RS56112B1 - Postupak za proizvodnju prekursorskih vlakana sa ligninom, kao i ugljeničnih vlakana - Google Patents

Description

Opis

[0001] Ovaj pronalazak odnosi se na postupak za proizvodnju prekursora za proizvodnju ugljeničnih- i vlakana aktivnog ugljenika u skladu sa vlažnim- ili postupkom ispredanja kroz vazdušni procep, u kojem se rastvor lignina i polimera od kojeg se obrazuju vlakna, u pogodnom rastvaraču, istiska kroz otvore na mlaznici za ispredanje u koagulaciono kupatilo, pri čemu se obrazovana nit izvlači i naknadno tretira, suši na povišenoj temperaturi, a zatim namotava. Nit sa ligninom je ekonomičan početni materijal za proizvodnju ugljeničnih- i vlakana od aktivnog ugljenika.

[0002] Ugljenična vlakna su ojačavajuća vlakna visokih perfomansi koja se suštinski koriste za kompozitne materijale u konstrukciji letelica, konstrukciji vozila visokoh performansi (Formula I, jedrenjaci visokih perfomansi itd.), za sportsku opremu i sve više za postrojenja koja se pogone energijom vetra. Trenutno, širom sveta se izvode veliki napori za uvođenje ugljeničnih vlakana prosečnog kvaliteta (pri smanjenom cenovnom nivou) u masovne primene u atomobilskoj konstrukciji, u razvoju električnih vozila redukovane mase koja su javno u potražnji, istovremeno predstavljajući suštinsku silu pogonjenja.

[0003] Ugljenična vlakna proizvode se grejnim tretiranjem organskih prekursorskih vlakana na iznad 1.000°C. Prva ugljenična vlakna razvijena su na bazi celuloznih prekursora i primenjena su kao filamenti u lampama. Danas, poliakrilonitril ili kopolimeri poliakrilonitrila predstavljaju dominantne polimere za proizvodnju prekursora za ugljenična vlakna. Paleta ugljeničnih vlakana bazirana na PAN dopunjenja je ugljeničnim vlaknom visokog modula izrađenim od katrana. Za PAN-bazirana ugljenična vlakna, procenjeni godišnji kapacitet u 2010 bio je pribl.77,000 t, a, za ugljenična vlakna na bazi katrana, oko 1,830 t (tehnički tekstili 3/2010), Ukupna proizvodnja, konstrukcija, mehaničke osobine kao i primena ugljeničnih vlakana na bazi PAN-a i katrana obezbeđeni su u: J. P. Donnet et al., Carbon fibers, third edition, Marcel Dekker, Inc. New York, Basle, Hong Kong.

[0004] Poliakrilonitril i katran su proizvodi petrohemijske industrije i stoga su podvrgnuti tipičnom cenovnom povećanju za ovu granu industrije. U poslednjih nekoliko godina, razvija se trend za razvojem prekursora koji nisu povezani sa cenom nafte u odnosu na sirove materijale koji se iz nje dobijaju. Ovaj trend je usiljen potrebom za ugljeničnim vlaknima u segmentu prosečnog kvaliteta te prema tome i segmentu prosečne cene za masovne primene, kao što se može videti u atomobilskoj konstrukciji.

[0005] Na taj način u fokus dolaze i biopolimeri. To se već odnosi na celulozu (rejon) kao sirovi materijal za prvo ugljenično vlakno. Takođe, liocelna vlakna ispitana su kao prekursor (S. Peng et al., J. Appl. Polymer Sci.90 (2003) 1941- 1947). Pokazano je da ugljenična vlakna na bazi liocela nekako imaju veću otpornost na naprezanje u odnosu na vlakna na bazi rejona proizvedena pod uporedivim uslovima. Međutim, 1 GPa za otpornost na naprezanje i pribl.100 GPa za modul elastičnosti predstavljaju veoma nizak nivo za ugljenična vlakna. Pored celuloznog veštačkog vlakna, testirana su i celulozna prirodna vlakna kao prekursor za ugljenično vlakno. M. Zhang et al. (Die Angewandte makromolekulare Chemie (Applied macromolecular chemistry) 222 (1994) 147- 163) koristili su sisalno vlakno kao prekursor za proizvodnju ugljeničnog vlakna. Sa naprezanjem od 0.82 GPa i modulom elastičnosti od 25 GPa, ugljenična vlakna proizvedena od njega su veoma niskog nivoa.

[0006] Još jedan biopolimer koji sve više dobija na značaju u prekusorskom razvoju je lignin. Lignin je poliaromatični poliol koji je komponenta drveta i javlja se u velikim količinama kao sporedni proizvod proizvodnje celuloze. Udeo ugljenika je pribl.60-65%. Hemijska struktura lignina određuje se vrstom drveta koje se koristi u procesu dobijanja celuloze, a takođe i od toga koji je postupak celulozne digestije upotrebljen. Glavne količine dobijenog lignina isporučuju se u energestske svrhe. Sa ligninom, veoma ekonomičan sirovi materijal je dostupan u veoma velikim količinama, a u praksi ne formira vlakno u nemodifikovanom obliku. Jedan od ciljeva je ispredani rastop prekursor sa ligninom. J.F. Kadla et al. (Carbon 40 (2002) 2913-2920) opisuju proizvodnju ligninskog vlakna ispredanjem rastopa kao komercijalno dostupan kraft lignin, a takođe i ispredanja rastopa lignina sa niskim udelima od do 5% polietilen oksida (PEO). Obrada čistog lignina zahteva termički pred-tretman koji povećava cenu sirovih materijala, a, u mešavini, mogući su samo mali udeli PEO budući da, sa većim količinama PEO, dolazi do pojave adhezije u stabilizacionom procesu. Ugljenična vlakna izrađena od ispredenog rastopa preklursora sa ligninom imaju naprezanja od pribl.0.4 GPa i module u opsegu od 40-50 Gpa, te prema tome i dalje ne ispunjavaju vrednosti mehaničkih karakteristika zahtevane za konstrukcije automobila, sa naprezanjem od pribl.1.7 GPa i modulom od pribl.170 GPa.

[0007] Kubo et al. (Carbon 36 (1998) 1119- 1124) opisuju postupak za ispredanje rastopa lignina, u kojem se, u predtretmanskoj fazi, ne-topljive visoko-molekulske komponente uklanjaju iz lignina. U daljim objavama, K. Sudo et al. (J. Appl. Polymer Sci., 44 (1992) 127-134) opisuju predtretman lignina organskim rastvaračima sa naknadnim ispredanjem rastopa hloroform-rastvorne frakcije. Ugljenična vlakna proizvedena iz njih imaju nešto niži nivo naprezanja.

[0008] US 7,678,358 otkriva acetilaciju lignina kao prekursora ispredanja rastopa lignina, međutim, bez obezbeđivanja bilo kakve informacije koja se odnosi na karakteristike ugljeničnih vlakana proizvedenih na ovaj način. Stanje tehnike pokazuje da je u principu moguće proizvesti ispredene rastope prekursora sa ligninom za ugljenična vlakna. Međutim, takođe je pokazano da nije postignut nivo karakteristika ugljeničnog vlakna baziranog na PAN ili katranu. Ostaje otvoreno pitanje da li ligninska modifikacija potrebna za pogodno ispredanje rastopa, ponovo ne prelazi troškovne prednosti ekonomičnog sirovog materijala, lignina.

[0009] Cilj ovog pronalaska je da se razvije ekonomičan postupak za proizvodnju prekursora koji sadrže lignin na bazi postupka tečnog predenja za proizvodnju ugljeničnih- i vlakana od aktivnog ugljenika.

[0010] Dalje, cilj ovog pronalaska je da ukaže na odgovarajuće prekursorsko vlakno sa ligninom.

Dodatno, ovaj pronalazak odnosi se na dalju obradu prekursorskih vlakana radi obrazovanja ugljeničnih vlakana i takođe, shodno tome i proizvodnju vlakana od aktivnog ugljenika.

[0011] Ovaj cilj se postiže postupkom za proizvodnju prekursorskog vlakna sa ligninom okarakterisan patentnim zahtevom 1. Patentni zahtev 14 odnosi se na odgovarajuće proizvedeno prekursorsko vlakno. U slučaju postupka prema ovom pronalasku za proizvodnju prekursorskog vlakna sa ligninom za proizvodnju ugljeničnih vlakana i/ili vlakana od aktivnog ugljenika, rastvor, koji obuhvata najmanje jednu vrstu lignina i takođe najmanje jedan polimer za formiranje vlakana odabran iz grupe koju čine celuloza ili derivati celuloze u najmanje jednom rastvaraču odabranom iz grupe koju čine tercijarni amin oksidi i/ili jonske tečnosti, uvode se u koagulaciono kupatilo istiskivanjem rastvora kroz mlaznicu za ispredanje postupkom ispredanja kroz vazdušni procep, pri čemu se taloži prekursorsko vlakno sa ligninom.

[0012] U postupku prema ovom pronalasku, posebno je pogodna poželjna niska temperatura obrade rastvora, kada se proizvede, tokom njegovog istiskanja u koagulaciono kupatilo, pri čemu je maksimalna gornja granica te temperature određena prirodom koagulacionog kupatila (tačka ključanja). Generalno, temperatura koagulacionog kupatila je prema tome ispod 100°C. Kao rezultat, obezbeđuje se veoma nežna obrada ligninskih vlakana, koja začuđujuće vodi ka ugljeničnim vlaknima proizvedenim od ovih prekursorskih vlakana, koja imaju znatno povećanu otpornost na naprezanje.

[0013] Podrazumeva se, u skladu sa ovim pronalaskom, da su pod izrazom "rastvor" obuhvaćene sve komponente rastvora, tj. i lignin i polimer od kojeg se obrazuju vlakna, potpuno su rastvoreni rastvaračem. Međutim, ovaj izraz takođe uključuje i mogućnost da su ligninska vlakna i/ili polimer od kojeg se obrazuju vlakna prisutni u njemu delimično nerastvoreni.

[0014] Poželjan primer izvođenja ovog postupka obezbeđuje da se rastvor korišćen u fazi a) proizvodi umešavanjem ili gnječenjem najmanje jedne vrste lignina i takođe najmanje jednog polimera od kojeg se obrazuju vlakna u najmanje jednom rastvaraču, poželjno na temperaturama od 60°C ili više, naročito poželjno od 80°C ili više.

[0015] Dalje, poželjno je da se rastvor filtrira pre uvođenja u koagulaciono kupatilo, pri čemu se bilo koje moguće sadržane nerastvorljive komponente mogu izdvojiti.

[0016] U naročito poželjnom primeru izvođenja, prečnik otvora za ispredanje mlaznice za ispredanje je od 50 do 600 µm, poželjno 100 do 500 µm.

[0017] Postupci za uobličavanje rastvora i njegovo transferovanje u kupatilo za taloženje ili koagulaciono kupatilo prema tome su efikasni u postupku ispredanja kroz vazdušni procep, pri čemu je u slučaju postupka ispredanja kroz vazdušni procep poželjan vazdušni procep od najmanje 10 mm, još poželjnije najmanje 20 mm, a najviše 500 mm.

[0018] Dalje pogodni aspekti postupka prema ovom pronalasku obezbeđuju da je vlakno sa ligninom iz faze b)

a) istegnuto, poželjno istegnuto do najmanje 1,1 puta, poželjnije do 1,1 to 12 puta, naročito poželjno do najmanje 1,5 puta, naročito poželjno do najmanje 2 puta svoje dužine, naročito na temperaturi od najmanje 60°C, poželjno najmanje 80°C, još poželjnije najmanje 90°C, naročito poželjno od najmanje 100°C, pri čemu se istezanje izvodi poželjno u kupatilu za taloženje, u vazduhu ili vodenoj pari,

b) isprano, poželjno isprano demineralizovanom vodom,

c) naknadno tretirano tekstilnim pomagalima radi poboljšanja naprezanja niti i radi izbegavanja elektrostatičkih naelektrisanja,

d) osušeno, naročito motanjem ili namotavanjem vlakna na ili oko zagrejanih valjaka i /ili protočnim sušenjem na temperaturi od najmanje 80°C, poželjno najmanje 100°C i/ili

e) namotano.

[0019] Dalje, pogodno je moguće da se vlakno tretira uljem za ispredanje pre sušenja, nakon sušenja ili pre i nakon sušenja.

[0020] Poželjne koncentracije najmanje jedne vrste lignina prema tome iznose od 1 do 99mas.%, poželjno od 2 do 30mas.%, naročito poželjno od 3 do 20mas.%, u odnosu na ukupan rastvor.

[0021] Pogodne koncentracije najmanje polimera od kojeg se obrazuju vlakna prema tome iznose, u odnosu na ukupan rastvor, od 1 do 99mas.%, poželjno od 5 do 40mas.%, naročito poželjno od 7 do 30mas.%, takođe u odnosu na ukupan rastvor.

[0022] U naročito poželjnom primeru izvođenja, koagulaciono kupatilo obuhvata vodu ili mešavinu vode i neke organske tečnosti, kao što su aprotični polarni rastvarači, naročito dimetilsulfoksid (DMSO), kao što su alifatični amidi koji su tečni na sobnoj temperaturi, naročito dimetilformamid (DMF) ili dimetilacetamid (DMAc); tercijarni amin oksidi, naročito N-metilmorfolin-N-oksid; jonske tečnosti, poželjno jonske tečnosti odabrane iz grupe koju čine jedinjenja imidazolijuma, jedinjenja piridinijuma ili jedinjenja tetraalkilamonijuma, naročito poželjno 1-butil-3-metilimidazolijum hlorid, 1-butil-3-metilimidazolijum acetat, 1-etil-3-metilimidazolijum acetat i/ili njihove mešavine.

[0023] Pogodna pH vrednost koagulacionog kupatila je prema tome između 1 i 7, poželjno između 2 i 5.

[0024] Rastvarač za rastvor za ispredanje, tj. rastvor koji obuhvata lignin i takođe najmanje jedan od polimera od kojeg se obrazuju vlakna, tako je poželjno odabran iz grupe koju čine tercijarni amin oksidi, naročito vodeni N-metilmorfolin-N-oksid (NMMNO, naročito NMMNO monohidrat); jonske tečnosti, poželjno jonske tečnosti odabrane iz grupe koju čine jedinjenja imidazolijuma, jedinjenja piridinijuma ili jedinjenja tetraalkilamonijuma, naročito poželjno 1-butil-3-metilimidazolijum hlorid, 1-butil-3-metilimidazolijum acetat, 1-etil-3-metilimidazolijum acetat; i/ili njihove mešavine

[0025] Polimeri od kojeg se obrazuju vlakna odabrani su iz grupe koju čine celuloza i/ili derivati celuloze, naročito celulozni karbamat, celulozni alofanat i hemiceluloza i/ili njihove mešavine i smeše.

[0026] Dalje, poželjno je u slučaju postupka prema ovom pronalasku ukoliko se najmanje jedna vrsta lignina dobija postupcima pulpiranja drveta i jednogodišnje biljke i bira naročito iz grupe koju čine alkalni lignin, kraft lignin, lignosulfonat, tiolignin, organosolv lignina, ASAM lignin, lignini iz postupka digestije jonskim tečnostima ili enzimima i/ili njihovim kombinacijama ili mešavinama.

[0027] Prema ovom pronalasku, prekursorsko vlakno za proizvodnju ugljeničnih vlakana takođe je indikovano. Prekursorsko vlakno prema ovom pronalasku okarakterisano je

a) sadržajem najmanje jedne vrste lignina od 1% do 99mas.%, poželjno 20 do 60mas.%,

b) sadržajem najmanje jedne vrste polimera od kojeg se obrazuju vlakna, odabran iz grupe koju čine celuloza i/ili derivati celuloze, od 1% do 99mas.%, poželjno 40 do 80mas.%, i

c) mogućom otpornosti na naprezanje od najmanje 10 cN/tex, poželjno najmanje 20 cN/tex, i/ili d) mogućim modulom elastičnosti od najmanje 1 ,000 cN/tex, poželjno najmanje 1.300 cN/tex.

[0028] Prekursorsko vlakno prema ovom pronalasku može se proizvesti određeniije pogodno prema prethodno opisanom postupku.

[0029] Što se tiče defincija polimera koji obrazuju lignin i vlakna, pozivamo se na postupak patentnih zahteva 12 i 13 i ovog opisa.

[0030] Dalje, indikovan je postupak prema ovom pronalasku za proizvodnju ugljeničnog vlakna, u kojem je prekursorsko vlakno prema jednom od dva prethodna zahteva stabilizovano na temperaturi između 100 i 600°C i karbonizovano na iznad 800°C pod inertnim uslovima.

[0031] U poželjnom primeru izvođenja, ugljenično vlakno podvrgnuto je vodenom isparavanju, nakon karbonizacije, na temperaturama > 200°C, poželjno > 300°C.

[0032] Dodatno, ovaj pronalazak obezbeđuje ugljenično vlakno koje se može proizvesti prema prethodno opisanom postupku za proizvodnju ugljeničnog vlakna.

[0033] Ovaj pronalazak detaljnije je objašnjen pozivanjem na naknadne primere izvođenja i primere bez ograničavanja ovog pronalaska na prikazane parametre.

[0034] Lignin se poželjno umešava sa polimerima od kojih se obrazuju niti ili vlakna, a zatim se rastvara u odgovarajućem rastvaraču umešavanjem ili gnječenjem na provišenim temperaturama. Dobijeni rastvor se po mogućstvu filtrira, a zatim pogodno uobličava kako bi se obrazovali filamenti vlažnim- ili postupkom predenja kroz vazdušni procep, koji se mogu istezati pod različitim uslovima, oprati, namotati, osušiti, a zatim namotati kao neki filament.

[0035] Mogu se koristiti različiti lignini, kao što su alkalni lignin, lignosulfonat, tiolignin, organosolv lignin ili vrste lignina alternativnog iz postupka digestije drveta, koji su poznati stručnjacima iz ove oblasti, koji se pojavljuju tokom proizvodnje celuloze, kao i njihove mešavine. Lignini se intenzivno peru vodom, a mogućeje i razblaženim kiselinama do nekog sadržaja pepela manjeg od 1%.

[0036] Kao polimeri od kojih se obrazuju vlakna, naročito se koriste celuloza ili takođe i derivati celuloze, kao što su celulozni karbamat i celulozni alofanat.

[0037] Kao rastvarač, koriste se na primer alifatični amidi, kao što su DMF ili DMAc, DMSO, tercijarni amin oksidi, poželjno vodeni N-metilmorfolin-N-oksid, određenije NMMO monohidrat ili jonska tečnost odabrana iz grupe koju čine jedinjenja imidazolijuma, jedinjenja piridinijuma, jedinjenja tetraalkilamonijuma i njihove mešavine.

[0038] Rastvor za ispredanje poželjno se proizvodi umešavanjem ili gnječenjem na temperaturi iznad 60°C, poželjno iznad 80°C. Koncentracija polimera se podešava na na primer iznad 8%, poželjno iznad 10%. Dobijeni viskozni rastvor može se filtrirati upotrebom uobičajenih filtracionih uređaja i može se dostaviti kao homogeni rastvor bez čestica za među-skladištenje pre postupka ispredanja.

[0039] Uobličavanje rastvora za ispredanje kako bi se obrazovala vlakna ili filamenti, izvodi se primenom postupka vlažnog ispredanja ili ispredanja kroz vazdušni procep. U slučaju postupka vlažnog ispredanja, rastvor za ispredanje se pritiska kroz otvore mlaznice za ispredanje, pri čemu se koriste mlaznice za ispredanje sa prečnicima otvora od 50 do 500 µm. Istiskana nit očvršćuje u koagulacionom kupatilu koje se sastoji od vode ili mešavine polimernog rastvarača i nerastvarača. Nerastvarač može biti poželjno voda ili neki alifatični alkohol sa dužinom lanca od do C 8. Kada se primenjuje u ispredanju kroz vazušni procep, rastvor viskozne tečnosti sa ligninom za ispredanje pritiska se kroz otvore mlaznice za ispredanje, a istiskane niti izvlače se vazdušnom prostoru. Poželjan prečnik otvora mlaznice je poželjno veći od 100 µm i ne bi trebalo da pređe 600 µm. Razmak vazdušnog prostora je najmanje 10 mm. Nit istegnuta u vazduhu zatim se koaguliše uporedivo kao i kod vlažnog ispredanja.

[0040] Nit se isteže u vodi i/ili mešavini vode i rastvarača na temperaturi većoj od 80°C, poželjno većoj od 90°C i na vrućem vazduhu i/ili vodenoj pari većoj od 90°C, poželjno većoj od 100°C čak duplo u odnosu na njegovu dužinu, ali najmanje 1,1 puta. Istezanje se može izvesti pre ili čak i nakon pranja.

[0041] Istegnuta i oprana nit se namotava, pre sušenja ili posle sušenja ili pre i posle sušenja, sa uljem za ispredanje sa antistatičnim efektom. Sušenje se izvodi na zagrejanim valjcima ili takođe protočnim sušenjem na temperaturi većoj od 80°C, poželjno većoj od 100°C.

[0042] Tako proizvedeno vlakno obuhvata najmanje 10% lignina, poželjno > 20% lignina i jedan ili više polimera od kojeg se obrazuju vlakna, kao što su celuloza i/ili derivati celuloze, kao što su celulozni karbamat i/ili celulozni alofanat. Vlakna proizvedena prema ovom pronalasku imaju otpornost na naprezanje od najmanje 10 cN/tex i modul veći od 500 cN/tex, i mogu se konvertovati, poznatim postupcima za stabilisanje i karbonizaciju, u ugljenična vlakna i takođe, naknadnim tretiranjem vodenom parom, u vlakna od aktivnog ugljenika sa visokom specifičnom površinom.

Primer 1

[0043] 60 g celuloze (DPCuox = 490) koja obuhvata čak do 12% hemiceluloze umešava se sa 29 g na vazduhu osušenog organocell lignina u 500 g 1-butil-3-metilimidazolijum hlorida i rastvara u horizontalnoj mešalici na temperaturi od 90°C unutar 3 h. Dobijeni crni, homogeni rastvor oslobođen je od ostataka vlakana i ima nula viskoznost smicanja, izmereno na 80°C, za 578 Pas.

[0044] Rastvor se pritiska kroz mlaznicu za ispredanje sa otvorom 40 (prečnik otvora 200 µm), pomoću istiskivača razvlači odnosom vučenja od 14 kroz vazdušni procep, a filamenti se talože u koagulacionom kupatilu sa sirćetnom kiselinom (pH = 2.5). Pranje filamenata izvedeno je destilovanom vodom, a sušenje je izvedeno na vazduhu. Filamenti imaju otpornost na naprezanje od 25 cN/tex, istezanje od 7.6% i takođe modul elastičnosti od 1,320 cN/tex. Sadržaj lignina iznosi 20.3%.

Primer 2

[0045] 75 g na vazduhu osušene hemijske celuloze (DPCuox = 560) umešava se sa 48 g na vazduhu osušenim kraft ligninom u 500 g 1-etil-3-metilimidazolijum acetata i rastvara u horizontalnoj mešalici na temperaturi od 90°C unutar 3 h. Dobijeni crni, homogeni rastvor oslobođen je ostataka vlakana i ima nula viskoznost smicanja, izmereno na 100°C, za 374 Pas. Rastvor se pritiska kroz mlaznicu za ispredanje sa otvorom 40 (prečnik otvora 200 µm) pomoću istiskivača, razvlači odnosom vučenja od 18 kroz vazdušni procep, a filamenti se talože u vodenom koagulacionom kupatilu. Pranje filamenata izvedeno je destilovanom vodom, a sušenje je izvedeno na vazduhu. Filamenti imaju otpornost na naprezanje od 28 cN/tex, istezanje od 9.6% i takođe modul elastičnosti od 1 ,560 cN/tex. Sadržaj lignina iznosi 36.4%.

Primer 3

[0046] 30 g celuloznog karbamata (DPCuox = 258, DS = 0.4) umešava se sa 10 g na vazduhu osušenog organosolv lignina i 70 g 1-butil-3-metilimidazolijum acetata i rastvara u horizontalnoj mešalici na temperaturi od 110°C, unutar 2 h. Dobijeni crni, homogeni rastvor oslobođen je ostataka vlakana i ima nula viskoznost smicanja, izmereno na 100°C, za 1 ,215 Pas. Rastvor se pritiska kroz mlaznicu za ispredanje sa otvorom 12 (prečnik otvora 150 µm) pomoću istiskivača, razvlači odnosom vučenja od 30 kroz vazdušni procep, a vlakno celuloznog karbamata sa ligninom taloži se u vodenom koagulacionom kupatilu sa 15% 1-butil-3-metilimidazolijum acetatom. Ispiranje filamenata izvedeno je destilovanom vodom, a sušenje je izvedeno na vazduhu. Filamenti imaju otpornost na naprezanje od 45 cN/tex, istezanje od 6.4% i takođe modul elastičnosti od 2,346 cN/tex. Sadržaj lignina iznosi 18.3%.

Primer 4

[0047] 447 g na vazduhu osušene hemijske celuloze (DPCuox = 560) umešava se sa 276 g na vazduhu osušenog kraft lignina i takođe sa 2.1 g propilgalata u 5.2 kg 52% N-metilmorfolin-N-oksid hidratu i rastvara u horizontalnoj mešalici na temperaturi od 90°C sa destilacionom vodenom separacijom unutar 3 h. Dobijeni crni, homogeni rastvor oslobođen je ostataka vlakana i ima nula viskoznost smicanja, izmereno na 90°C, za 642 Pas. Rastvor se pritiska kroz mlaznicu za ispredanje sa otvorom 40 (prečnik otvora 200 pm) pomoću istiskivača, razvlači odnosom vučenja od 20 kroz vazdušni procep, a filamenti se talože u vodenom koagulacionom kupatilu. Pranje filamenata izvedeno je destilovanom vodom, a sušenje je izvedeno na vazduhu. Filamenti imaju otpornost na naprezanje od 42 cN/tex, istezanje od 5.4% i takođe modul elastičnosti od 2, 164 cN/tex. Sadržaj lignina iznosi 52.4%.

Claims (14)

Patentni zahtevi

1. Postupak za proizvodnju prekursorskog vlakna sa ligninom za proizvodnju ugljeničnih vlakana i/ili vlakana od aktivnog ugljenika, u kojem se

a) rastvor, koji obuhvata najmanje jednu vrstu lignina i takođe najmanje jedan polimer za formiranje vlakana odabran iz grupe koju čine celuloza ili derivati celuloze u najmanje jednom rastvaraču odabranom iz grupe koju čine tercijarni amin oksidi i/ili jonske tečnosti,

b) transferuje u koagulaciono kupatilo istiskivanjem rastvora kroz mlaznicu za ispredanje postupkom ispredanja kroz vazdušni procep, pri čemu se taloži prekursorsko vlakno sa ligninom.

2. Postupak prema zahtevu 1 , n a z n a č e n t i m e, što se rastvor korišćen u fazi a) proizvodi umešavanjem ili gnječenjem najmanje jedne vrste lignina i takođe najmanje jednog polimera od kojeg se obrazuju vlakna u najmanje jednom rastvaraču, poželjno na temperaturama od 60°C ili više, naročito poželjno od 80°C ili više.

3. Postupak prema bilo kom od prethodnih zahteva, n a z n a č e n t i m e, što se rastvor filtrira pre uvođenja u koagulaciono kupatilo.

4. Postupak prema bilo kom od prethodnih zahteva, n a z n a č e n t i m e, što je prečnik otvora za ispredanje mlaznice za ispredanje od 50 do 600 µm, poželjno 100 do 500 µm.

5. Postupak prema prethodnom zahtevu, n a z n a č e n t i m e, što se oblikovanje izvodi postupkom ispredanja kroz vazdušni procep, pri čemu je taj vazdušni procep poželjno najmanje 10 mm, poželjno najmanje 20 mm i najviše 500 mm.

6. Postupak prema bilo kom od prethodnih zahteva, n a z n a č e n t i m e, što je vlakno sa ligninom prema b)

a) istegnuto, poželjno istegnuto do najmanje 1,1 puta, poželjnije do 1,1 do 12 puta, naročito poželjno do najmanje 1,5 puta, naročito poželjno do najmanje 2 puta svoje dužine, naročito na temperaturi od najmanje 60°C, poželjno najmanje 80°C, još poželjnije najmanje 90°C, naročito poželjno od najmanje 100°C, pri čemu se istezanje izvodi poželjno u kupatilu za taloženje, u vazduhu ili vodenoj pari,

b) isprano, poželjno isprano demineralizovanom vodom,

c) naknadno tretirano tekstilnim pomagalima radi poboljšanja naprezanja niti i radi izbegavanja elektrostatičkih naelektrisanja,

d) osušeno, naročito motanjem ili namotavanjem vlakna na ili oko zagrejanih valjaka i/ili protočnim sušenjem na temperaturi od najmanje 80°C, poželjno najmanje 100°C i/ili e) namotano.

7. Postupak prema prethodnom zahtevu, n a z n a č e n t i m e, što se vlakno tretira uljem za ispredanje pre sušenja, nakon sušenja ili pre i nakon sušenja.

8. Postupak prema bilo kom od prethodnih zahteva, n a z n a č e n t i m e, što, respektivno u odnosu na ukupan rastvor, koncentracija

a) najmanje jedne vrste lignina iznosi od 1 do 99mas.%, poželjno od 2 do 30mas.%, naročito poželjno od 3 do 20mas.%, i/ili

b) najmanje jednog polimera od kojeg se obrazuju vlakna iznosi od 1 do 99mas.%, poželjno od 5 do 40mas.%, naročito poželjno od 7 do 30mas.%.

9. Postupak prema bilo kom od prethodnih zahteva, n a z n a č e n t i m e, što koagulaciono kupatilo obuhvata vodu ili mešavinu vode i neke organske tečnosti, kao što su aprotični polarni rastvarači, naročito DMSO; kao što su alifatični amidi koji su tečni na sobnoj temperaturi, naročito dimetilformamid (DMF) ili dimetilacetamid (DMAc); tercijarni amin oksidi, naročito N-metilmorfolin-N-oksid; jonske tečnosti, poželjno jonske tečnosti odabrane iz grupe koju čine jedinjenja imidazolijuma, jedinjenja piridinijuma ili jedinjenja tetraalkilamonijuma, naročito poželjno 1-butil-3-metilimidazolijum hlorid, 1-butil-3-metilimidazolijum acetat, 1 -etil-3-metilimidazolijum acetat.

10. Postupak prema prethodnom zahtevu, n a z n a č e n t i m e, što je pH vrednost koagulacionog kupatila između 1 i 7, poželjno između 2 i 5.

11. Postupak prema bilo kom od prethodnih zahteva, n a z n a č e n t i m e, što tercijarni amin oksid predstavlja vodeni N-metilmorfolin-N-oksid (NMMO), određenije NMMNO monohidrat i jonske tečnosti odabrane iz grupe koju čine jedinjenja imidazolijuma, jedinjenja piridinijuma ili jedinjenja tetraalkilamonijuma, naročito poželjno 1-butil-3-metilimidazolijum hlorid, 1 -butil-3-metilimidazolijum acetat, 1-etil-3- metilimidazolijum acetat; i/ili njihove mešavine.

12. Postupak prema bilo kom od prethodnih zahteva, n a z n a č e n t i m e, što su celuloza i/ili derivati celuloze odabrani iz grupe koju čine celulozni karbamat, celulozni alofanat, i hemiceluloza; i/ili njihove mešavine i smeše.

13. Postupak prema bilo kom od prethodnih zahteva, n a z n a č e n t i m e, što se najmanje jedna vrsta lignina dobija postupcima pulpiranja drveta i jednogodišnje biljke i bira se naročito iz grupe koju čine alkalni lignin, kraft lignin, lignosulfonat, tiolignin, organosolv lignin, ASAM lignin, lignini iz postupka digestije jonskim tečnostima ili enzimima i/ili njihovim kombinacijama ili mešavinama.

14. Prekursorsko vlakno za proizvodnju ugljeničnih vlakana, n a z n a č e n o t i m e, što je

a) sadržaj najmanje jedne vrste lignina od 1mas.% do 99mas.%,

b) sadržaj najmanje jedne vrste polimera od kojeg se obrazuju vlakna, odabran iz grupe koju čine celuloza i/ili derivati celuloze, od 1 do 99mas.%, i

c) otpornost na naprezanje najmanje 20 cN/tex, i/ili

d) modul elastičnosti najmanje 1.000 cN/tex, poželjno najmanje 1.300 cN/tex.

Izdaje i štampa: Zavod za intelektualnu svojinu, Beograd, Kneginje Ljubice 5