de fibras en la forma no modificada. Un objetivo era el desarrollo de precursores que contienen lignina hilada por fusión. J. F. Kadla et al. (Carbón 40 (2002) 2913-2920) describen la producción de fibra de lignina hilada por fusión de una lignina kraft disponible en el comercio y también hilada por fusión de una mezcla de lignina con bajas proporciones de hasta 5% de óxido de polietileno (PEO) . El procesamiento de lignina pura requiere un pre- tratamiento térmico que aumenta los costos de las materias primas y, en mezclas, solamente pequeñas proporciones de PEO son posibles, ya que, con mayores cantidades de PEO, se produce adhesión en el proceso de estabilización. Las fibras de carbono hechas de los precursores que contienen lignina hilada por fusión tienen fuerzas de aproximadamente 0.4 GPa y módulos en el intervalo
de 40-50 GPa y por lo tanto todavía no cumplen los valores característicos mecánicos buscados por la construcción de automóviles, la fuerza de aproximadamente 1.7 GPa y el módulo de aproximadamente 170 GPa.
Kubo et al. (Carbón 36 (1998) 1119-1124) describe un proceso para el hilado por fusión de lignina, en el que, en un paso de pretratamiento, los componentes moleculares altos sin fusión se eliminan de la lignina. En una publicación adicional, Sudo K. et al. (J. Ap l . Polymer Sci., 44 (1992) 127-134) describen el pretratamiento de lignina con solventes orgánicos, con posterior hilado por fusión de la fracción soluble en cloroformo. Las fibras de carbono producidas de la misma simplemente tienen un nivel de resistencia bajo. La Patente Estadounidense 7,678,358 reivindica la acetilación de lignina como precursor de lignina hilada por fusión, sin embargo no da ninguna información relativa a las propiedades de las fibras.de carbono producidas de esta manera. El estado del arte previo muestra que es posible, en principio , producir precursores que contienen lignina hilada por fusión para fibras de carbono. Sin embargo, también se muestra; que no se alcanza el nivel de propiedad de la fibra de carbono basada en PAN o resina. La cuestión queda abierta en cuanto a si la modificación de lignina requerida para hacer esta lignina apropiada para hilado por fusión no compensa otra vez la ventaja de costos de la materia prima económica. :
Breve Descripción de la Invención
El objeto subyacente de la invención es desarrollar un método económico para la producción de un precursor que contiene lignina a base de un método de hilado de solución para la producción de fibras de carbono y carbono activado.
Además, es el objeto de la presente invención indicar una fibra precursora que contiene lignina correspondiente. Además, la presente invención se refiere a un procesamiento adicional de las fibras precursoras para formar fibras de carbono y también fibras de carbono activadas producidas de forma correspondiente.
Este objeto se logra con respecto al método para la producción de una fibra precursora que contiene lignina por las características de la reivindicación 1 de la patente. La reivindicación 14 de la patente se refiere a una fibra precursora producida de forma correspondiente. Además., un método para la producción de una fibra de carbono se indica, mediante la reivindicación 16 de la patente, - con la reivindicación 18 de la patente se proporciona una fibra de carbono producida de forma correspondiente.
En el caso del método de acuerdo con la invención para la producción de una fibra precursora que contiene lignina para la producción de fibras de carbono y/o fibras de carbono activado, una solución, que comprende por lo menos un tipo de lignina y también por lo menos un polímero que forma fibra
seleccionado del grupo que consiste de celulosa o derivados de celulosa en por lo menos un solvente, seleccionado del grupo que consiste de óxidos de amina terciaria, líquidos iónicos, solventes polares apróticos, dimetil formamida y/o dimetil acetamida se introduce en un baño de coagulación por extrusión de la solución a través de una boquilla de hilado por el método de hilado en húmedo o hilado entrehierro, el precipitante de fibra precursora- que contiene lignina.
En el método de acuerdo con la invención, la temperatura de procesamiento preferiblemente baja de la solución, una vez producida, durante la extrusión del mismo en el baño de coagulación es particularmente ventajosa, el límite máximo superior de esta temperatura está prescrito por la naturaleza del baño de coagulación (punto de ebullición) . Generalmente, la temperatura del baño de coagulación es por lo tanto, por debajo de 100°C. Como resultado, se proporciona' un procesamiento extremadamente suave de las fibras de lignina, lo que conduce sorprendentemente a que las fibras de- carbono producidas a partir de estas fibras precursoras aumenten de manera significativa su resistencia a la tracción.
Se entiende, de acuerdo con la invención, por el término "solución" que todos los componentes de la solución, en este caso, tanto la lignina y el polímero que forma fibras, están completamente solvatados por el solvente. Sin embargo, este término también incluye asimismo la posibilidad de que' las
fibras de lignina y/o los polímeros que forman fibras están presentes en parte sin disolver en la misma.
Una modalidad preferida del método que proporciona la solución utilizada en el paso a) se produce por agitación o amasado de por lo menos un tipo de lignina y también de por lo menos un polímero que forma fibras en por lo menos un solvente, preferiblemente a temperaturas de 60°C o más, particularmente preferido de 80°C o más.
Además, es ventajoso si la solución es filtrada antes de la introducción en el baño de coagulación, cualquiera de los componentes insolubles posiblemente contenidos sean capaces de ser separados .
En una modalidad particularmente preferida, el diámetro del orificio de hilado de la boquilla de hilado es desde 50 hasta 600 pm, preferiblemente 100 hasta 500 µ??.
Los métodos para conformar la solución y transferirla en el baño de precipitación o baño de coagulación de este modo se efectúan en el método de hilado en húmedo o en el método de hilado entrehierro, el entrehierro en el caso de un método de hilado entrehierro es de preferiblemente por lo menos 10 mm, además preferido por lo menos 20 mm y como máximo 500· mm.
Otros aspectos ventajosos del método de acuerdo con la invención proporcionan que la fibra que contiene lignina de acuerdo con el paso b)
a) es estirada preferiblemente a por lo menos 1.1 veces,
más preferido de 1.1 a 12 veces, particularmente preferido a por lo menos 1.5 veces, particularmente preferido a por lo menos 2 veces su longitud, en particular a una temperatura de por lo menos 60°C, preferiblemente de por lo menos 80°C, aún más preferido a por lo menos 90°C, particularmente preferido de por lo menos 100 °C, el estiramiento es implementado preferiblemente en el baño de precipitación, en aire o en vapor de agua ,
b) es lavada, preferiblemente es lavada con agua desmineralizada,
c) es tratada posteriormente con auxiliares textiles para mejorar la resistencia del hilo para evitar cargas electrostáticas ,
d) es secada, en particular, mediante el enrollado o bobinado de la fibra sobre o alrededor de los rodillos calentados y/o mediante secado por flujo directo a una temperatura de por lo menos 80°C, preferiblemente por lo menos 100°C y/o
e) es enrollada
Por otra parte, es ventajosamente posible que la fibra se trate con un aceite de hilado antes del secado, después del secado o antes y después del secado.
Las concentraciones preferidas de por lo menos un tipo de lignina son por ello desde 1 hasta 99% en peso, preferiblemente desde 2 hasta 30% en peso, particularmente
preferidas desde 3 hasta 20% en peso, con relación a la solución total .
Las concentraciones ventajosas de por lo menos los polímeros que forman fibras son de este modo, con respecto a la solución total, desde 1 hasta 99% en peso, preferiblemente desde 5 hasta 40% en peso, particularmente preferidos desde 7 hasta 30% en peso, del mismo modo en relación a la solución total .
En una modalidad particularmente preferida, el baño de coagulación comprende agua o una mezcla de agua y un líquido orgánico, tales como solventes apróticos polares, en particular, dimetilsulfóxido (DIVISO) , tales como amidas alifáticas que son líquidas a temperatura ambiente, en particular dimetilformamida (DMF) o dimetilacetamida (DMAc) , óxidos de amina terciaria, en particular N-metilmorfolina-N-óxido; líquidos iónicos, preferiblemente líquidos iónicos seleccionados del grupo que consiste de compuestos de imidazolio, compuestos de piridinio o compuestos de tetraalquilamonio, particularmente preferido cloruro de 1-butil-3-metilimidazolio, acetato de l-butil-3-metilimidazolio, acetato de l-etil-3-metilimidazolio y/o mezclas de los mismos. ' '¦·¦ ':
Un valor de pH ventajoso del baño de coagulación está por lo tanto entre 1 y 7, preferiblemente entre 2 y 5.
El solvente para la solución de hilado, en este caso!, la
solución que comprende la lignina y también por lo menos un polímero que forma fibras, de este modo se selecciona preferiblemente del grupo que consiste de solventes apróticos polares, en particular, dimetilsulfóxido (DMSO) dimetilformamida (DMF) o dimetilacetamida (DMAc) ; óxidos de amina terciaria, en particular N-metilmorfolina-N-óxido acuoso (NMMNO, en particular, NMMNO monohidratado) ; líquidos iónicos, preferiblemente líquidos iónicos seleccionados del grupo que consiste de compuestos de imidazolio, compuestos de piridinio o compuestos de tetraalquilamonio, particularmente preferidos cloruro de l-butil-3-metilimidazolio, acetato de 1-butil -3 -metilimidazolio, acetato de l-etil-3-metilimidazolio, y/o mezclas de los mismos.
Los polímeros que forman fibras son seleccionados del grupo que consiste de celulosa y/o derivados de celulosa, en particular, carbamato de celulosa, alofanato de celulosa y hemicelulosa y/o combinaciones o mezclas de los mismos.
Además, es ventajoso en el caso del método de' acuerdo con la invención si por lo menos un tipo de lignina resulta de los métodos de fabricación de pasta de planta _anuail y madera y se selecciona en particular del grupo que consiste de lignina alcalina, lignina kraft, lignosulfonato, tiolignina, organosolvlignina , lignina ASAM, ligninas de los procesos de digestión por medio de líquidos iónicos o= enzimas y/o combinaciones o mixturas de los mismos. *
De acuerdo con la invención, se indica igualmente una fibra precursora para la producción de fibras de carbono. La fibra precursora de acuerdo con la invención se distingue por :
a) un contenido de por lo menos un tipo de lignina de 1% a 99% en peso, preferiblemente 20 hasta 60% en peso,
b) un contenido de por .lo menos un tipo de polímero de formación de fibras de 1% a 99% en peso, preferiblemente de 40 a 80% en peso, y
c) posiblemente, una resistencia de por lo menos 10 cN/tex, preferiblemente por lo menos 20 cN/tex, y/o
d) posiblemente un módulo de elasticidad de por lo menos 1000 cN/tex, preferiblemente por lo menos 1300 cN/tex.
La fibra precursora de acuerdo con la invención se puede producir de manera especialmente ventajosa de acuerdo con un método descrito previamente.
En cuanto a las. definiciones de lignina y los polímeros que forman fibras nos referimos las reivindicaciones de método 12 y 13 y la descripción.
Por otra parte, se indica un método de acuerdo con la presente invención para la producción de una fibra de carbono, en la que una fibra precursora de acuerdo con una de las dos reivindicaciones anteriores se estabiliz a temperaturas entre 100 y 600°C y es carbonizada por encima de 800°C bajo condiciones inertes.
En una modalidad preferida, la fibra de carbono se somete a vapor de agua, después de la carbonización, a temperaturas > 200°C>. preferiblemente > 300°C.
Además, la presente invención proporciona una fibra de carbono que puede ser producida de acuerdo con el método descrito anteriormente para la producción de la fibra de carbono.
Descripción Detallada de la Invención
La presente invención se explica en más detalle con referencia a las modalidades y ejemplos posteriores sin limitar la invención a los parámetros representados.
La lignina se mezcla preferiblemente con el polímero que forma fibras o hilo y después se disuelve en un solvente apropiado por agitación o por un proceso de amasado a una temperatura elevada. La solución resultante es posiblemente filtrada y, a continuación, en forma ventajosa es conformada para formar filamentos por hilado en húmedo o hilado entrehierro, que se pueden estirar en diferentes condiciones, lavados, tratados, secados y después enrollados -como un filamento. '.
Las diferentes ligninas, tales como lignina alcalina, lignosulfonato, tiolignina, organosolvlignina o tipos- de lignina a partir de los procesos de digestión de madera alternativos, que son conocidos por la persona experimentada en la técnica, como ocurre durante la producción de celulosa
o también mezclas de estos pueden ser utilizadas. Las ligninas se lavan intensamente con agua o posiblemente también con ácidos diluidos hasta un contenido de cenizas de menos de 1%.
Como polímeros que forman fibras, se utilizan en particular celulosa o también derivados de celulosa, tales como carbamato de celulosa y alofanato de celulosa.
Como solvente, se utilizan por ejemplo amidas alifáticas, tales como DMF o DMAc, DMSO, óxidos de aminas terciarias preferiblemente N-metilmorfolina-N-óxido acuoso, en particular NMMO monohidratado o un líquido iónico, seleccionado del grupo que consiste de compuestos de imidazolio, compuestos de piridinio, compuestos de tetraalquilamonio y mezclas de los mismos.
La solución de hilado se produce preferiblemente con agitación o por amasado a una temperatura por encima de .60°C preferiblemente por encima de 80 °C. La concent ación de polímero se ajusta, por ejemplo, a más de 8% preferiblemente más de 10%. La solución viscosa resultante se puede filtrar utilizando dispositivos de filtración normales y puede ser suministrada como una solución libre de partículas homogéneas para el almacenamiento intermedio antes del proceso de hilado .
La conformación de la solución de hilado para formar fibras o filamentos se efectúa de acuerdo con el método de
hilatura de hilado en húmedo o hilado entrehierro. En el caso del método de hilado en húmedo, la solución de hilado se presiona a través de los orificios de una boquilla de hilado, se utilizan boquillas de hilado con diámetros de orificio de 50 a 500 µp\. El hilo extruido es solidificado en el baño de coagulación que consiste de agua o de una mezcla de solvente de polímero y un no solvente. El no solvente puede ser preferiblemente agua o un alcohol alifático con una longitud de cadena de hasta C8. Cuando se aplica hilado entrehierro, la solución de hilado que contiene lignina viscosa es presionada a través de los orificios de una boquilla de hilado y los hilos extruidos son estirados en el entrehierro. El diámetro del orificio de boquilla preferido es preferiblemente mayor de 100 im y no debe exceder 600 µt?. La longitud del entrehierro es por lo menos 10 mm. El hilo estirado al aire entonces es coagulado de manera comparable al'.hilado en húmedo.
El hilo es estirado en agua y/o una mezcla de agua y el solvente a una temperatura mayor que 80 °C preferiblemente mayor que 90 °C y en aire caliente y/o vapor de agua mayor que 90°C preferiblemente mayor que 100°C hasta un múltiplo dé su longitud, pero por lo menos 1.1 veces. El estiramiento se puede efectuar antes o incluso después del proceso de lavado.
El hilo estirado y lavado es tratado antes del secado' o después del secado o antes y después del secado con uñ aceite
de hilado con un efecto antiestático. El secado se efectúa en rodillos calentados o también mediante secado por flujo directo a temperaturas superiores a 80°C preferiblemente mayor que 100 °C.
La fibra producida de esta manera comprende por lo menos
10% de lignina preferiblemente > 20% de lignina y uno o más polímeros que forman fibras, tales como celulosa y/o derivados de celulosa, tales como carbamato de celulosa y/o alofanato de celulosa. Las fibras producidas de acuerdo con la invención tienen una resistencia a la tracción de por lo menos 10 cN/tex y un módulo superior a 500 cN/tex y se pueden convertir, de acuerdo con métodos conocidos para la estabilización y carbonización en fibras de carbono y también, por un tratamiento subsiguiente de vapor de agua, en fibras de carbono activadas con una superficie específica elevada. :
Ejemplos
Ejemplo 1
60 g de una celulosa (DPCuox = 490) que comprende hasta 12% de hemicelulosa se mezclan con 29 g de lignina de Organocell secada al aire en 500 g de cloruro de l-butil-3-metilimídazolio y se disuelve en una amasadora horizontal a una temperatura de 90°C en un plazo de 3 horas. La solución negra homogénea resultante está libre de residuos de fibra y tiene una viscosidad de cizallamíento cero, medida a 80° , de
578 Pas.
La solución fue presionada a través de una boquilla de hilado de 40 orificios (diámetro de orificio 200 pm) con la ayuda de un extrusor estirado con una proporción de estiramiento de 14 en el entrehierro y los filamentos fueron precipitados en el baño de coagulación de ácido acético (pH = 2.5) . El lavado de los filamentos se efectuó con agua destilada, el secado se efectuó en el aire. Los filamentos tuvieron una resistencia de 25 cN/tex, un alargamiento de 7.6% y también un módulo de elasticidad de 1,320 cN/tex. El contenido de lignina fue 20.3%.
Ejemplo 2
75 g de una celulosa química secada al aire (DPCuox = 560) se mezclaron con 48 g de lignina kraft secada al aire en 500 g de acetato de l-etil-3 -metilimidazolio y se disuelven en una amasadora horizontal a una temperatura de 90 °C en un plazo de 3 horas . La solución negra homogénea resultante está libre de residuos de fibra y tiene una viscosidad de cizallamiento cero medida a 100°C, de 374 Pas. La solución fue presionada a través de una boquilla de hilado dé 40 orificios (diámetro de orificio 200 ym) con la ayuda dé un extrusor, se estiró con una proporción de estiramiento de 18 en el entrehierro y los filamentos fueron precipitados en el baño de coagulación acuoso. El lavado de los filamentos se efectuó con agua destilada, el secado se efectuó en el aire.
Los filamentos tuvieron una resistencia de 28 cN/tex un alargamiento de 9.6% y también un módulo de elasticidad de 1,560 cN/tex. El contenido de lignina fue 36.4%.
Ejemplo 3
30 g de carbamato de celulosa (DPCuox = 258 DS = 0.4) se mezclaron con 10 g de organosolvlignina secada al aire y 70 g de l-butil-3 -metilimidazolio de etilo se disuelven en una amasadora horizontal a una temperatura de 110 °C en un plazo de 2 horas. La solución negra homogénea resultante está libre de residuos de fibra y tiene una viscosidad de cizallamiento cero medida a 100 °C, de 1,215 Pas . La solución fue presionada a través de una boquilla de hilado de 12 orificios (diámetro de orificio 150 pm) con la ayuda de una extrusor, se estiró con una proporción de estiramiento de 30 en el entrehierro y la fibra de carbamato de celulosa que contiene lignina se precipitó en el baño de coagulación acuoso con 15% de? acetato de l-butil-3-metilimidazolio . El lavado de los filamentos se efectuó con agua destilada, el secado se efectuó en el aire. Los filamentos tuvieron una resistencia de 45 cN/tex, un alargamiento de 6.4% y también un módulo de elasticidad '. de 2,346 cN/tex. El contenido de lignina fue 18.3%.
Ejemplo 4 " ]
447 g de una celulosa química secada al aire ( DPcúox = 560) se mezclan con 276 g de lignina kraft secada al aire y también 2.1 g de galato de propilo en 5.2 kg de hidrato de :N-
metilmorfolina-N-óxido al 52% y se disuelven en una amasadora horizontal a una temperatura de 90°C con separación de agua por destilación en un plazo de 3 horas. La solución negra homogénea resultante está libre de residuos de fibra y tiene una viscosidad de cizallamiento cero, medida a 90°C, de 642 Pas . La solución fue presionada a través de una boquilla de hilado de 40 orificios (diámetro de orificio 200 pm) con la ayuda de un extrusor, se estiró con una proporción de estiramiento de 20 en el entrehierro y los filamentos fueron precipitados en el baño de coagulación acuoso. El lavado de los filamentos se efectuó con agua destilada, el secado se efectuó en el aire. Los filamentos tuvieron una resistencia de 42 cN/tex, un alargamiento de 5.4% y también un módulo de elasticidad de 2,164 cN/tex. El contenido de lignina fue 52.4%.
Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.
Claims (18)
1. El método para la producción de una fibra precursora que contiene lignina para la producción de fibras de carbono y/o fibras de carbón activado caracterizado porque: a) una solución que comprende por lo menos un tipo de lignina y también por lo menos un polímero que forma fibras seleccionado del grupo que consiste de celulosa o derivados de celulosa en por lo menos un solvente seleccionado del grupo que consiste de óxidos de amina terciaria, líquidos iónicos solventes polares apróticos dimetilformamida y/o dimetilacetamida b) se transfiere a un baño de coagulación mediante la extrusión de la solución a través de una boquilla de hilado mediante el método de hilado en húmedo o hilado entrehierro, el precipitante de fibra precursora que contiene lignina.:
2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la solución utilizada en el paso a) se produce por agitación o amasado de por lo menos un "tipo de lignina y también de por lo menos un polímero que forma fibras en por lo menos un solvente preferiblemente a temperaturas de 60°C o más particularmente preferido de 80°C o más . : :
3. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la solución es filtrada antes de la introducción en el baño de coagulación .
4. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el diámetro de orificio de la boquilla de hilado es desde 50 hasta 600 µt?, preferiblemente desde 100 a 500 µ??.
5. El método de conformidad con la reivindicación anterior, caracterizado porque la conformación se realiza mediante el método de hilado en húmedo o hilado entrehierro, en donde el entrehierro es preferiblemente de por lo menos 10 pm, preferiblemente por lo menos 20 mm y como máximo 500 mm.
6. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la fibra que contiene lignina de acuerdo con b) a) se estira preferiblemente a por lo menos 1.1 veces, aún más preferiblemente de 1.1 a 12 veces, particularmente preferido por lo menos a 1.5 veces particularmente preferido a por lo menos 2 veces su longitud, en particular a : una temperatura de por lo menos 60°C, preferiblemente por lo menos 80°C, además preferido por lo menos 90°C, particularmente preferido de por lo menos 10Í0oC : el estiramiento es implementado preferiblemente en el baño de precipitación en aire o en vapor de agua, b) se lava, preferiblemente se lava con agua desmineralizada , c) se trata posteriormente con auxiliares textiles para mejorar la resistencia del hilo y para evitar cargas electrostáticas, d) se seca en particular, mediante el enrollado o bobinado de la fibra sobre o alrededor de rodillos calentados y/o mediante secado de flujo directo a una temperatura de por lo menos 80°C, preferiblemente por lo menos 100°C y/o e) se enrolla.
7. El método de conformidad con la reivindicación anterior, caracterizado porque la fibra se trata con un aceite de hilado antes del secado, después del secado o antes y después del secado.
8. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque respectivamente, en relación a la solución total, la concentración: a) de por menos un tipo de lignina es desde 1 hasta 99% en peso, preferiblemente desde 2 hasta 30% en peso, particularmente preferido desde 3 hasta 20% en peso y/o b) de por lo menos un polímero que forma fibras es desde 1 hasta 99% en peso, preferiblemente desde 5 hasta 40% en peso, particularmente preferido desde 7 hasta 30% en peso..
9. El método de conformidad con cualquiera 'de 'las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el baño de coagulación comprende agua o una mezcla de agua y un líquido orgánico, tales como solventes polares apróticos en particular, DMSO; tales como amidas alifáticas que son líquidas a temperatura ambiente, en particular dimetilformamida (D F) o dimetilacetamida (DMAc) , óxidos de amina terciaria en particular N-metilmorfolina-N-óxido; líquidos iónicos, preferiblemente líquidos iónicos seleccionados del grupo que consiste de compuestos de imidazolio, compuestos de piridinio o compuestos de tetraalquilamonio particularmente preferido cloruro de 1-butil -3 -metilimidazolio, acetato de l-butil-3-metilimidazolio, acetato de l-etil-3-metilimidazolio.
10. El método de conformidad con la reivindicación anterior, caracterizado porque el valor de pH del baño de coagulación es entre 1 y 7, preferiblemente entre 2 y 5. .
11. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el soliente polar aprótico es dimetilsulfóxido (DMSO) y óxido de amina terciaria es N-metilmorfolina-N-óxido acuoso (NMMO) en particular NMMNO monohidratado y los líquidos iónicos, son seleccionados del grupo que consiste de compuestos de imidazolio, compuestos de piridinio o compuestos de tetraalquilamonio, particularmente preferido cloruro de 1-butil- 3 -me ilimidazolio, acetato de l-butil-3- metilimidazolio, acetato de l-etil-3-metilimidazolio y/o mezclas de los mismos.
12. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la celulosa y/o derivados de celulosa, se seleccionan del grupo que consiste de carbamato de celulosa, alofanato de celulosa y hemicelulosa y/o mezclas o combinaciones de los mismos .
13. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque por lo menos un tipo de lignina resulta de los métodos de fabricación de pulpa de planta anual y madera y es seleccionado en particular del grupo que consiste de lignina alcalina, lignina kraft lignosulfonato, tiolignina, organosolvlignina , lignina ASA , ligninas de los procesos de digestión por medio de líquidos iónicos o enzimas y/o combinaciones o mixturas de los mismos.
14. La fibra precursora para la producción de fibras de carbono, caracterizada porque comprende: a) un contenido de por lo menos un tipo de lignina de 1% a 99% en peso, b) un contenido de por lo menos un tipo de polímero que forma fibras de 1 a 99% en peso y : c) posiblemente una resistencia de por lo menos 10 cN/tex, preferiblemente por lo menos 20 cN/tex, y/o d) posiblemente un módulo de elasticidad de por lo menos 1000 cN/tex, preferiblemente por lo menos 1300 cN/tex.
15. La fibra precursora producida, caracterizada porque se produce de conformidad con un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13.
16. El método para la producción de una fibra de carbono, caracterizado porque una fibra precursora de conformidad con cualquiera de las dos reivindicaciones anteriores, se estabiliza a temperaturas entre 100 y 600°C y es carbonizada por encima de 800°C bajo condiciones inertes.
17. El método de conformidad con la reivindicación anterior, caracterizado porque la fibra de carbono se somete a vapor de agua después de la carbonización a temperaturas > 200°C, preferiblemente > 300°C.
18. La fibra de carbono, caracterizada porque se produce de acuerdo con un método de conformidad con cualquiera de las dos reivindicaciones anteriores.
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