WO2009062723A1 - Verfahren zur herstellung von regenerierten biopolymeren und die danach erhältlichen regenerierten erzeugnisse - Google Patents

Verfahren zur herstellung von regenerierten biopolymeren und die danach erhältlichen regenerierten erzeugnisse Download PDF

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WO2009062723A1
WO2009062723A1 PCT/EP2008/009623 EP2008009623W WO2009062723A1 WO 2009062723 A1 WO2009062723 A1 WO 2009062723A1 EP 2008009623 W EP2008009623 W EP 2008009623W WO 2009062723 A1 WO2009062723 A1 WO 2009062723A1
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ethyl
methyl
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fibers
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PCT/EP2008/009623
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Eric Uerdingen
Michael Siemer
Michael Lutz
Thomas Wisniewski
Frank Hermanutz
Frank Gaehr
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Basf Se
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Definitions

  • the invention relates to a process for the preparation of regenerated biopolymers in the form of carbohydrates, in particular of starch, cellulose and / or derivatives of starch and cellulose, using a solution system containing the biopolymers, wherein the solution system on a molten ionic liquid and optionally a protic solvent or a mixture thereof, the biopolymers dissolved in the solution system are precipitated in a coagulation medium, wherein the coagulation medium is a protic coagulant or a mixture of protic coagulants.
  • the invention relates to the regenerated biopolymers available thereafter in the form of carbohydrates, in particular in the form of staple fibers with a wet fibrillation note of less than or equal to 2, which are in particular non-fibrillating.
  • cellulose is the most important member of the group of organic biopolymers. Wood pulp and cotton pulp, which contains a very high proportion of cellulose, is currently the most important raw material base for the production of paper, paperboard, cellulose regenerated fibers and foils.
  • NMMO N-methylmorpholine N-oxide monohydrate
  • Ionic liquids can replace conventional organic solvents. At low temperatures ( ⁇ 100 ° C), they are melting organic salts, representing a novel class of non-molecular, ionic solvents. Ionic liquids without substantial impurities have no measurable vapor pressure. Depending on the choice of cation and anion their polarity and thus their property as a solvent can be adjusted.
  • US-A-1 943 176 teaches the use of organic salts of the substance classes of N-alkyl or N-aryl substituted pyridinium chlorides in admixture with nitrogenous bases (e.g., pyridine) to dissolve underivatized cellulose.
  • nitrogenous bases e.g., pyridine
  • US-A-2 339 012 describes the solution of cellulose with similarly substituted pyridinium hydroxides in admixture with water or alcohols. Again, a technical realization seems to have failed due to a number of unfavorable technical requirements for direct solution of cellulose (e.g., high pressures).
  • ionic liquids are particularly suitable as flexible solvents for the direct solution of cellulose in the absence of water and other nitrogen-containing organic bases.
  • the disadvantage is that on the Use of water in the solution must be dispensed with. The addition of more than 5% by weight of water is expressly excluded. Since the ionic liquids have to be recovered almost completely for economic as well as environmental considerations, and the product consolidation takes place predominantly in the aqueous environment, this represents a considerable limitation which hitherto prevented a technical implementation. Especially the distillative separation of water contents less than 5 wt .-% designed as technically difficult, extremely energy-intensive and thus economically inefficient.
  • the staple fibers known from PCT / EP2006 / 012748 do not have an adverse sulfur content, unlike the staple fibers obtained by the viscose process, and preclude undesirable levels of copper.
  • the water retention capacity and the maximum tensile force are very satisfactory. It has been shown that it would be of great benefit to further develop this known process in such a way that the resulting staple fibers have a satisfactorily high maximum tensile strength (both wet and dry).
  • the use of ethanol or isopropanol as a coagulation bath for the production of fibers is highlighted. This coagulant does not take into account the invention described below.
  • this object is achieved in that the surface tension ⁇ of the protic coagulant or the mixture of protic coagulants 99% to 30% of the surface tension ⁇ of water, wherein the respective surface tension measured according to ASTM D 1590-60 at a temperature of 50 0 C. has been.
  • the designated surface tension of the protic coagulant or coagulant mixture is 99% to 35%, more preferably 99% to 40%.
  • the range of 95% to 40% can be given.
  • the core of the invention is the selection of a protic coagulant which satisfies the above-described boundary conditions for the surface tension ⁇ . When they are adhered to, the above-stated problem is solved to the desirable extent. If the maximum value of 99% is exceeded, this will result in the desired wet strength values not setting, not even with the extension, which may be followed by coagulation. If the value falls below the lowest value of 40%, this usually leads to filament fractures and the fibers are not obtained in the desired property profile.
  • protic solvents in the solution system.
  • the amount will be set by those skilled in such a way that the above-formulated object is still achieved to the extent desired.
  • protic solvent is understood by the person skilled in the art.
  • Protic solvents according to C. Reichardt, “Solvents and Solvent Effects in Organic Chemistry", 3 rd edition, pp. 82-84, 2003, Wiley-VCH, Weinheim, contain hydrogen atoms are bound to electronegative elements. Typical examples of this are in addition to water, alcohols, amines (amines are to be understood as aliphatic and cycloaliphatic amines), acid amides and carboxylic acids.
  • These may in particular be lower alcohols, in particular methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, 2-methyl-1-propanol and / or 2-methyl-2-propanol, preferably methanol, ethanol, propanol and / or butanol.
  • the particularly advantageous protic solvents include glycols, amines, acid amides and carboxylic acids, preferably glycols, such as monoethylene glycol, diethylene glycol, mono-1,2-propylene glycol, di-1,2-propylene glycol, 1,2-butylene glycol, 2 , 3-Butylene glycol and / or glycerol, and amines such as methylamine, ethylamine, n-propylamine, i-propylamine, n-butylamine, dimethylamine, diethylamine, di-n-propylamine, di-n-butylamine, pyrrolidine, piperidine, piperazine , N-methyl-piperazine, N-ethyl-piperazine, morpholine, ethylenediamine, 1,2-propylenediamine, 1,3-propylenediamine, di (2-cyanoethyl) amine, di (2-aminoethyl) amine, tri (
  • ionic liquids for the realization of the present invention, the skilled person is not subject to any significant restrictions. Therefore, for the purposes of the invention, particularly suitable ionic liquids should be represented as follows:
  • n 1, 2, 3 or 4
  • [A] + is a quaternary ammonium cation
  • Such compounds may contain oxygen, phosphorus, sulfur or in particular nitrogen atoms, for example at least one nitrogen atom, preferably 1 to 10 nitrogen atoms, more preferably 1 to 5, most preferably 1 to 3 and in particular 1 to 2 nitrogen atoms.
  • nitrogen atom is a suitable carrier of the positive charge in the cation of the ionic liquid, from which, in equilibrium, a proton or an alkyl radical can then be transferred to the anion in order to generate an electrically neutral molecule.
  • a cation can first be generated by quaternization on the nitrogen atom of, for example, an amine or nitrogen heterocycle.
  • the quaternization can be carried out by alkylation of the nitrogen atom.
  • salts with different anions are obtained.
  • this can be done in a further synthesis step.
  • the halide can be reacted with a Lewis acid to form a complex anion from halide and Lewis acid.
  • a halide ion with the desired anion is possible.
  • This can be achieved by adding a metal salt with coagulation of the metal halide formed, via an ion exchanger. exchanger or by displacement of the halide ion by a strong acid (with liberation of the hydrohalic acid) happen.
  • Suitable methods are, for example, in Angew. Chem. 2000, 112, p. 3926-3945 and the literature cited therein.
  • Suitable alkyl radicals with which the nitrogen atom in the amines or nitrogen heterocycles can be, for example, quaternized are C 1 -C 8 -alkyl, preferably C 1 -C 10 -alkyl, more preferably C 1 -C 6 -alkyl and very particularly preferably methyl.
  • the alkyl group may be unsubstituted or have one or more identical or different substituents.
  • aromatic heterocycles are particularly preferred.
  • Particularly preferred compounds are those which have a molecular weight below 1000 g / mol, very particularly preferably below 500 g / mol and in particular below 300 g / mol.
  • the radical R is hydrogen, a carbon-containing organic, saturated or unsaturated, acyclic or cyclic, aliphatic, aromatic or araliphatic, unsubstituted or by 1 to 5 heteroatoms or radio- functional groups are interrupted or substituted radicals having 1 to 20 carbon atoms;
  • radicals R 1 to R 9 are independently hydrogen, a sulfo group or a carbon-containing organic, saturated or unsaturated, acyclic or cyclic, aliphatic, aromatic or araliphatic, unsubstituted or interrupted by 1 to 5 heteroatoms or functional groups or substituted radical having 1 to 20 carbon atoms, wherein the radicals R 1 to R 9 , which in the abovementioned formulas (III) are bonded to a carbon atom (and not to a heteroatom), may additionally also stand for halogen or a functional group ; or two adjacent radicals from the series R 1 to R 9 together also represent a bivalent, carbon-containing organic, saturated or unsaturated, acyclic or cyclic, aliphatic, aromatic or araliphatic, unsubstituted or by 1 to 5 heteroatoms or functional groups interrupted or substituted radical having 1 to 30 carbon atoms.
  • the radicals R 1 to R 9 are, in the cases in which they are in the above formulas (III) to a carbon atom (and not to a heteroatom) attached, also be bound directly via the heteroatom.
  • Functional groups and heteroatoms can also be direct be adjacent, so that combinations of several adjacent atoms, such as -O- (ether), -S- (thioether), -COO- (ester), -CONH- (secondary amide) or - CONR 1 - (tertiary amide ) are included, for example, di- (Ci-C 4 alkyl) amino, Ci-C 4 - alkyloxycarbonyl or Q-CrAlkyloxy.
  • adjacent atoms such as -O- (ether), -S- (thioether), -COO- (ester), -CONH- (secondary amide) or - CONR 1 - (tertiary amide ) are included, for example, di- (Ci-C 4 alkyl) amino, Ci-C 4 - alkyloxycarbonyl or Q-CrAlkyloxy.
  • Halogens are fluorine, chlorine, bromine and iodine.
  • the radical R preferably stands for
  • Unbranched or branched, unsubstituted or C 1 -C 8 -alkyl which is monosubstituted to hydroxyl, halogen, phenyl, cyano, C 1 -C 6 -alkoxycarbonyl and / or SO 3 H and has a total of 1 to 20 carbon atoms, such as, for example, methyl, ethyl, 1-propyl, 2-propyl, 1-butyl, 2-butyl, 2-methyl-1-propyl, 2-methyl-2-propyl, 1-pentyl, 2-pentyl, 3-pentyl, 2-methyl-1-one butyl, 3-methyl-1-butyl, 2-methyl-2-butyl, 3-methyl-2-butyl, 2,2-dimethyl-1-propyl, 1-hexyl, 2-hexyl, 3-hexyl, 2-methyl ethyl-1-pentyl, 3-methyl-1-pentyl, 4-methyl-1-pentyl, 2-methyl-2-
  • 2-pentyl 4-methyl-2-pentyl, 2-methyl-3-pentyl, 3-methyl-3-pentyl, 2,2-dimethyl-1-butyl, 2,3-dimethyl-1-butyl, 3, 3-Dimethyl-1-butyl, 2-ethyl-1-butyl, 2,3-dimethyl-2-butyl, 3,3-dimethyl-2-butyl, 1-heptyl, 1-octyl, 1-nonyl, 1 Decyl, 1-undecyl, 1-dodecyl, 1-tetradecyl, 1-hexadecyl, 1-octadecyl, 2-hydroxyethyl, benzyl, 3-phenylpropyl, 2-cyanoethyl, 2- (methoxycarbonyl) -ethyl, 2- (ethoxycarbonyl) -ethyl, 2- (n-
  • R A O- (CHR B -CH 2 -O) m -CHR B -CH 2 - or R A O- (CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 O) m -CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 O- with R A and R B are preferably hydrogen, methyl or ethyl and m is preferably 0 to 3, in particular 3-oxabutyl, 3-oxapentyl, 3,6-dioxaheptyl, 3,6-dioxaoctyl, 3,6,9-tri-oxadecyl, 3 , 6,9-trioxaundecyl, 3,6,9,12-tetraoxatridecyl and 3,6,9,12-tetraoxatetradecyl;
  • N, N-di-C 1 -C 6 -alkylamino such as, for example, N, N-dimethylamino and N, N-diethylamino.
  • 1 is alkyl, such as methyl, ethyl, allyl, 1-propyl, 1-butyl, 1-pentyl, 1-hexyl, 1-heptyl, 1-octyl, - More preferably, the radical R is unbranched and unsubstituted Ci-C 18 -Decyl, 1-dodecyl, 1-tetradecyl, 1-hexadecyl, 1-octadecyl, in particular for methyl, ethyl, 1-butyl and 1-octyl and also for CH 3 O- (CH 2 CH 2 O) ⁇ 1 - CH 2 CH 2 - and CH 3 CH 2 O- (CH 2 CH 2 OVCH 2 CH 2 - with m equal to 0 to 3.
  • radicals R 1 to R 9 are preferably each independently
  • aryl, alkyl, aryloxy, alkyloxy, halogen, heteroatoms and / or heterocycles substituted and / or interrupted by one or more oxygen and / or sulfur atoms and / or one or more substituted or unsubstituted imino groups Ci 8 alkyl;
  • aryl, alkyl, aryloxy, alkyloxy, halogen, heteroatoms and / or heterocycles substituted and / or interrupted by one or more oxygen and / or sulfur atoms and / or one or more substituted or unsubstituted imino C 2 -Ci 8 -Al keny I;
  • aryl, alkyl, aryloxy, alkoxy, halogen, heteroatoms and / or heterocycles substituted C 6 -C 2 -aryl;
  • aryl, alkyl, aryloxy, alkyloxy, halogen, heteroatoms and / or heterocycles d-Ci 8 alkyl is preferably methyl, ethyl, 1-propyl, 2-propyl, 1-butyl, 2 Butyl, 2-methyl-1-propyl (isobutyl), 2-methyl-2-propyl (tert-butyl), 1-pentyl, 2-pentyl, 3-pentyl, 2-methyl-1-butyl, 3-methyl-1-butyl, 2-methyl-2-butyl, 3-methyl-2-butyl, 2,2-dimethyl-1-propyl, 1-hexyl, 2-hexyl, 3-hexyl, 2-methyl 1-pentyl, 3-methyl-1-pentyl, 4-methyl-1-pentyl, 2-methyl-2-pentyl, 3-methyl-2-pentyl, 4-methyl-2-pentyl, 2-methyl-3 pentyl, 3-
  • aryl, alkyl, aryloxy, alkyloxy, halogen, heteroatoms and / or heterocycles substituted C 6 - C 2 -aryl is, it is preferably phenyl, tolyl, xylyl, ⁇ -naphthyl, ß-naphthyl, 4- Diphenylyl, chlorophenyl, dichlorophenyl, trichlorophenyl, difluorophenyl, methylphenyl, dimethylphenyl, t-methylphenyl, ethylphenyl, diethyl phenyl, isopropylphenyl, tert-butylphenyl, dodecylphenyl, methoxyphenyl, dimethoxyphenyl, ethoxyphenyl, hexyloxyphenyl, methylnaphthyl, Isopropylnaphth
  • cyclopentyl cyclohexyl, cyclooctyl, cyclododecyl, methylcyclopentyl, Dimethylcyclopentyl, methylcyclohexyl, dimethylcyclohexyl, diethylcyclohexyl, butylcyclohexyl, methoxycyclohexyl, dimethoxycyclohexyl, diethoxycyclohexyl, butylthiocyclohexyl, chlorocyclohexyl, dichlorocyclohexyl, dichlorocyclopentyl, C m F 2 (nva) - ( i -b ) H 2 a -b with m ⁇ 30 ,
  • An optionally substituted by functional groups, aryl, alkyl, aryloxy, alkyloxy, halogen, heteroatoms and / or heterocycles substituted five- to six-membered, oxygen, nitrogen and / or sulfur atoms containing heterocycle is preferably furyl, thiophenyl, pyrryl, Pyridyl, indolyl, benzoxazolyl, dioxolyl, dioxo, benzimidazolyl, benzthiazolyl, dimethylpyridyl, methylquinolyl, dimethylpyrryl, methoxyfurlyl, dimethoxypyridyl or difluoropyridyl.
  • Halogen, heteroatoms and / or heterocycles substituted and optionally interrupted by one or more oxygen and / or sulfur atoms and / or one or more substituted or unsubstituted imino groups ring it is preferably 1,3-propylene, 1,4-butylene , 1,5-pentylene, 2-oxa-l, 3-propylene, 1-oxa-1,3-propylene, 2-oxa-l, 3-propylene, l-oxa-l, 3-propenylene, 3-oxa -l, 5-pentylene, 1-aza-
  • the abovementioned radicals contain oxygen and / or sulfur atoms and / or substituted or unsubstituted imino groups
  • the number of oxygen and / or sulfur atoms and / or imino groups is not restricted. As a rule, it is not more than 5 in the radical, preferably not more than 4, and very particularly preferably not more than 3.
  • the abovementioned radicals contain heteroatoms, then between two heteroatoms there are generally at least one carbon atom, preferably at least two carbon atoms.
  • radicals R 1 to R 9 are each independently
  • N x N -di-C 1 to C 6 alkylamino such as N, N-dimethylamino and N, N-diethylamino.
  • the radicals R 1 to R 9 independently of one another are hydrogen or C 1 -C 8 -alkyl, such as, for example, methyl, ethyl, 1-butyl, 1-pentyl, 1-hexyl, 1-heptyl, 1-octyl Phenyl, for 2-hydroxyethyl, for 2-cyanoethyl, for 2- (methoxycarbonyl) -ethyl, for 2- (ethoxycarbonyl) -ethyl, for 2- (n-butoxycarbonyl) -ethyl, for N, N-dimethyl-amino, for N, N-diethylamino, for chlorine and for CH 3 O- (CH 2 CH 2 O) n , - CH 2 CH 2 - and CH 3 CH 2 ⁇ - (CH 2
  • radicals R 1 to R 5 are methyl, ethyl or chlorine and the remaining radicals R 1 to R 5 are hydrogen;
  • R 3 is dimethylamino and the remaining radicals R 1 , R 2 , R 4 and R 5 are hydrogen;
  • R 2 is carboxy or carboxamide and the remaining radicals R 1 , R 2 , R 4 and R 5 are hydrogen; or
  • R 1 and R 2 or R 2 and R 3 is 1,4-buta-1,3-dienylene and the remaining R 1 , R 2 , R 4 and R 5 are hydrogen;
  • radicals R 1 to R 5 are methyl or ethyl and the remaining radicals R 1 to R 5 are hydrogen.
  • pyridinium ions (IIIa) there may be mentioned 1-methylpyridinium, 1-ethylpyridinium, 1- (1-butyl) pyridinium, 1- (1-hexyl) pyridinium, 1- (1-octyl) pyridinium, 1 - (1-Hexyl) -pyridinium / 1- (1-octyl) -pyridinium, 1- (1-dodecyl) -pyridinium, 1- (1-tetradecyl) -pyridinium, 1- (1-hexadecyl) -pyridinium, 1 , 2-Dimethylpyridinium, 1-ethyl-2-methylpyridinium, 1- (1-butyl) -2-methylpyridinium, 1- (1-hexyl) -2-methylpyridinium, 1- (1-octyl) -2-methylpyridinium , 1- (1-Dodecyl) -2-methylpyr
  • R 1 to R 4 are hydrogen
  • radicals R 1 to R 4 are methyl or ethyl and the remaining radicals R 1 to R 4 are hydrogen.
  • R 1 is hydrogen, methyl or ethyl and R 2 to R 4 are independently hydrogen or methyl; or
  • R 1 is hydrogen, methyl or ethyl
  • R 2 and R 4 are methyl and R 3 is hydrogen.
  • R 1 is hydrogen, methyl or ethyl and R 2 to R 4 are independently hydrogen or methyl;
  • R 1 is hydrogen, methyl or ethyl, R 2 and R 4 are methyl and R 3 is hydrogen;
  • R 1 to R 4 are methyl
  • R 1 to R 4 are methyl hydrogen.
  • Imidazoliumionen are those in which
  • R 1 is hydrogen, methyl, ethyl, 1-propyl, 1-butyl, 1-pentyl, 1-hexyl, 1-octyl, allyl, 2-hydroxyethyl or 2-cyanoethyl and R 2 to R 4 are independently hydrogen, methyl or Are ethyl.
  • Idazolium ions which may be mentioned are 1-methylimidazolium, 1-ethylimidazolium, 1- (1-butyl) -imidazolium, 1- (1-octyl) -imidazolium, 1- (1-dodecyl) -imidazolium, 1- (1-tetradecyl) -imidazolium, 1- (1-hexadecyl) -imidazolium, 1,3-dimethyl-imidazolium, 1-ethyl-3-methylimidazolium, 1- (1-butyl) -3-methylimidazolium, 1- (1-Butyl) -3-ethylimidazolium, 1- (1-hexyl) -3-methylimidazolium, 1- (1-hexyl) -3-ethyl- imidazolium, 1- (1-hexyl) -3-butylimidazolium, 1- (1-oct
  • R 1 is hydrogen, methyl or ethyl and R 2 to R 4 are independently hydrogen or methyl.
  • Very particularly preferred pyrazolium ions (HIh) are those in which
  • R 1 to R 4 are independently hydrogen or methyl.
  • R 1 is hydrogen, methyl, ethyl or phenyl and R 2 to R 6 are independently of each other hydrogen or methyl.
  • IUI imidazolinium ions
  • R 1 and R 2 are independently hydrogen, methyl, ethyl, 1-butyl or phenyl, R 3 and R 4 are independently hydrogen, methyl or ethyl, and R 5 and R 6 are independently hydrogen or methyl.
  • R 1 and R 2 are independently hydrogen, methyl or ethyl and R 3 to R 6 are independently hydrogen or methyl.
  • R 1 to R 3 are independently hydrogen, methyl or ethyl and R 4 to R 6 are independently hydrogen or methyl.
  • R 1 is hydrogen, methyl, ethyl or phenyl and R 2 and R 3 are independently hydrogen or methyl.
  • R 1 and R 2 are independently hydrogen, methyl, ethyl or phenyl and R 3 is hydrogen, methyl or phenyl.
  • R 1 is hydrogen, methyl or ethyl
  • R 2 and R 3 are independently hydrogen or methyl, or R 2 and R 3 together are 1,4-buta-1,3-dienylene.
  • Very particularly preferred pyrrolidinium ions (IIIs) are those in which
  • R 1 is hydrogen, methyl, ethyl or phenyl and R 2 to R 9 are independently hydrogen or methyl.
  • Imidazolidiniumionen are those in which
  • R 1 and R 4 are independently hydrogen, methyl, ethyl or phenyl and R 2 and R 3 and R 5 to R 8 are independently hydrogen or methyl.
  • R 1 to R 3 are independently of each other Ci-Q ⁇ -alkyl
  • R 1 and R 2 together are 1,5-pentylene or 3-oxa-1, 5-pentylene and R 3 is Ci-Ci 8 -alkyl, 2-hydroxyethyl or 2-cyanoethyl.
  • ammonium ions may be mentioned methyl tri (l-butyl) -ammonium, N, N-dimethylpiperidinium and N, N-dimethylmorpholinium.
  • Examples of the tertiary amines from which the quaternary ammonium ions of the general formula (IIIu) are derived by quaternization with the abovementioned radicals R are diethyl-n-butylamine, diethyl-tert-butylamine, diethyl-n-pentylamine, diethylhexylamine, Diethyloctylamine, diethyl- (2-ethylhexyl) -amine, di-n-propylbutylamine, di-n-propyl-n-pentyl-amine, di-n-propylhexylamine, di-n-propyloctylamine, di-n-propyl- (2 ethylhexyl) amine, di-isopropylethylamine, di-isopropyl-n-propylamine, di-isopropyl-butylamine, diisopropylpentylamine
  • Preferred tertiary amines are di-iso-propylethylamine, diethyl-tert-butylamine, di-iso-per-butylbutylamine, di-n-butyl-n-pentylamine, N, N-di-n-butylcyclohexylamine and tertiary amines of pentyl isomers.
  • tertiary amines are di-n-butyl-n-pentylamine and tertiary amines of pentyl isomers.
  • Another preferred tertiary amine having three identical residues is triallylamine.
  • guanidinium ion (IIIv) is N, N, N ', N', N ", N" -hexamethylguanidinium.
  • R 1 and R 2 are independently methyl, ethyl, 1-butyl or 1-octyl and R 3 is hydrogen, methyl, ethyl, acetyl, -SO 2 OH or -PO (OH) 2 ;
  • R 1 is methyl, ethyl, 1-butyl or 1-octyl
  • R 2 is a -CH 2 -CH 2 -OR 4 group and R 3 and R 4 are independently hydrogen, methyl, ethyl, acetyl, -SO 2 OH or - PO (OH) 2 ; or
  • R 1 is a -CH 2 -CH 2 -OR 4 group
  • R 2 is a -CH 2 -CH 2 -OR 5 group
  • R 3 to R 5 are independently hydrogen, methyl, ethyl, acetyl, -SO 2 OH or -
  • Particularly preferred cholinium ions are those in which R 3 is selected from hydrogen, methyl, ethyl, acetyl, 5-methoxy-3-oxa-pentyl, 8-methoxy-3,6-dioxo-octyl, II-methoxy 3,6,9-trioxa undecyl, 7-methoxy-4-oxa-heptyl, II-methoxy-4,8-dioxa-undecyl, 15-methoxy-4,8,12-trioxa-pentadecyl, 9- Methoxy-5-oxa-nonyl, 14-methoxy-5,10-oxa-tetradecyl, 5-ethoxy-3-oxa-pentyl, 8-ethoxy-3,6-dioxa-octyl, 11-ethoxy-3, 6,9-trioxa-undecyl, 7-ethoxy-4-ox
  • Very particularly preferably used as phosphonium ions (IHx) are those in which • R 1 to R 3, independently of one another, are C 1 -C 8 -alkyl, in particular butyl, isobutyl,
  • the pyridinium ions, pyrazolinium, pyrazolium ions and imidazolinium and imidazolium ions are preferable. Furthermore, ammonium and cholinium ions are preferred.
  • the anion [Y] " " of the ionic liquid is selected, for example
  • R a, R b, R c and R d are each independently hydrogen, Ci-C 30 - alkyl, optionally substituted by one or more nonadjacent oxygen and / or sulfur atoms and / or one or more substituted or unsubstituted imino n groups interrupted C 2 -C 8 -alkyl, C 6 -C 4 -aryl, C 5 -C 2 -cycloalkyl or a five- to six-membered, oxygen, nitrogen and / or sulfur atoms containing heterocycle, wherein two of them together unsaturated, saturated or aromatic ring optionally interrupted by one or more oxygen and / or sulfur atoms and / or one or more unsubstituted or substituted imino groups, where the radicals mentioned are each additionally denoted by functional groups, aryl, alkyl, aryloxy, Alkyloxy, halogen, heteroatoms and / or heterocycles can be substituted.
  • Ci-Ci 8 alkyl for example, methyl, ethyl, propyl, isopropyl, n-butyl, sec-butyl, tert-butyl , Pentyl, hexyl, heptyl, octyl, 2-ethylhexyl, 2,4,4-trimethylpentyl, decyl, dodecyl, tetradecyl, heptadecyl, octadecyl, 1,1-dimethylpropyl, 1,1-dimethylbutyl, 1,1,3 , 3-tetramethylbutyl, benzyl, 1-phenylethyl, ⁇ , ⁇ -dimethylbenzyl, benzhydryl, p-tolylmethyl, 1- (
  • C 2 -C 18 -alkyl which is interrupted by one or more non-adjacent oxygen and / or sulfur atoms and / or one or more substituted or unsubstituted imino groups are, for example, 5-hydroxy-3-oxapentyl, 8-hydroxy-3, 6-dioxaoctyl, 11-hydroxy-3,6,9-trioxaundecyl, 7-hydroxy-4-oxaheptyl, 11-hydroxy-4,8-dioxaundecyl, 15-hydroxy-4,8,12-trioxapentadecyl, 9-hydroxy 5-oxa-nonyl, 14-hydroxy-5,10-oxatetradecyl, 5-methoxy-3-oxapentyl, 8-methoxy-3,6-dioxo-octyl, ll-methoxy-3,6,9-trioxaundecyl, 7 Methoxy-4-oxaheptyl
  • radicals can be taken together, for example, as fused building blocks, 1,3-propylene, 1,4-butylene, 2-oxa-1, 3-propylene, 1-oxa-1,3-propylene, 2 -Oxa-l, 3-propenylene, l-aza-l, 3-propenylene, l-CrQ-alkyl-1-aza-1-propenylene, 1,4-buta-1,3-dienylene, Aza-l, 4-buta-l, 3-dienylene or 2-aza-l, 4-buta-l, 3-dienylene mean.
  • the number of non-adjacent oxygen and / or sulfur atoms and / or imino groups is basically not limited, or is limited automatically the size of the remainder or ring building block. As a rule, it is not more than 5 in the respective radical, preferably not more than 4 or very particularly preferably not more than 3. Furthermore, at least one, preferably at least two, carbon atoms (e) are generally present between two heteroatoms.
  • Substituted and unsubstituted imino groups may be, for example, imino, methylimino, iso-propylimino, n-butylimino or tert-butylimino.
  • the term "functional groups” is to be understood as meaning, for example, the following: carboxy, carboxamide, hydroxy, di- (C 1 -C 4 -alkyl) -amino, C 1 -C 4 -alkyloxycarbonyl, cyano or C 1 -C 4 -alkoxy Ci to C 4 -AllCyI methyl, ethyl, propyl, isopropyl, n-butyl, sec-butyl or tert-butyl.
  • C 6 -C 4 -aryl which is substituted by functional groups, aryl, alkyl, aryloxy, alkyloxy, halogen, heteroatoms and / or heterocycles are, for example, phenyl, toIyI, xylene, ⁇ -naphthyl, ⁇ -naphthyl, 4-diphenylyl, Chlorophenyl, dichlorophenyl, trichlorophenyl, difluorophenyl, methylphenyl, dimethylphenyl, trimethylphenyl, ethylphenyl, diethylphenyl, iso-propylphenyl, tert-butylphenyl, dodecylphenyl, methoxyphenyl, dimethoxyphenyl, ethoxyphenyl, hexyloxyphenyl, methylnaphthyl, isopropylnaphthyl, chloron
  • C 5 -C 2 -cycloalkyl are for example cyclopentyl, cyclohexyl, cyclooctyl, cyclododecyl, methylcyclopentyl, dimethylcyclopentyl, methyl- cyclohexyl, dimethylcyclohexyl, diethylcyclohexyl, butylcyclohexyl, Methoxycyclohexyl, dimethoxycyclohexyl, diethoxycyclohexyl, butylthiocyclohexyl, chlorocyclohexyl, dichlorocyclohexyl, dichlorocyclopentyl and a saturated or unsaturated bicyclic system such as norbornyl or norbornenyl.
  • a five- to six-membered, oxygen, nitrogen and / or sulfur-containing heterocycle is, for example, furyl, thiophenyl, pyryl, pyridyl, indolyl, benzene xazolyl, dioxolyl, dioxo, benzimidazolyl, benzthiazolyl, dimethylpyridyl, methylquinolyl, dimethylpyryl, methoxifuryl, dimethoxypyridyl, difluoropyridyl, methylthiophenyl, isoproparylthiophenyl or tert-butylthiophenyl.
  • ionic liquids with an imidazolium cation in the salt in question are of particular advantage. It is very particularly preferred here if the 1- and 3-positions or the 1-, 2- and 3-positions of the imidazolium ring are substituted by a (C 1 -C 6 ) -alkyl group. It has proven to be of particular advantage if the imidazolium cation is an 1-ethyl-3-methylimidazolium, 1,3-dimethylimidazolium or 1-butyl-3-methylimidazolium cation.
  • the above cations of the ionic liquids are also not significantly limited in the choice of the corresponding anion. It is particularly preferred if the anion to the respective cation, a halide, perchlorate, pseudohalide, sulfate, especially hydrogen sulfate, sulfile, sulfonate, phosphate, alkyl phosphate, especially the mono- and / or dialkyl phosphate Anion (preferred alkyl group methyl, ethyl or propyl group) and / or a carboxylate anion, in particular a Ci-C 6 -carboxylate anion (preferably acetate or propionate anion).
  • the halide ion as chloride, bromide and / or iodide ion
  • the pseudohalide ion as cyanide, thiocyanate, cyanide and / or cya nat ion and Ci-C 6 Carboxylate ion as formate, acetate, propionate, butyrate, hexanoate, maleate, fumarate, oxalate, lactate, pyruvate, methanesulfonate, tosylate and / or alkanesulfate ion.
  • R a -COO “ , R “ aSO “ 3 , R a R b PO “ 4 in which R a and R b have the meaning already described above, to which in particular Anions of the formula (CH 3 O) 2 PO 2 " and (C 2 H 5 O) 2 PO 2 " and the benzoate anion, preferably (C 2 H 5 O) 2 PO 2 " and the benzoate anion. It is readily possible for a person skilled in the art to use the particularly suitable ionic liquid for the particular application of the invention.
  • Particularly preferred ionic liquids are: 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate, 1,3-dimethylimidazolium acetate, 1-butyl-3-methylimidazolium acetate, 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride, Ethyl 3-methylimidazolium diethyl phosphate, 1-methyl-3-methylimidazolium dimethyl phosphate, 1-ethyl-3-methylimidazolium formate, 1-ethyl-3-methylimidazolium octanoate, 1,3-diethylimidazolium acetate and 1-ethyl 3-methylimidazolium propionate.
  • R a COO- in which: R a is preferably alkyl, in particular C 1 -C 8 -alkyl and very particularly preferably C 1 -C 3 -alkyl, or phenyl; Phosphate, preferably dialkyl phosphate, in particular di- (C 1 -C 3 -alkyl) phosphate, wherein be particularly preferred dimethyl phosphate, diethyl phosphate and di-n-propyl phosphate; Phosphonate, in particular O-alkyl-alkyl phosphonate, with particular preference being given to O-methylmethyl phosphonate, O-methyl ethyl phosphonate, O-ethyl methyl phosphonate and O-ethyl-ethyl phosphonate.
  • ionic liquid contains a cation having amidinium structure.
  • the cation is preferably a substituted or unsubstituted imidazolium cation.
  • the imidazolium cation of the ionic liquid is preferably substituted in the 1- and 3-position or in the 1-, 2- and 3-position with (dC 6 ) alkyl groups.
  • the imidazolium cation is the 1-ethyl-3-methylimidazolium, 1,3-dimethylimidazolium, 1-3-diethylimidazolium or the 1-butyl-3-methylimidazolium cation. It is preferred if the anion of the ionic liquid is a halide, perchlorate, pseudohalide, sulfate, phosphate, alkyl phosphate, in particular a QC 6 - carboxylate ion.
  • the halide ion is in the form of chloride, bromide and / or iodide ion, the pseudohalide ion as cyanide, thiocyanate and / or cyanate ion and the C 1 -C 6 -carboxylate ion.
  • Ion is present as a formate, acetate, propionate, butyrate, hexanoate, maleate, fumarate, oxalate, lactate and / or pyruvate ion.
  • the following ionic liquids have proven to be particularly preferred: 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate, 1,3-dimethylimidazolium acetate, 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride, 1-butyl-3-ol methylimidazolium acetate, 1-ethyl-3-methylimidazolium-thyl phosphate, 1-methyl-3-methylimidazolium dimethylphosphate, 1-ethyl-3-methylimidazolium formate, Ethyl 3-methylimidazolium octanoate, 1,3-di-ethylimidazolium acetate, 1,3-diethylimidazolium chloride and / or 1-ethyl-3-methylimidazolium propionate.
  • the molten ionic liquid has a melting point of -100 to +150 0 C, in particular from -30 to + 100 0 C, wherein the range of -30 to +80 0 C particularly is preferred.
  • the ionic liquids of a melting point of more than 100 ° C. can be used in particular if thermal degradation of the biopolymer dissolved therein can be ruled out. In the majority of cases it is advantageous not to exceed this maximum value.
  • the above-described solution system is available for dissolving therein any biopolymers and subjecting them to regeneration in a coagulation medium which, with respect to the selection of the coagulant or coagulant mixture employed therein, conforms to the surface tension conditions defined above according to the invention.
  • the biopolymers are preferably present in the form of carbohydrates as starch, cellulose and / or derivatives of starch and cellulose. It is preferred if the derivatives are esters or ethers.
  • the esters may be cellulose acetate and cellulose butyrate and the ethers may be carboxymethylcellulose, hydroxyethylcellulose and hydroxypropylcellulose.
  • the invention is not subject to any significant restriction.
  • the starch, the cellulose and / or their derivatives in the solution system in an amount of 1 to 35 wt .-%, in particular in an amount of about 5 to 20 wt .-%, used. If the value falls below about 1 wt .-%, then the desirable economics does not set.
  • the zero viscosity of this solution system is between about 5 and 150,000 Pa. s, in particular between about 10 and 100,000 Pa. s. It is further preferred if the zero viscosity is between about 5 and 10,000 Pa.s, in particular between about 10 and 2,500 Pa.s, wherein in this context of the zero viscosity, the processing of the solution system, for example in an extruder is particularly advantageous.
  • cellulose or its derivatives by means of the inventive solution system are when they have an average degree of polymerization of about 200 to 3500, in particular from about 300 to 1500.
  • advantageous product properties such as strength, modulus and rigidity are achieved.
  • the mixing of the starting components of the solution system, containing biopolymers preferably takes place under the action of high shear forces, in particular by means of an extruder.
  • a twin-screw extruder has proved to be particularly advantageous.
  • the dissolution is further favored by simultaneously irradiated with microwaves during mixing, in particular ultrasound comes to act.
  • the dissolution of the biopolymers is promoted by raising the temperature of the solution system. Conveniently, the elevated temperature is about 20 to 150 0 C, in particular about 30 to 120 0 C.
  • the cellulosic starting material is preferably present as a fibrous cellulose, in particular wood pulp, paper, paper, and / or in the form of other natural cellulose fibers.
  • natural cellulose fibers hemp, coconut, jute, bamboo and / or sisal fibers can be found to be advantageous.
  • the viscosity of the solution system with the dissolved biopolymer in particular cellulose, it is expedient to pay attention to the viscosity of the solution system with the dissolved biopolymer. So it is advantageous if e.g. the cellulose-containing solution system has a high viscosity.
  • a zero viscosity (measured with a rotational viscometer) between about 5 and 150,000 Pa. s, in particular between 10 and 100,000 Pa. s, with the range of 100 to 90,000 being particularly preferred.
  • the content of cellulose in the solution system is preferably between about 5 and 30 wt .-%, while the average degree of polymerization is in particular up to 3500, and most preferably should be between about 300 to 1500. In some cases, it is particularly advantageous to set the minimum value to about 350 and the maximum value to about 1500.
  • the above information on cellulose apply, which should be emphasized, equally for derivatives, especially in the form of esters and ethers.
  • additives can be added for adjusting particular properties of the precipitated material obtained, in particular in the form of filaments or staple fibers of cellulose. These can be used at different points of the process according to the invention. Thus, they can be used in the biopolymer-containing solution system, the coagulation medium and / or in a subsequent step, for example in a modification medium.
  • the additives may be, for example, microcapsules, pore formers, plasticizers, matting agents, flameproofing agents, bactericides, etc. de, crosslinking agents, water repellents, antistatic agents and / or colorants.
  • an alcohol, a mixture of alcohols, a mixture of alcohol (s) and water is contained in the coagulating medium, wherein the amount must be such that the object of the invention is achieved.
  • the additives is still to be carried out, as far as they come into consideration that they are preferably soluble in the coagulation medium, the solution system and / or a subsequent modifying bath and / or finely dispersible. As a result, the homogeneity of the processed products is not disturbed.
  • the solvent system containing the biopolymers prior to processing to a temperature greater than about 0 0 C, more preferably greater than about 1O 0 C and / or the Kogulationsmedium set at a temperature of greater than about 20 0 C. It is particularly expedient to heat the solution containing the biopolymers prior to processing, in particular to about 80 to 12O 0 C, or adjust the coagulation medium in particular to a temperature of about 40 to 90 0 C. By this measure, there is the advantage that a preferred viscosity of the solution is adjusted and the solvent is advantageously washed out.
  • the ionic liquid-based solution system containing the biopolymers is then used for regenerating processing, the biopolymers in the form of starch, cellulose and of derivatives of starch and cellulose being particularly preferred.
  • the solution system prepared as described above, containing the biopolymers to be regenerated, is then conventionally transferred to a coagulating medium containing a protic coagulant or a mixture of protic coagulants which does not dissolve the biopolymers and with which molten ionic liquid is miscible.
  • the protic coagulant has been previously selected on the basis of the surface tension parameter of the present invention.
  • protic coagulant With regard to the selection of the protic coagulant, it is only the observance of the selection parameter with regard to the surface tension that applies.
  • protic solvents These are protic solvents.
  • the following coagulants are particularly favorable Glycerol, triethylene glycol, diethylene glycol, ethylene glycol, 1,6-hexanediol, 1,4-butanediol, 1,2-propanediol and 1,3-propanediol. Also suitable are mixtures of these coagulants, it also being possible to use mixtures of these with water, provided that the achievement of the aim of the invention is not impaired thereby.
  • Table XI The later examples are followed by a Table XI.
  • the above-mentioned protic solvents or coagulants and further inventively suitable means of this kind are recorded in a positive list.
  • Table XI includes a negative list of protic solvents. Also indicated is a negative list of non-protic solvents which are unsuitable for achieving the object according to the invention.
  • non-protic solvents are therefore not advantageous as an additive in coagulation baths.
  • the amount thereof if possible based on the total of protic coagulant or non-protic solvent, is preferably less than 15% by weight, preferably less than 10 wt .-%, and in particular less than 5 wt .-% is.
  • the concentration of the protic coagulant in the coagulation medium it is advantageous that the protic coagulant be present in the coagulation medium in an amount of from 35 to 100 parts by weight. %, in particular 40 to 90 wt .-% is used.
  • the possibility of including other protic solvents and / or additives and the like has already been discussed above, to which reference should be made.
  • the solution system containing the biopolymer is then precipitated in the customary manner in the coagulation medium.
  • a changed situation now arises in the coagulation medium in that it now contains the original constituents of the coagulation medium in addition to the constituents of the solvent, in particular the ionic liquid, but coagulates the biopolymer originally dissolved in the solution system.
  • the regenerated biopolymer is drawn off, on the other hand, the mentioned mixture, which contains the ionic liquid and the precipitant, subjected to further processing in order to recover the ionic liquid.
  • the ionic liquid can be recovered from the coagulation medium relatively easily, such as by evaporation, stripping, perforation or reverse osmosis of a volatile protic coagulant, such as in the form of 1,2-propanediol.
  • a volatile protic coagulant such as in the form of 1,2-propanediol.
  • the protic coagulant need not be completely removed. A complete removal could be costly and uneconomical.
  • the invention allows a certain proportion of protic coagulant together with the ionic liquid to be recycled into the cycle of the process according to the invention or used again to dissolve the biopolymers to be regenerated.
  • these molded articles e.g. Separate fibers or foils in different ways. This can be done for example by filtration, centrifuging or other suitable measures. In the case that fibers are formed, these are removed in a known manner from the coagulation medium.
  • the fibers or filaments drawn off from the coagulation medium, in particular cellulose, in a subsequent stratification be stretched or even in a subsequent heating channel.
  • the drawing is preferably carried out up to at least 10%, in particular up to at least 50%.
  • the invention offers the advantageous possibility of stretching the fibers or filaments to at least up to 70%.
  • the drawing bath is expediently based on solvents, preferably protic solvents, in particular in the form of glycerol, diethylene glycol, ethylene glycol, 1,6-hexanediol, 1,4-butanediol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol and triethylene glycol.
  • the present invention also provides regenerated cellulose-based staple fibers with a wet fibrillation grade of less than or equal to 2, which in particular are non-fibrillating. They are characterized in particular by the fact that the ratio of wet strength to dry strength is at least 0.55, in particular at least about 0.6. Most preferably, this value is at least about 0.7. These staple fibers are furthermore characterized by a sulfur content of less than 1 mg / g, in particular less than 0.75 mg / g, and a copper content of less than 20 ⁇ g / g, in particular less than 15 ⁇ g / g.
  • the sulfur content is less than 0.5 mg / g, in particular less than 0.25 mg / g
  • the copper content is less than 10 ⁇ g / g, in particular less than 5 ⁇ g / g.
  • the information on the staple fibers according to the invention relating to the sulfur and copper content relates in particular to the staple fibers leaving the coagulation bath and not being washed.
  • a particular advantage of the staple fibers according to the invention is that they contain no N-oxides as a result of the preparation, for example amine oxides known in the prior art, such as N-dimethyl-N-diethyl-amine or other oxides of heterocyclic amines, such as pyridine Oxides, in particular N-methylmorpholine N-oxide monohydrate (NMMO).
  • amine oxides known in the prior art such as N-dimethyl-N-diethyl-amine or other oxides of heterocyclic amines, such as pyridine Oxides, in particular N-methylmorpholine N-oxide monohydrate (NMMO).
  • NMMO N-methylmorpholine N-oxide monohydrate
  • the staple fibers of the invention exhibit a particularly advantageous maximum tensile force, i. Wet or dry maximum tensile strength, and breaking elongation.
  • the maximum tensile strength according to DIN EN ISO 2062 is at least 6 cN / tex, in particular at least 10 cN / tex.
  • the elongation at break according to DIN EN ISO 2062 is preferably at least 4%, in particular at least 6%.
  • the spun fibers according to the invention which are obtained by wet-in-wet spinning, are characterized, as already stated, by being "non-fibrillating.” This requires further explanation:
  • the lyocell fibers produced by the NMMO process have a round to oval fiber cross-section and, in contrast to the viscose and modal fibers, have a pronounced fibrillar structure which is substantially homogeneous across the fiber cross-section, with macro-fibrils having a diameter in the range of 0.5 to 1.0 ⁇ m being relevant to the most notable and most troublesome in the art are wet fibrillation and pilling
  • a classification of the fibrillation can be performed using a fibrillation test described below:
  • the fibrillation grade For the test, 8 filaments with a length of 2.5 ⁇ 0.2 mm are used and adhered to a U-shaped polystyrene frame by means of an adhesive tape. After applying the 8 filaments on the frames they are fixed with commercially available epoxy resin adhesive. Place the frame with 4 ml of distilled water in a cylindrical 20 ml glass vessel 50 mm high and 25 mm in diameter, then add 100 zirconia beads (diameter: 1 mm). The sample containers are placed in the treatment cups of an apparatus, which allows a suitable shaking movement to trigger the fibrillation.
  • a dyeing apparatus can be used for this purpose, such as, for example, the Labomat from Mathis GmbH.
  • the treatment time in the apparatus is 3 hours at a rotational speed of the container of 50 U / min and a temperature of 30 0 C.
  • wet fibrillation notes have cellulose fibers produced according to the NMMO process of 4 or 5, while normal viscose and modal have a grade of 1 and are therefore classified as non-fibrillating.
  • the strong wet fibrillation of the fiber obtained from NMMO represents a serious disadvantage in textile finishing processes, such as in the dyeing, and enforces changed work processes and additional mechanical engineering measures in the processing.
  • the production of fibrillation-free cellulose fibers, which are obtained by the NMMO process is not possible due to the peculiarities of the spinning process (spinning over an air gap), but can only be achieved by a special fiber aftertreatment.
  • the solution system based on an ionic liquid according to the invention is particularly well suited to dissolve the designated biopolymers, in particular cellulose and starch or their derivatives, as part of a thermostating at a suitable dissolution temperature until the dissolution process is largely completed.
  • this solution is filtered and the vacuum degassed and extruded on a spin line through spinnerets in a coagulation medium.
  • This contains the matched coagulants, which are protic solvents, as shown above.
  • ionic liquid is completely washed out of the regenerated biopolymer-containing coagulation medium and the product, for example a cellulose fiber, is dried.
  • the protic coagulant is removed from the ionic liquid to a preferred level.
  • This content may for example be between about 6 and 15 wt .-%.
  • the solution system is again used to dissolve biopolymers.
  • EMIM-OAc 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate
  • EMIM-OAc has the following advantages: It is a liquid at room temperature. It leads to stable spinning solutions. With EMIM-OAc cellulose can easily be dissolved up to 25% by weight. The production, filtration and degassing of the spinning solution is technically simple. Gel particles are largely excluded. There is no noticeable sensitivity to air. The spinning solutions have excellent heat stability. The addition of stabilizers is not required.
  • the spinning solution viscosity can be adjusted in a wide range (10 to 10,000 Pas), which means high flexibility in the spinning process.
  • the invention provides a very interesting process for the environmentally friendly production of "man made” cellulosic materials, coupled with high production flexibility with a wide range of mechanical properties, and no problems in subsequent processes such as yarn spinning, knitting, dyeing and in measures that improve the use and fabrication fastness, especially color fastness.
  • the cellulose fibers obtained are not fibrillating (just because of the lack of fibril structure), but have insufficient strength.
  • the wet strength drops noticeably from the dry strength.
  • a coagulated co-ordination medium for example using glycerol and / or 1,2-propanediol
  • the improved orientation of the polymer chains is possible by now possible higher spinning distortions in the coagulation bath and higher stretching of the fibers in the downstream drawing bath (up to 100%, in water only 10% stretching).
  • the diffusion and coagulation processes are delayed, which allows higher polymer orientations with simultaneous action of tensile stresses on the fibers and thus leads to higher strengths.
  • This higher flexibility in the process parameters is thus directly reflected in improved fiber properties.
  • the flexibility of the method according to the invention goes so far that, instead of a drawing bath, a heating channel can be used for the first time in a spinning process in which the fibers or filaments are stretched without contact.
  • the shaping element is a nozzle capillary in the case of the production of fibers, in the case of the production of films a slot nozzle or roller.
  • the spinning solution is pressed through the nozzle holes or the slot and tapers through the trigger, some already oriented.
  • the coagulation of the biopolymers dissolved in the spinning solution for example fibers or films, takes place by means of a diffusion-controlled solvent exchange process.
  • the solidified fibers are detected, for example, by rotating organs (godets) and removed from the nozzle.
  • the injection speed of the spinning solution is determined by the ratio of the volume of the spinning material flowing out in the time unit to the clear cross section of the spinning nozzle, ie the total area of all openings. Fiber formation takes place here directly after exiting the nozzle by diffusion and coagulation processes. For sufficient coagulation, a sufficient contact time of the filaments must be established, which is determined by the so-called precipitation length.
  • the precipitation length means the period of time at which coagulation is completed. This Desillbone thus depends on the time required for the material diffusion processes and the ratio of withdrawal and injection speed. The withdrawal speed depends on the desired fiber titer, the flow rate, the spun material and the composition of the coagulation bath.
  • An advantageous development of the invention is to subject the moldings, which are withdrawn from the coagulation medium according to the invention, in particular the fibers, in a subsequent operation of a stretching.
  • the stretching can take place, for example, in a drawing bath.
  • a heating channel can be used.
  • the heating channel may, for example, be a long tube through which the fiber or film to be drawn is guided, the atmosphere contained therein being set at an elevated temperature. Depending on the material, the optimum drawing temperature will be reached set in the heating channel.
  • this temperature is preferably between about 120 0 C and 180 0 C.
  • the degrees of stretching are preferably between 5 and 200%, in particular between 10 and 120% set. As the following examples show, this allows the fiber properties to be adjusted in a targeted manner. Thus, at low levels of stretching fibers with high elongation and at high degrees of stretching fibers of high strength are obtained.
  • the residence time in the different drawing units is preferably 1 to 60 seconds and depends on the length of the drawing units and the given spinning speed, which is preferably 6 to 20 m / min. The length of the drawing units is not critical, it is in particular between 10 cm and 6 m.
  • the washing process is carried out according to technically established methods, e.g. in washing troughs with rotating rollers, reels or perforated conveyor belts onto which water or other suitable washing liquid is sprayed.
  • Example 1 Preparation of a cellulose solution in 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate (EMIM-OAc) in a laboratory mixer
  • EMIM-OAc l-ethyl-3-methylimidazoliumacetat
  • Example 2 Fiber production in glycerol (surface tension ⁇ according to the definition of the invention: 90.5%)
  • Solution from example 1 was processed with a conventional wet spinning plant.
  • the spinning system is composed of the following modules: solution container, spinning pump, filter, spinneret, coagulation bath, drawing bath, washing bath, drying pallets, winder.
  • the essential process parameters are shown in Table I below:
  • Example 2 The cellulose solution from Example 1 was processed according to Example 2. Instead of glycerol, 1,4-butanediol was used. After varying the process parameters spinning distortion and drawing degree, the following fiber properties were obtained:
  • Example 4 Fiber production in 1,2-propanediol (surface tension ⁇ according to the definition of the invention: 48.7%)
  • Example 2 The cellulose solution from Example 1 was processed according to Example 2. Instead of glycerol, 1,2-propanediol was used. After varying the process parameters spinning distortion and drawing degree, the following fiber properties were obtained: Table IV
  • Example 5 Fiber production in a mixture of 50% by weight of glycerol and 50% by weight of 1,2-propanediol.
  • the cellulose solution from Example 1 was processed according to Example 2.
  • the coagulation medium and the drawing bath solution used was a mixture of 50% by weight of glycerol and 50% by weight of 1,2-propanediol. After variation of the process parameters spinning distortion and degree of stretching, the following fiber properties were obtained:
  • Example 6 Fiber production in a mixture of 20% by weight of ethyl 3-methylimidazolium acetate and 80% by weight of 1,2-propanediol.
  • the cellulose solution from Example 1 was processed according to Example 2.
  • As coagulation medium and drawing bath solution a mixture of 20% by weight of 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate and 80% by weight of 1,2-propanediol was used. After varying the process parameters spinning distortion and drawing degree, the following fiber properties were obtained:
  • Example 7 Fiber production in glycerol with stretching in the heating channel
  • Solution from example 1 was processed with a conventional wet spinning plant.
  • the spinning system consists of the following modules: solution tank, spinning pump, filter, spinneret, coagulation bath, heating channel (200 cm), washing bath, drying pallets, winder.
  • the main process parameters are shown in the following table: Table VII
  • Example 8 Preparation of a cellulose solution in 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride (EMIM-CI) in a stirred vessel
  • the cellulose solution from Example 8 was processed according to Example 7.
  • the coagulation medium used was glycerol. After varying the process parameters spinning distortion and drawing degree, the following fiber properties were obtained:
  • the cellulose solution from Example 10 was processed according to Example 7.
  • As a coagulation medium glycerol was used. After varying the process parameters of spinning draft and drawing degree, the following fiber properties were obtained:
  • Formic acid / water (90/10% by weight) 0.04187 61.7%
  • Formic acid / water (50/50

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zur Herstellung von regenerierten Biopolymeren in Form von Kohlenhydraten unter Verwendung eines die Biopolymere gelöst enthaltenden Lösungssystems, wobei das Lösungssystem auf einer geschmolzenen ionischen Flüssigkeit und gegebenenfalls einem protischen Lösungsmittel oder einem Gemisch hiervon beruht, die in dem Lösungssystem gelösten Biopolymere in einem Koagulationsmedium ausgefällt werden, wobei sich in dem Koagulationsmedium ein protisches Koagulationsmittel oder ein Gemisch von protischen Koagulationsmitteln befindet. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenspannung σ des Koagulationsmittels oder des Gemisches der Koagulationsmittel 99% bis 30% der Oberflächenspannung σ von Wasser beträgt, wobei die jeweilige Oberflächenspannung gemäß ASTM D 1590-60 bei einer Temperatur von 50°C gemessen wurde. Dieses Verfahren ist wirtschaftlich und flexibel zu führen. Es führt zu vorteilhaften Verfahrenserzeugnissen, insbesondere in Form von Spinnfasern. Diese sind insbesondere nicht-fibrillierend und zeigen ein vorteilhaftes Verhältnis von Nass- zu Trockenfestigkeit.

Description

Verfahren zur Herstellung von regenerierten Biopolymeren und die danach erhältlichen regenerierten Erzeugnisse
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von regenerierten Biopolymeren in Form von Kohlenhydraten, insbesondere von Stärke, Cellulose und/oder von Derivaten von Stärke und Cellulose, unter Verwendung eines die Biopolymere gelöst enthaltenden Lösungssystems, wobei das Lösungssystem auf einer geschmolzenen ionischen Flüssigkeit und gegebenenfalls einem protischen Lösungsmittel oder einem Gemisch hiervon beruht, die in dem Lösungssystem gelösten Biopolymere in einem Koagulati- onsmedium ausgefällt werden, wobei sich in dem Koagulationsmedium ein protisches Koagulationsmittel oder ein Gemisch von protischen Koagulationsmitteln befindet. Ferner betrifft die Erfindung die danach erhältlichen regenerierten Biopolymeren in Form von Kohlenhydraten, insbesondere in Form von Spinnfasern mit einer Nassfibrillations- note von weniger oder gleich 2, die insbesondere nicht-fibrillierend sind.
Cellulose ist mit einem Anteil von etwa 700 Milliarden Tonnen am geschätzten Biomassevorrat von 1,5 Billionen Tonnen auf der Erde der wichtigste Vertreter in der Gruppe der organischen Biopolymere. Aus Holz und Baumwolle gewonnener Zellstoff, der einen sehr hohen Anteil an Cellulose enthält, ist zur Zeit die wichtigste Rohstoffbasis für die Herstellung von Papier, Pappe, Celluloseregeneratfasern und -folien.
Zur Verarbeitung von Cellulose wurden in der Vergangenheit einige Lösungsmittelsysteme entwickelt. Von größter technischer Bedeutung ist heute nach wie vor das bereits seit langem bekannte Viskose-Verfahren. Darin wird Cellulose zunächst zum Xanthoge- nat derivatisiert und dann in verdünnter Natronlauge aufgelöst. Durch Regeneration in speziellen Koagulationsbädern wird die Derivatisierung rückgängig und Cellulose so verfügbar gemacht. Verfahrensbedingt entstehen allerdings große Mengen an Salzen und schwefelhaltigen Abgasen, welche mit Hilfe nachsorgender Technologien behandelt werden müssen.
Im Zuge des zunehmenden Umweltbewusstseins der letzten Jahrzehnte wurden Entwicklungen zur Direktlösung von Cellulose mit geringerem Zwangsanfall an Abfällen und unerwünschten Emissionen forciert. Hier hat das Verfahren mit dem Lösungsmittel N-Methylmorpholin-N-oxid-mono-Hydrat (NMMO) derzeit die wichtigste technische Be- deutung erlangt. Nachteilig ist hierbei das enge Lösungsfenster im ternären System NMMO, Wasser und Cellulose, der Einsatz eines oxidierend wirkenden Lösungsmittels sowie die systembedingte Fibrillierung der hergestellten Produkte.
Ionische Flüssigkeiten können als Ersatz für konventionelle organische Lösungsmittel dienen. Sie sind bei niedrigen Temperaturen (< 1000C) schmelzende organische Salze, die eine neuartige Klasse von Lösungsmitteln mit nicht-molekularem, ionischem Charakter darstellen. Ionische Flüssigkeiten ohne substantielle Verunreinigungen besitzen keinen messbaren Dampfdruck. Je nach Wahl des Kations und Anions kann ihre Polarität und damit ihre Eigenschaft als Lösungsmittel eingestellt werden.
Die US-A-I 943 176 lehrt die Nutzung organischer Salze der Substanzklassen der N- Alkyl- bzw. N-Arylsubstituierten Pyridiniumchloride in Mischung mit stickstoffhaltigen Basen (z.B. Pyridin) zur Lösung underivatisierter Cellulose. Diese Erfindung hat allerdings nie technisch Bedeutung erlangt. Die US-A-2 339 012 beschreibt die Lösung von Cellulose mit ähnlich substituierten Pyridiniumhydroxiden in Mischung mit Wasser oder Alkoholen. Auch hier scheint eine technische Realisierung an einer Reihe ungünstiger technischer Voraussetzungen zur direkten Lösung von Cellulose (z.B. hohe Drücke) gescheitert zu sein.
Durch den Einsatz einer neuen Klasse ionischer Flüssigkeiten konnten die oben genannten Nachteile überwunden werden. In einer neuen Entwicklung beschreibt die WO 2003/029329 die Verwendung ionischer Flüssigkeiten. Diese sind als flexible Lösungsmittel besonders für die direkte Lösung von Cellulose in Abwesenheit von Wasser und anderen stickstoffhaltigen organischen Basen geeignet. Nachteilig ist es, dass auf den Einsatz von Wasser bei der Lösungsherstellung verzichtet werden muss. Die Beimischung von mehr als 5 Gew.-% Wasser wird ausdrücklich ausgeschlossen. Da die ionischen Flüssigkeiten aus wirtschaftlichen sowie umwelttechnischen Überlegungen nahezu vollständig zurückgewonnen werden müssen und die Produktkonsolidierung vorwie- gend im wässrigen Milieu erfolgt, stellt dies eine erhebliche Einschränkung dar, die bisher eine technische Umsetzung verhinderte. Gerade die destillative Abtrennung von Wassergehalten kleiner als 5 Gew.-% gestaltet sich als technisch schwierig, äußerst energieintensiv und damit als wirtschaftlich ineffizient.
Die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik werden weitgehend durch den Erfindungskomplex gelöst, der sich aus der PCT/EP2006/012748 ergibt und dem eingangs geschilderten Stand der Technik entspricht. Dieses bekannte Verfahren ist wirtschaftlich und umweltfreundlich und ermöglicht eine vorteilhafte Regenerierung von Biopolymeren, insbesondere in Form von Stärke, von Cellulose sowie von Deriva- ten von Stärke und Cellulose. Mit diesem bekannten technischen Vorschlag ist eine hohe Produktionsflexibilität mit einem breiten Bereich mechanischer Eigenschaften verbunden. Die danach erhaltenen Spinnfasern, insbesondere durch Nassverspinnen erhalten, sind "nicht-fibrillierend", anders als beispielsweise die nach dem NMMO- Verfahren hergestellten Lyocellfasern, die eine ausgeprägte fibrillare Struktur zeigen. Darüber hinaus weisen die aus der PCT/EP2006/012748 bekannten Spinnfasern keinen nachteiligen Gehalt an Schwefel auf, anders als die nach dem Viskose-Verfahren erhaltenen Spinnfasern, und schließen einen unerwünschten Gehalt an Kupfer aus. Das Wasserrückhaltevermögen und die Höchstzugkraft sind sehr zufriedenstellend. Es hat sich gezeigt, dass.es von hohem Nutzen wäre, dieses bekannte Verfahren so weiterzu- bilden, dass die danach erhaltenen Spinnfasern eine zufriedenstellend hohe Höchstzugkraft (sowohl nass wie auch trocken) aufweisen. In zwei Beispielen wird der Einsatz von Ethanol oder Isopropanol als Koagulationsbad zur Herstellung von Fasern herausgestellt. Diese Koagulationsmittel zieht die nachfolgend geschilderte Erfindung nicht in Betracht.
Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, das eingangs bezeichnete Verfahren so weiterzubilden, dass insbesondere eine Optimierung des Verhältnisses von Nass- und Trockenfestigkeiten bei den danach erhaltenen Spinnfasern erreicht wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Oberflächenspannung σ des protischen Koagulationsmittels oder des Gemisches der protischen Koagulationsmittel 99% bis 30% der Oberflächenspannung σ von Wasser beträgt, wobei die jeweilige Oberflächenspannung gemäß ASTM D 1590-60 bei einer Temperatur von 500C gemessen wurde.
Bei der Ausübung der Erfindung hat es sich erwiesen, dass es bevorzugt ist, wenn die bezeichnete Oberflächenspannung des protischen Koagulationsmittels oder des Gemisches des Koagulationsmittels 99% bis 35%, insbesondere 99% bis 40%, beträgt. Als besonders bevorzugt kann der Bereich von 95% bis 40% angegeben werden. In Ein- zelfällen ist es bevorzugt, dies auch im Hinblick auf die nachfolgende bevorzugte Ver- streckungsmaßnahme, dass der Bereich von 80% bis 40% eingehalten wird. Kern der Erfindung ist demzufolge die Auswahl eines protischen Koagulationsmittels, das die oben bezeichneten Rahmenbedingungen zur Oberflächenspannung σ erfüllt. Bei deren Einhaltung wird die vorstehend formulierte Aufgabe in dem wünschenswerten Umfang gelöst. Wird der Höchstwert von 99% überschritten, dann führt dies dazu, dass sich die gewünschten Nassfestigkeitswerte nicht einstellen, auch nicht bei der Verstre- ckungsmaßnahme, die sich der Koagulation anschließen kann. Wird der Niedrigstwert von 40% unterschritten, dann führt dies dazu, dass in aller Regel Filamentbrüche auftreten und die Fasern nicht im gewünschten Eigenschaftsprofil erhalten werden.
Im Rahmen der Erfindung ist es in Einzelfällen zulässig und kann auch von Vorteil sein, dem Lösungssystem protische Lösungsmittel einzubeziehen. Die Menge wird der Fachmann derartig einstellen, dass die vorstehend formulierte Aufgabe noch in dem gewünschten Umfang gelöst wird.
Dem Fachmann ist der Begriff „protisches Lösungsmittel" verständlich. Protische Lösungsmittel enthalten gemäß C. Reichardt, „Solvents and Solvent Effects in Organic Chemistry", 3rd edition, S. 82 - 84, 2003, Wiley-VCH, Weinheim, Wasserstoffatome, welche an elektronegative Elemente gebunden sind. Typische Beispiele hierfür sind neben Wasser, Alkohole, Amine (unter Aminen sind aliphatische und cycloaliphatische Amine zu verstehen), Säureamide und Carbonsäuren. Dabei kann es sich insbesondere um niedere Alkohole handeln, wie insbesondere Methanol, Ethanol, 1-Propanol, 2- Propanol, 1-Butanol, 2-Butanol, 2-Methyl-l-propanol und/oder 2-Methyl-2-propanol, vorzugsweise Methanol, Ethanol, Propanol und/oder Butanol. Darüber hinaus zählen zu den besonders vorteilhaften protischen Lösungsmitteln Glykole, Amine, Säureamide und Carbonsäuren, vorzugsweise Glykole, wie Monoethylenglykol, Diethylenglykol, Mo- no-l,2-propylenglykol, Di-l,2-propylenglykol, 1,2-Butylenglykol, 2,3-Butylenglykol und/oder Glycerin, und Amine, wie Methylamin, Ethylamin, n-Propylamin, i-Propylamin, n-Butylamin, Dimethylamin, Diethylamin, Di-n-propylamin, Di-n-butylamin, Pyrrolidin, Piperidin, Piperazin, N-Methyl-piperazin, N-Ethylpiperazin, Morpholin, Ethylendiamin, 1,2-Propylendiamin, 1,3-Propylen-diamin, Di-(2-cyanoethyl)amin, Di-(2-aminoethyl) amin, Tri-(2-aminoethyl)amin, Ethanolamin, Diethanolamin, Triethanolamin, Propanol- amin, Dipropanolamin und/oder Tripropanolamin. Die bezeichneten Alkohole sind als bevorzugt anzusehen. Die protischen Lösungsmittel können, was im Einzelfall von Vorteil sein kann, gemischt eingesetzt werden. Dies gilt insbesondere für die Zumischung von Wasser im Falle von Alkoholen.
Bezüglich der Wahl der ionischen Flüssigkeiten zur Verwirklichung der vorliegenden Erfindung unterliegt der Fachmann keinen wesentlichen Einschränkungen. Daher sollen für die Zwecke der Erfindung besonders geeignete ionische Flüssigkeiten wie folgt dargestellt werden:
Ionische Flüssigkeiten im Sinne der vorliegenden Erfindung sind vorzugsweise
(A) Salze der allgemeinen Formel (I)
[A]; [Y]n- (I),
in der n für 1, 2, 3 oder 4 steht, [A]+ für ein quartäres Ammonium-Kation, ein
Oxonium-Kation, ein Sulfonium-Kation oder ein Phosphonium-Kation und [Y]n" für ein ein-, zwei-, drei- oder vierwertiges Anion steht; (B) gemischte Salze der allgemeinen Formeln (II)
[A1HA2J+ [TT (IIa), wobei n = 2;
[A1J+[A2HA3I+ [Y]0' (IIb), wobei n = 3; oder [A1]+[A2]+[A3]+[A4]+ [Y]n" (Hc), wobei n = 4 und
wobei [A1J+, [A2]+, [A3J+ und [A4]+ unabhängig voneinander aus den für [A]+ genannten Gruppen ausgewählt sind und [Y]"" die unter (A) genannte Bedeutung besitzt.
Verbindungen, die sich zur Bildung des Kations [A]+ von ionischen Flüssigkeiten eignen, sind z.B. aus DE 102 02 838 Al bekannt. So können solche Verbindungen Sauerstoff-, Phosphor-, Schwefel- oder insbesondere Stickstoffatome enthalten, beispielsweise mindestens ein Stickstoffatom, bevorzugt 1 bis 10 Stickstoffatome, besonders be- vorzugt 1 bis 5, ganz besonders bevorzugt 1 bis 3 und insbesondere 1 bis 2 Stickstoffatome. Gegebenenfalls können auch weitere Heteroatome wie Sauerstoff-, Schwefeloder Phosphoratome enthalten sein. Das Stickstoffatom ist ein geeigneter Träger der positiven Ladung im Kation der ionischen Flüssigkeit, von dem im Gleichgewicht dann ein Proton bzw. ein Alkylrest auf das Anion übergehen kann, um ein elektrisch neutra- les Molekül zu erzeugen.
Für den Fall, dass das Stickstoffatom der Träger der positiven Ladung im Kation der ionischen Flüssigkeit ist, kann bei der Synthese der ionischen Flüssigkeiten zunächst durch Quaternisierung am Stickstoffatom etwa eines Amins oder Stickstoff-Heterocyc- lus' ein Kation erzeugt werden. Die Quaternisierung kann durch Alkylierung des Stickstoffatoms erfolgen. Je nach verwendetem Alkylierungsreagens werden Salze mit unterschiedlichen Anionen erhalten. In Fällen, in denen es nicht möglich ist, das gewünschte Anion bereits bei der Quaternisierung zu bilden, kann dies in einem weiteren Syntheseschritt erfolgen. Ausgehend beispielsweise von einem Ammoniumhalogenid kann das Halogenid mit einer Lewissäure umgesetzt werden, wobei aus Halogenid und Lewissäure ein komplexes Anion gebildet wird. Alternativ dazu ist der Austausch eines Halogenidions gegen das gewünschte Anion möglich. Dies kann durch Zugabe eines Metallsalzes unter Koagulation des gebildeten Metallhalogenids, über einen Ionenaus- tauscher oder durch Verdrängung des Halogenidions durch eine starke Säure (unter Freisetzung der Halogenwasserstoffsäure) geschehen. Geeignete Verfahren sind beispielsweise in Angew. Chem. 2000, 112, S. 3926 - 3945 und der darin zitierten Literatur beschrieben.
Geeignete Alkylreste, mit denen das Stickstoffatom in den Aminen oder Stickstoff- Heterocyclen beispielsweise quatemisiert sein kann, sind Ci-Ci8-Alkyl, bevorzugt Q- C10-Alkyl, besonders bevorzugt Ci-C6-Alkyl und ganz besonders bevorzugt Methyl. Die Alkylgruppe kann unsubstituiert sein oder einen oder mehrere gleiche oder verschiedene Substituenten aufweisen.
Bevorzugt sind solche Verbindungen, die mindestens einen fünf- bis sechsgliedrigen Heterocyclus, insbesondere einen fünfgliedrigen Heterocyclus, enthalten, der mindestens ein Stickstoffatom sowie gegebenenfalls ein Sauerstoff- oder Schwefelatom aufweist. Ebenfalls insbesonders bevorzugt sind solche Verbindungen, die mindestens einen fünf- bis sechsgliedrigen Heterocyclus enthalten, der ein, zwei oder drei Stickstoffatome und ein Schwefel- oder ein Sauerstoffatom aufweist, ganz besonders bevorzugt solche mit zwei Stickstoffatomen. Weiterhin bevorzugt sind aromatische Hetero- cyclen.
Besonders bevorzugte Verbindungen sind solche, die ein Molgewicht unter 1000 g/mol aufweisen, ganz besonders bevorzugt unter 500 g/mol und insbesondere unter 300 g/mol.
Weiterhin sind solche Kationen bevorzugt, die ausgewählt sind aus den Verbindungen der Formeln (lila) bis (IIIw),
Figure imgf000008_0001
(lila) (HIb) (nie)
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(HIg) (HIg') (HIh)
Figure imgf000009_0002
(Uli) (IHj) (inj1)
Figure imgf000009_0003
(HIk) (HIk') (IUI)
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(Ulm) (Ulm1) (Hin)
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(Hin1) (IIIo) (HIo1)
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(IIIp) (HIq) (Illq1)
R
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(HIq") (HIr) (HIr1)
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(HIr") (IIIs) (HIt)
Figure imgf000011_0002
(IIIu) (IIIv) (IIIw)
sowie Oligomere, die diese Strukturen enthalten.
Weitere geeignete Kationen sind Verbindungen der allgemeinen Formel (IIIx) und (II- iy)
Figure imgf000011_0003
(IIIx) (Uly)
sowie Oligomere, die diese Struktur enthalten.
In den oben genannten Formeln (lila) bis (Uly) stehen
• der Rest R für Wasserstoff, einen Kohlenstoff enthaltenden organischen, gesättigten oder ungesättigten, acyclischen oder cyclischen, aliphatischen, aromatischen oder araliphatischen, unsubstituierten oder durch 1 bis 5 Heteroatome oder funk- tionelle Gruppen unterbrochenen oder substituierten Rest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen; und
• die Reste R1 bis R9 unabhängig voneinander für Wasserstoff, eine Sulfo-Gruppe oder einen Kohlenstoff enthaltenden organischen, gesättigten oder ungesättigten, acyclischen oder cyclischen, aliphatischen, aromatischen oder araliphatischen, un- substituierten oder durch 1 bis 5 Heteroatome oder funktionelle Gruppen unterbrochenen oder substituierten Rest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, wobei die Reste R1 bis R9, welche in den oben genannten Formeln (III) an ein Kohlenstoffatom (und nicht an ein Heteroatom) gebunden sind, zusätzlich auch für Halogen oder eine funktionelle Gruppe stehen können; oder zwei benachbarte Reste aus der Reihe R1 bis R9 zusammen auch für einen zwei- bindigen, Kohlenstoff enthaltenden organischen, gesättigten oder ungesättigten, acyclischen oder cyclischen, aliphatischen, aromatischen oder araliphatischen, un- substituierten oder durch 1 bis 5 Heteroatome oder funktionelle Gruppen unter- brochenen oder substituierten Rest mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen.
Als Heteroatome kommen bei der Definition der Reste R und R1 bis R9 prinzipiell alle Heteroatome in Frage, welche in der Lage sind, formell eine -CH2-, eine -CH=, eine -C≡ oder eine =C= -Gruppe zu ersetzen. Enthält der Kohlenstoff enthaltende Rest He- teroatome, so sind Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel, Phosphor und Silizium bevorzugt. Als bevorzugte Gruppen seien insbesondere -O-, -S-, -SO-, -SO2-, -NR1-, -N=, -PR'-, - PR'2 und -SiR'2- genannt, wobei es sich bei den Resten R' um den verbleibenden Teil des Kohlenstoff enthaltenden Rests handelt. Die Reste R1 bis R9 können dabei in den Fällen, in denen diese in den oben genannten Formeln (III) an ein Kohlenstoffatom (und nicht an ein Heteroatom) gebunden sind, auch direkt über das Heteroatom gebunden sein.
Als funktionelle Gruppen kommen prinzipiell alle funktionellen Gruppen in Frage, welche an ein Kohlenstoffatom oder ein Heteroatom gebunden sein können. Als geeignete Beispiele seien -OH (Hydroxy), =0 (insbesondere als Carbonylgruppe), -NH2 (Amino), - NHR, -NR2, =NH (Imino), -COOH (Carboxy), -CONH2 (Carboxamid), -SO3H (Sulfo) und -CN (Cyano) genannt, insbesondere -OH (Hydroxy), =0 (insbesondere als Carbonylgruppe), -NH2 (Amino), =NH (Imino), -COOH (Carboxy), -CONH2 (Carboxamid), -SO3H (Sulfo) und -CN (Cyano). Funktionelle Gruppen und Heteroatome können auch direkt benachbart sein, so dass auch Kombinationen aus mehreren benachbarten Atomen, wie etwa -O- (Ether), -S- (Thioether), -COO- (Ester), -CONH- (sekundäres Amid) oder - CONR1- (tertiäres Amid), mit umfasst sind, beispielsweise Di-(Ci-C4-Alkyl)-amino, Ci-C4- Alkyloxycarbonyl oder Q-CrAlkyloxy.
Als Halogene seien Fluor, Chlor, Brom und Iod genannt.
Bevorzugt steht der Rest R für
• unverzweigtes oder verzweigtes, unsubstituiertes oder ein bis mehrfach mit Hydroxy, Halogen, Phenyl, Cyano, Cr C6-Alkoxycarbonyl und/oder SO3H substituiertes Ci-Ci8-Alkyl mit insgesamt 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, wie beispielsweise Methyl, Ethyl, 1-Propyl, 2-Propyl, 1-Butyl, 2-Butyl, 2-Methyl-l-propyl, 2-Methyl-2- propyl, 1-Pentyl, 2-Pentyl, 3-Pentyl, 2-Methyl-l-butyl, 3-Methyl-l-butyl, 2-Methyl- 2-butyl, 3-Methyl-2-butyl, 2,2-Dimethyll-propyl, 1-Hexyl, 2-Hexyl, 3-Hexyl, 2-Me- thyl-1-pentyl, 3-Methyl-l-pentyl, 4-Methyl-l-pentyl, 2-Methyl-2-pentyl, 3-Methyl-
2-pentyl, 4-Methyl-2-pentyl, 2-Methyl-3-pentyl, 3-Methyl-3-pentyl, 2,2-Dimethyl-l- butyl, 2,3-Dimethyl-l-butyl, 3,3-Dimethyl-l-butyl, 2-Ethyl-l-butyl, 2,3-Dimethyl-2- butyl, 3,3-Dimethyl-2-butyl, 1-Heptyl, 1-Octyl, 1-Nonyl, 1-Decyl, 1-Undecyl, 1-Do- decyl, 1-Tetradecyl, 1-Hexadecyl, 1-Octadecyl, 2-Hydroxyethyl, Benzyl, 3-Phenyl- propyl, 2-Cyanoethyl, 2-(Methoxycar-bonyl)-ethyl, 2-(Ethoxycarbonyl)-ethyl, 2-(n-
Butoxy-carbonyl)-ethyl, Trifluormethyl, Difluormethyl, Fluormethyl, Pentafluor- ethyl, Heptafluorpropyl, Heptafluorisopropyl, Nonafluorbutyl, Nonafluorisobutyl, Undecylfluorpentyl, Undecylfluorisopentyl, 6-Hydroxyhexyl und Propylsulfonsäure;
• Glykole, Butylenglykole und deren Oligomere mit 1 bis 100 Einheiten und einem Wasserstoff oder einem Ci-Cs-Alkyl als Endgruppe, wie beispielsweise
RAO-(CHRB-CH2-O)m-CHRB-CH2- oder RAO-(CH2CH2CH2CH2O)m-CH2CH2CH2CH2O- mit RA und RB bevorzugt Wasserstoff, Methyl oder Ethyl und m bevorzugt 0 bis 3, insbesondere 3-Oxabutyl, 3-Oxapentyl, 3,6-Dioxaheptyl, 3,6-Dioxaoctyl, 3,6,9-Tri- oxadecyl, 3,6,9-Trioxaundecyl, 3,6,9, 12-Tetraoxatridecyl und 3,6,9, 12-Tetraoxa- tetradecyl;
• Vinyl; und
• AIIyI
• N,N-Di-Ci-C6-alkyl-amino, wie beispielsweise N,N-Dimethylamino und N,N-Diethyl- amino. Besonders bevorzugt steht der Rest R für unverzweigtes und unsubstituiertes Ci-C18- Alkyl, wie beispielsweise Methyl, Ethyl, AIIyI, 1-Propyl, 1-Butyl, 1-Pentyl, 1-Hexyl, 1-Heptyl, 1-Octyl, 1-Decyl, 1-Dodecyl, 1-Tetradecyl, 1-Hexadecyl, 1-Octadecγl, insbe- sondere für Methyl, Ethyl, 1-Butyl und 1-Octyl sowie für CH3O-(CH2CH2O)^1-CH2CH2- und CH3CH2O-(CH2CH2OVCH2CH2- mit m gleich O bis 3.
Bevorzugt stehen die Reste R1 bis R9 unabhängig voneinander für
• Wasserstoff; • Halogen;
• eine funktionelle Gruppe;
• gegebenenfalls durch funktionelle Gruppen, Aryl, Alkyl, Aryloxy, Alkyloxy, Halogen, Heteroatome und/oder Heterocyclen substituiertes und/oder durch ein oder mehrere Sauerstoff- und/oder Schwefelatome und/oder ein oder mehrere substi- tuierte oder unsubstituierte Iminogruppen unterbrochenes Ci-Ci8-Alkyl;
• gegebenenfalls durch funktionelle Gruppen, Aryl, Alkyl, Aryloxy, Alkyloxy, Halogen, Heteroatome und/oder Heterocyclen substituiertes und/oder durch ein oder mehrere Sauerstoff- und/oder Schwefelatome und/oder ein oder mehrere substituierte oder unsubstituierte Iminogruppen unterbrochenes C2-Ci8-Al keny I; • gegebenenfalls durch funktionelle Gruppen, Aryl, Alkyl, Aryloxy, Alkyloxy, Halogen, Heteroatome und/oder Heterocyclen substituiertes C6-Ci2-Aryl;
• gegebenenfalls durch funktionelle Gruppen, Aryl, Alkyl, Aryloxy, Alkyloxy, Halogen, Heteroatome und/oder Heterocyclen substituiertes C5-Ci2-Cycloalkyl;
• gegebenenfalls durch funktionelle Gruppen, Aryl, Alkyl, Aryloxy, Alkyloxy, HaIo- gen, Heteroatome und/oder Heterocyclen substituiertes C5-Ci2-Cycloalkenyl; oder
• einen gegebenenfalls durch funktionelle Gruppen, Aryl, Alkyl, Aryloxy, Alkyloxy, Halogen, Heteroatome und/oder Heterocyclen substituierten fünf- bis sechsglied- rigen, Sauerstoff-, Stickstoff- und/oder Schwefelatome aufweisenden Heterocyclus bedeuten; oder
zwei benachbarte Reste zusammen für
• einen ungesättigten, gesättigten oder aromatischen, gegebenenfalls durch funktionelle Gruppen, Aryl, Alkyl, Aryloxy, Alkyloxy, Halogen, Heteroatome und/oder Heterocyclen substituierten und gegebenenfalls durch ein oder mehrere Sauerstoff- und/ oder Schwefelatome und/oder ein oder mehrere substituierte oder un- substituierte Iminogruppen unterbrochenen Ring.
Bei gegebenenfalls durch funktionelle Gruppen, Aryl, Alkyl, Aryloxy, Alkyloxy, Halogen, Heteroatome und/oder Heterocyclen substituiertem d- Ci8-Alkyl handelt es sich bevorzugt um Methyl, Ethyl, 1-Propyl, 2-Propyl, 1-Butyl, 2-Butyl, 2-Methyl-l-propyl (Isobu- tyl), 2-Methyl-2-propyl (tert.-Butyl), 1-Pentyl, 2-Pentyl, 3-Pentyl, 2-Methyl-l-butyl, 3-Methyl-l-butyl, 2-Methyl-2-butyl, 3-Methyl-2-butyl, 2,2-Dimethyl-l-propyl, 1-Hexyl, 2-Hexyl, 3-Hexyl, 2-Methyl-l-pentyl, 3-Methyl-l-pentyl, 4-Methyl-l-pentyl, 2-Methyl-2- pentyl, 3-Methyl-2-pentyl, 4-Methyl-2-pentyl, 2-Methyl-3-pentyl, 3-Methyl-3-pentyl, 2,2-Dimethyl-l-butyl, 2,3-Dimethyl-l-butyl, 3,3-Dimethyl-l-butyl, 2-Ethyl-l-butyl, 2,3-Dimethyl-2-butyl, 3,3-Dimethyl-2-butyl, Heptyl, Octyl, 2-Etylhexyl, 2,4,4-Trimethyl- pentyl, 1,1,3,3-Tetrame-thylbutyl, 1-Nonyl, 1-Decyl, 1-Undecyl, 1-Dodecyl, 1-Tridecyl, 1-Tetradecyl, 1-Pentadecyl, 1-Hexadecyl, 1-Heptadecyl, 1-Octadecyl, Cyclopentyl- methyl, 2-Cyclopentylethyl, 3-Cyclo-pentylpropyl, Cyclohexylmethyl, 2-Cyclohexylethyl, 3-Cyclohexylpropyl, Benzyl (Phenylmethyl), Diphenylmethyl (Benzhydryl), Triphenyl- methyl, 1-Phenylethyl, 2-Phenylethyl, 3-Phenylpropyl, α,α-Dimethylbenzyl, p-Tolyl- methyl, l-(p-Butylphenyl)-ethyl, p-Chlorbenzyl, 2,4-Dichlorbenzyl, p-Methoxybenzyl, m-Ethoxybenzyl, 2-Cyanoethyl, 2-Cyanopropyl, 2-Methoxycarbonylethyl, 2-Ethoxycar- bonylethyl, 2-Butoxycarbonylpropyl, l,2-Di-(methoxy-carbonyl)-ethyl, Methoxy, Ethoxy, Formyl, l,3-Dioxolan-2-yl, l,3-Dioxan-2-yl, 2-Methyl-l,3-dioxolan-2-yl, 4-Methyl-l,3-di- oxolan-2-yl, 2-Hydroxyethyl, 2-Hydroxypropyl, 3-Hydro-xypropyl, 4-Hydroxybutyl, 6-Hydroxyhexyl, 2-Aminoethyl, 2-Aminopropyl, 3-Aminopropyl, 4-Aminobutyl, 6-Amino- hexyl, 2-Methylaminoethyl, 2-Methylaminopropyl, 3-Methylaminopropyl, 4-Methylami- nobutyl, 6-Methylaminohexyl, 2-Dimethylaminoethyl, 2-Dimethylaminopropyl, 3-Di- methylaminopropyl, 4-Dimethylaminobutyl, 6-Dimethylaminohexyl, 2-Hydroxy-2,2-di- methylethyl, 2-Phenoxyethyl, 2-Phenoxypropyl, 3-Phenoxypropyl, 4-Phenoxybutyl, 6-Phenoxyhexyl, 2-Methoxyethyl, 2-Methoxypropyl, 3-Methoxypropyl, 4-Methoxybutyl, 6-Methoxyhexyl, 2-Ethoxyethyl, 2-Ethoxypropyl, 3-Ethoxypropyl, 4-Ethoxybutyl, 6-Ethoxyhexyl, Acetyl, CmF2(m-a)+(i-b)H2a+b mit m gleich 1 bis 30, 0 < a < m und b = 0 oder 1 (beispielsweise CF3, C2F5, CH2CH2-C(m.2)F2(m-2)+1, C6F13, C8F17, C10F21, C12F25), Chlormethyl, 2-Chlorethyl, Trichlormethyl, l,l-Dimethyl-2-chlorethyl, Methoxymethyl, 2-Butoxyethyl, Diethoxymethyl, Diethoxyethyl, 2-Isopropoxyethyl, 2-Butoxypropyl, 2-Octyloxyethyl, 2-Methoxyisopropyl, 2-(Methoxycarbonyl)-ethyl, 2-(Ethoxycarbonyl)- ethyl, 2-(n-Butoxycarbonyl)-ethyl, Butylthiomethyl, 2-Dodecγlthioethyl, 2-Phenylthio- ethyl, 5-Hydroxy-3-oxa-pentyl, 8-Hydroxy-3,6-dioxa-octyl, ll-Hydroxy-3,6,9-trioxa- undecyl, 7-Hydroxy-4-oxa-heptyl, ll-Hydroxy-4,8-dioxa-undecyl, 15-Hydroxy-4,8,12- trioxa-penta-decyl, 9-Hydroxy-5-oxa-nonyl, 14-Hydroxy-5,10-dioxa-tetradecyl, 5-Meth- oxy-3-oxa-pentyl, 8-Methoxy-3,6-dioxa-octyl, ll-Methoxy-3,6,9-trioxa-undecyl, 7-Meth- oxy-4-oxa-heptyl, ll-Methoxy-4,8-dioxa-undecyl, 15-Methoxy-4,8,12-trioxa-penta- decyl, 9-Methoxy-5-oxa-no-nyl, 14-Methoxy-5,10-dioxa-tetradecyl, 5-Ethoxy-3-oxa- pentyl, 8-Ethoxy-3,6-dioxa-octyl, ll-Ethoxy-3,6,9-trioxa-undecyl, 7-Ethoxy-4-oxa-hep- tyl, ll-Ethoxy-4,8-dioxa-undecyl/ 15-Ethoxy-4,8,12-trioxa-pentadecyl, 9-Ethoxy-5-oxa- nonyl oder 14-Ethoxy-5,10-oxa-tetra-decyl.
Bei gegebenenfalls durch funktionelle Gruppen, Aryl, Alkyl, Aryloxy, Alkyloxy, Halogen, Heteroatome und/oder Heterocyclen substituiertes und/oder durch ein oder mehrere Sauerstoff- und/oder Schwefelatome und/oder ein oder mehrere substituierte oder un- substituierte Iminogruppen unterbrochenes C2-Ci8-Al kenyl handelt es sich bevorzugt um Vinyl, 2-Propenyl, 3-Butenyl, cis-2-Butenyl, trans-2-Butenyl oder CmF2(m-a)-(i-b)H2a-b mit m < 30, 0 < a < m und b = 0 oder 1.
Bei gegebenenfalls durch funktionelle Gruppen, Aryl, Alkyl, Aryloxy, Alkyloxy, Halogen, Heteroatome und/oder Heterocyclen substituiertes C6- Ci2-Aryl handelt es sich bevorzugt um Phenyl, ToIyI, XyIyI, α-Naphthyl, ß-Naphthyl, 4-Diphenylyl, Chlorphenyl, Di- chlorphenyl, Trichlorphenyl, Difluorphenyl, Methylphenyl, Dimethylphenyl, Tn- methylphenyl, Ethylphenyl, Diethyl phenyl, iso-Propylphenyl, tert.-Butylphenyl, Dode- cylphenyl, Methoxyphenyl, Dimethoxyphenyl, Ethoxyphenyl, Hexyloxyphenyl, Methyl- naphthyl, Isopropylnaphthyl, Chlornaphthyl, Ethoxynaphthyl, 2,6-Dimethylphenyl, 2,4,6-Trimethylphenyl, 2,6-Dimethoxyphenyl, 2,6-Dichlorphenyl, 4-Bromphenyl, 2- Nitrophenyl, 4-Nitrophenyl, 2,4-Dinitrophenyl, 2,6-Dinitrophenyl, 4-Dimethylamino- phenyl, 4-Acetylphenyl, Methoxyethylphenyl, Ethoxymethylphenyl, Methylthiophenyl, Isopropylthiophenyl oder tert.-Butylthiophenyl oder C6F(S-3)H3 mit 0 < a < 5.
Bei gegebenenfalls durch funktionelle Gruppen, Aryl, Alkyl, Aryloxy, Alkyloxy, Halogen, Heteroatome und/oder Heterocyclen substituiertes C5-Ci2-Cycloalkyl handelt es sich bevorzugt um Cyclopentyl, Cyclohexyl, Cyclooctyl, Cyclododecyl, Methylcyclopentyl, Dimethylcyclopentyl, Methylcyclohexyl, Dimethylcyclohexyl, Diethylcyclohexyl, Butylcyc- lohexyl, Methoxycyclohexyl, Dimethoxycyclohexyl, Diethoxycyclohexyl, Butylthiocyclo- hexyl, Chlorcyclohexyl, Dichlorcyclohexyl, Dichlorcyclopentyl, CmF2(nva)-(i-b)H2a-b mit m < 30, 0 < a < m und b = 0 oder 1 sowie ein gesättigtes oder ungesättigtes bicycli- sches System wie z.B. Norbornyl oder Norbornenyl.
Bei gegebenenfalls durch funktionelle Gruppen, Aryl, Alkyl, Aryloxy, Alkyloxy, Halogen, Heteroatome und/oder Heterocyclen substituiertes C5-Ci2-Cycloalkenyl handelt es sich bevorzugt um 3-Cyclopentenyl, 2-Cyclohexenyl, 3-Cydohexenyl, 2,5-Cyclohexadienyl oder CnF2(m-a)-3(i-b)H2a-3b mit m < 30, 0 < a < m und b = 0 oder 1.
Bei einen gegebenenfalls durch funktionelle Gruppen, Aryl, Alkyl, Aryloxy, Alkyloxy, Halogen, Heteroatome und/oder Heterocyclen substituierten fünf- bis sechsgliedrigen, Sauerstoff-, Stickstoff- und/oder Schwefelatome aufweisenden Heterocyclus handelt es sich bevorzugt um Furyl, Thiophenyl, Pyrryl, Pyridyl, Indolyl, Benzoxazolyl, Dioxolyl, Dioxyl, Benzimidazolyl, Benzthiazolyl, Dimethylpyridyl, Methylchinolyl, Dimethylpyrryl, Methoxyfurγl, Dimethoxypyridyl oder Difluorpyridyl.
Bilden zwei benachbarte Reste gemeinsam einen ungesättigten, gesättigten oder aro- matischen, gegebenenfalls durch funktionelle Gruppen, Aryl, Alkyl, Aryloxy, Alkyloxy,
Halogen, Heteroatome und/oder Heterocyclen substituierten und gegebenenfalls durch ein oder mehrere Sauerstoff- und/oder Schwefelatome und/oder ein oder mehrere substituierte oder unsubstituierte Iminogruppen unterbrochenen Ring, so handelt es sich bevorzugt um 1,3-Propylen, 1,4-Butylen, 1,5-Pentylen, 2-Oxa-l,3-propylen, 1-Oxa- 1,3-propylen, 2-Oxa-l,3-propylen, l-Oxa-l,3-propenylen, 3-Oxa-l,5-pentylen, 1-Aza-
1,3-propenylen, l-CrQ-Alkyl-l-aza-l^-propenylen, l,4-Buta-l,3-dienylen, l-Aza-1,4- buta-l,3-dienylen oder 2-Aza-l,4-buta-l,3-dienylen.
Enthalten die oben genannten Reste Sauerstoff- und/oder Schwefelatome und/oder substituierte oder unsubstituierte Iminogruppen, so ist die Anzahl der Sauerstoff- und/oder Schwefelatome und/oder Iminogruppen nicht beschränkt. In der Regel beträgt sie nicht mehr als 5 in dem Rest, bevorzugt nicht mehr als 4 und ganz besonders bevorzugt nicht mehr als 3. Enthalten die oben genannten Reste Heteroatome, so befinden sich zwischen zwei He- teroatomen in der Regel mindestens ein Kohlenstoffatom, bevorzugt mindestens zwei Kohlenstoffatome.
Besonders bevorzugt stehen die Reste R1 bis R9 unabhängig voneinander für
• Wasserstoff;
• unverzweigtes oder verzweigtes, unsubstituiertes oder ein bis mehrfach mit Hydroxy, Halogen, Phenyl, Cyano, Cr C6-Alkoxycarbonyl und/oder SO3H substituiertes CrQβ-Alkyl mit insgesamt 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, wie beispielsweise Methyl, Ethyl, 1-Propyl, 2-Propyl, 1-Butyl, 2-Butyl, 2-Methyl-l-propyl, 2-Methyl-2- propyl, 1-Pentyl, 2-Pentyl, 3-Pentyl, 2-Methyl-l-butyl, 3-Methyl-l-butyl, 2-Methyl- 2-butyl, 3-Methyl-2-butyl, 2,2-Dimethyl-l-propyl, 1-Hexyl, 2-Hexyl, 3-Hexyl, 2- Methyl-1-pentyl, 3-Methyl-l-pentyl, 4-Methyl-l-pentyl, 2-Methyl-2-pentyl, 3- Methyl-2-pentyl, 4-Methyl-2-pentyl, 2-Methyl-3-pentyl, 3-Methyl-3-pentyl, 2,2-Di- methyl-1-butyl, 2,3-Dimethyl-l-butyl, 3,3-Dimethyl-l-butyl, 2-Ethyl-l-butyl, 2,3-
Dimethyl-2-butyl, 3,3-Dimethyl-2-butyl, 1-Heptyl, 1-Octyl, 1-Nonyl, 1-Decyl, 1- Undecyl, 1-Dodecyl, 1-Tetradecyl, 1-Hexadecyl, 1-Octadecyl, 2-Hydroxyethyl, Benzyl, 3-Phenylpropyl, 2-Cyanoethyl, 2-(Methoxycar-bonyl)-ethyl, 2-(Ethoxy- carbonyl)-ethyl, 2-(n-Butoxy-carbonyl)-ethyl, Trifluormethyl, Difluormethyl, Fluor- methyl, Pentafluorethyl, Heptafluorpropyl, Heptafluorisopropyl, Nonafluorbutyl,
Nonafluorisobutyl, Undecylfluorpentyl, Undecylfluorisopentyl, 6-Hydroxyhexyl und Propylsulfonsäure;
• Glykole, Butylenglykole und deren Oligomere mit 1 bis 100 Einheiten und einem Wasserstoff oder einem C1- bis C8-Alkyl als Endgruppe, wie beispielsweise RAO-(CHRB-CH2-O)m-CHRB-CH2- oder RAO-(CH2CH2CH2CH2θ)m-CH2CH2CH2CH2θ- mit RA und RB bevorzugt Wasserstoff, Methyl oder Ethyl und n bevorzugt 0 bis 3, insbesondere 3-Oxabutyl, 3-Oxapentyl, 3,6-Dioxaheptyl, 3,6-Dioxaoctyl, 3,6,9-Tri- oxadecyl, 3,6,9-Trioxaundecyl, 3,6,9, 12-Tetraoxatridecyl und 3,6,9, 12-Tetraoxa- tetradecyl; • Vinyl; und
• AIIyI
• NxN-Di-C1- bis C6-alkyl-amino, wie beispielsweise N,N-Dimethy!amino und N,N- Diethylamino. Ganz besonders bevorzugt stehen die Reste R1 bis R9 unabhängig voneinander für Wasserstoff oder d-Ci8-Alkyl, wie beispielsweise Methyl, Ethyl, 1-Butyl, 1-Pentyl, 1- Hexyl, 1-Heptyl, 1-Octyl, für Phenyl, für 2-Hydroxyethyl, für 2-Cyanoethyl, für 2-(Methoxycarbo-nyl)ethyl, für 2-(Ethoxycarbonyl)ethyl, für 2-(n-Butoxycarbonyl)ethyl, für N,N-Dimethyl-amino, für N,N-Diethylamino, für Chlor sowie für CH3O-(CH2CH2O)n,- CH2CH2- und CH3CH2θ-(CH2CH2θ)m-CH2CH2- mit m gleich O bis 3.
Ganz besonders bevorzugt setzt man als Pyridiniumionen (Ulla) solche ein, bei denen
• einer der Reste R1 bis R5 Methyl, Ethyl oder Chlor ist und die verbleibenden Reste R1 bis R5 Wasserstoff sind;
• R3 Dimethylamino ist und die verbleibenden Reste R1, R2, R4 und R5 Wasserstoff sind;
• alle Reste R1 bis R5 Wasserstoff sind;
• R2 Carboxy oder Carboxamid ist und die verbleibenden Reste R1, R2, R4 und R5 Wasserstoff sind; oder
• R1 und R2 oder R2 und R3 l,4-Buta-l,3-dienylen ist und die verbleibenden Reste R1, R2, R4 und R5 Wasserstoff sind;
und insbesondere solche, bei denen • R1 bis R5 Wasserstoff sind; oder
• einer der Reste R1 bis R5 Methyl oder Ethyl ist und die verbleibenden Reste R1 bis R5 Wasserstoff sind.
Als ganz besonders bevorzugte Pyridiniumionen (lila) seien genannt 1-Methylpyridi- nium, 1-Ethylpyridinium, 1-(1-Butyl)pyridinium, 1-(1-Hexyl)pyridinium, 1-(1-Octyl)pyri- dinium, l-(l-Hexyl)-pyridinium/ l-(l-Octyl)-pyridinium, l-(l-Dodecyl)-pyridinium, 1-(1- Tetradecyl)-pyridinium, l-(l-Hexadecyl)-pyridinium, 1,2-Dimethylpyridinium, l-Ethyl-2- methylpyridi-nium, l-(l-Butyl)-2-methylpyridinium, l-(l-Hexyl)-2-methylpyridinium, 1- (l-Octyl)-2-methylpyridinium, l-(l-Dodecyl)-2-methylpyridinium, l-(l-Tetradecyl)-2- methylpyridi-nium, l-(l-Hexadecyl)-2-methylpyridinium, l-Methyl-2-ethylpyridinium, 1,2-Diethylpyridi-nium, l-(l-Butyl)-2-ethylpyridinium, l-(l-Hexyl)-2-ethylpyridinium, 1- (l-0ctyl)-2-ethylpy-ridinium, l-(l-Dodecyl)-2-ethylpyridinium, l-(l-Tetradecyl)-2-ethyl- pyridinium, l-(l-Hexa-decyl)-2-ethylpyridinium, l,2-Dimethyl-5-ethyl-pyridinium, 1,5- Diethyl-2-methyl-pyridi-nium, l-(l-Butyl)-2-methyl-3-ethyl-pyridinium, l-(l-Hexyl)-2- methyl-3-ethyl-pyridinium und l-(l-Octyl)-2-methyl-3-ethyl-pyridinium, l-(l-Dodecyl)- 2-methyl-3-ethyl-pyridinium, l-tl-Tetradecyl^-methyl-S-ethyl-pyridinium und 1-(1- Hexadecyl)-2-methyl-3-ethyl-pyri-dinium.
Ganz besonders bevorzugt setzt man als Pyridaziniumionen (HIb) solche ein, bei denen
• R1 bis R4 Wasserstoff sind; oder
• einer der Reste R1 bis R4 Methyl oder Ethyl ist und die verbleibenden Reste R1 bis R4 Wasserstoff sind.
Ganz besonders bevorzugt setzt man als Pyrimidiniumionen (IUc) solche ein, bei denen
• R1 Wasserstoff, Methyl oder Ethyl ist und R2 bis R4 unabhängig voneinander Wasserstoff oder Methyl sind; oder
• R1 Wasserstoff, Methyl oder Ethyl ist, R2 und R4 Methyl sind und R3 Wasserstoff ist.
Ganz besonders bevorzugt setzt man als Pyraziniumionen (HId) solche ein, bei denen
• R1 Wasserstoff, Methyl oder Ethyl ist und R2 bis R4 unabhängig voneinander Wasserstoff oder Methyl sind;
• R1 Wasserstoff, Methyl oder Ethyl ist, R2 und R4 Methyl sind und R3 Wasserstoff ist;
• R1 bis R4 Methyl sind; oder
• R1 bis R4 Methyl Wasserstoff sind.
Ganz besonders bevorzugt setzt man als Imidazoliumionen (HIe) solche ein, bei denen
• R1 Wasserstoff, Methyl, Ethyl, 1-Propyl, 1-Butyl, 1-Pentyl, 1-Hexyl, 1-Octyl, AIIyI, 2-Hydroxyethyl oder 2-Cyanoethyl und R2 bis R4 unabhängig voneinander Wasserstoff, Methyl oder Ethyl sind.
Als ganz besonders bevorzugte Imidazoliumionen (HIe) seien genannt 1-Methylimid- azolium, 1-Ethylimidazolium, l-(l-Butyl)-imidazolium, l-(l-Octyl)-imidazolium, 1-(1- Dodecyl)-imidazolium, l-(l-Tetradecyl)-imidazolium, l-(l-Hexadecyl)-imidazolium, 1,3- Dimethyl-imidazolium, l-Ethyl-3-methylimidazolium, l-(l-Butyl)-3-methylimidazolium, l-(l-Butyl)-3-ethylimidazolium, l-(l-Hexyl)-3-methyl-imidazolium, l-(l-Hexyl)-3-ethyl- imidazolium, l-(l-Hexyl)-3-butyl-imidazolium, l-(l-Octyl)-3-methylimidazolium, 1-(1- Octyl)-3-ethylimidazolium, l-(l-Octyl)-3-butylimidazolium, l-(l-Dodecyl)-3-methylimid- azolium, l-(l-Dodecyl)-3-ethylimidazolium, l-(l-Dodecyl)-3-butylimidazolium, 1-(1-Do- decyl)-3-octylimidazolium, l-(l-Tetradecyl)-3-methylimidazolium, l-(l-Tetradecyl)-3- ethylimidazolium, l-(l-Tetradecyl)-3-butylimidazolium, l-(l-Tetradecyl)-3-octylimid- azolium, l-(l-Hexadecyl)-3-methylimidazolium, l-(l-Hexadecyl)-3-ethylimidazolium, 1- (l-Hexade-cyl)-3-butylimidazolium, l-tl-Hexadecy^-S-octylimidazolium, 1,2-Dimethyl- imidazolium, 1,2,3-Trimethylimidazolium, l-Ethyl-2,3-dimethylimidazolium, l-(l-Butyl)- 2,3-dimethylimidazolium, l-(l-Hexyl)-2/3-dimethyl-imidazolium, l-(l-Octyl)-2,3-di- methylimidazolium, 1,4-Dimethylimidazolium, 1,3,4-Trimethylimidazolium, 1,4-Di- methyl-3-ethylimidazolium, 3-butylimidazolium, l,4-Dimethyl-3-octylimidazolium, 1,4,5-Trimethylimidazolium, 1,3,4,5-Tetramethylimidazolium, l,4,5-Trimethyl-3-ethyl- imidazolium, l,4,5-Trimethyl-3-butγlimidazolium und l,4,5-Trimethyl-3-octylimid- azolium.
Ganz besonders bevorzugt setzt man als Pyrazoliumionen (IHf), (HIg) beziehungsweise (HIgO solche ein, bei denen
• R1 Wasserstoff, Methyl oder Ethyl ist und R2 bis R4 unabhängig voneinander Wasserstoff oder Methyl sind. Ganz besonders bevorzugt setzt man als Pyrazoliumionen (HIh) solche ein, bei denen
• R1 bis R4 unabhängig voneinander Wasserstoff oder Methyl sind.
Ganz besonders bevorzugt setzt man als 1-Pyrazoliniumionen (Uli) solche ein, bei denen • unabhängig voneinander R1 bis R6 Wasserstoff oder Methyl sind.
Ganz besonders bevorzugt setzt man als 2-Pyrazoliniumionen (HIj) beziehungsweise (IIIjO solche ein, bei denen
• R1 Wasserstoff, Methyl, Ethyl oder Phenyl ist und R2 bis R6 unabhängig voneinan- der Wasserstoff oder Methyl sind.
Ganz besonders bevorzugt setzt man als 3-Pyrazoliniumionen (IHk) beziehungsweise (HIkO solche ein, bei denen • R1 und R2 unabhängig voneinander Wasserstoff, Methyl, Ethyl oder Phenyl sind und R3 bis R6 unabhängig voneinander Wasserstoff oder Methyl sind.
Ganz besonders bevorzugt setzt man als Imidazoliniumionen (IUI) solche ein, bei de- nen
• R1 und R2 unabhängig voneinander Wasserstoff, Methyl, Ethyl, 1-Butyl oder Phenyl sind, R3 und R4 unabhängig voneinander Wasserstoff, Methyl oder Ethyl sind und R5 und R6 unabhängig voneinander Wasserstoff oder Methyl sind.
Ganz besonders bevorzugt setzt man als Imidazoliniumionen (Ulm) beziehungsweise (HImO solche ein, bei denen
• R1 und R2 unabhängig voneinander Wasserstoff, Methyl oder Ethyl sind und R3 bis R6 unabhängig voneinander Wasserstoff oder Methyl sind.
Ganz besonders bevorzugt setzt man als Imidazoliniumionen (Hin) beziehungsweise (Hin') solche ein, bei denen
• R1 bis R3 unabhängig voneinander Wasserstoff, Methyl oder Ethyl sind und R4 bis R6 unabhängig voneinander Wasserstoff oder Methyl sind.
Ganz besonders bevorzugt setzt man als Thiazoliumionen (IIIo) beziehungsweise (II- IoO sowie als Oxazoliumionen (IIIp) solche ein, bei denen
• R1 Wasserstoff, Methyl, Ethyl oder Phenyl ist und R2 und R3 unabhängig voneinander Wasserstoff oder Methyl sind.
Ganz besonders bevorzugt setzt man als 1,2,4-Triazoliumionen (HIq), (HIq1) beziehungsweise (HIq") solche ein, bei denen
• R1 und R2 unabhängig voneinander Wasserstoff, Methyl, Ethyl oder Phenyl sind und R3 Wasserstoff, Methyl oder Phenyl ist.
Ganz besonders bevorzugt setzt man als 1,2,3-Triazoliumionen (HIr), (HIrO beziehungsweise (HIr") solche ein, bei denen
• R1 Wasserstoff, Methyl oder Ethyl ist und R2 und R3 unabhängig voneinander Wasserstoff oder Methyl sind, oder R2 und R3 zusammen l,4-Buta-l,3-dienylen ist. Ganz besonders bevorzugt setzt man als Pyrrolidiniumionen (IIIs) solche ein, bei denen
• R1 Wasserstoff, Methyl, Ethyl oder Phenyl ist und R2 bis R9 unabhängig voneinander Wasserstoff oder Methyl sind.
Ganz besonders bevorzugt setzt man als Imidazolidiniumionen (HIt) solche ein, bei denen
• R1 und R4 unabhängig voneinander Wasserstoff, Methyl, Ethyl oder Phenyl sind und R2 und R3 sowie R5 bis R8 unabhängig voneinander Wasserstoff oder Methyl sind.
Ganz besonders bevorzugt setzt man als Ammoniumionen (UIu) solche ein, bei denen
• R1 bis R3 unabhängig voneinander Ci-Qβ-Alkyl sind; oder
• R1 und R2 zusammen 1,5-Pentylen oder 3-Oxa-l,5-pentylen sind und R3 Ci-Ci8- Alkyl, 2-Hydroxyethyl oder 2-Cyanoethyl ist.
Als ganz besonders bevorzugte Ammoniumionen (IIIu) seien genannt Methyl-tri-(l- butyl)-ammonium, N,N-Dimethylpiperidinium und N,N-Dimethylmorpholinium.
Beispiele für die tertiären Amine, von denen sich die quartären Ammoniumionen der allgemeinen Formel (IIIu) durch Quaternisierung mit den genannten Resten R ableiten, sind Diethyl-n-butylamin, Diethyl-tert-butylamin, Diethyl-n-pentylamin, Diethylhexyl- amin, Diethyloctylamin, Diethyl-(2-ethylhexyl)-amin, Di-n-propylbutylamin, Di-n-propyl- n-pentyl-amin, Di-n-propylhexylamin, Di-n-propyloctylamin, Di-n-propyl-(2-ethylhexyl)- amin, Di-isopropylethylamin, Di-iso-propyl-n-propylamin, Di-isopropyl-butylamin, Di-iso- propyl-pentylamin, Di-iso-propylhexylamin, Di-isopropyloctylamin, Di-iso-propyl-(2- ethylhexyl)-amin, Di-n-butylethylamin, Di-n-butyl-n-propylamin, Di-n-butyl-n-pentyl- amin, Di-n-butylhexylamin, Di-n-butyloctylamin, Di-n-butyl-(2-ethylhexyl)-amin, N-n- Butyl-pyrrolidin, N-sek-Butylpyrrodidin, N-tert-Butylpyrrolidin, N-n-Pentylpyrrolidin, N,N-Dimethyl-cyclohexylamin, N,N-Diethylcydohexylamin, N,N-Di-n-butylcydohexyl- amin, N-n-Propyl-piperidin, N-iso-Propylpiperidin, N-n-Butyl-piperidin, N-sek-Butylpi- peridin, N-tert-Butylpiperidin, N-n-Pentylpiperidin, N-n-Butylmorpholin, N-sek-Butylmor- pholin, N-tert-Butylmorpholin, N-n-Pentylmorpholin, N-Benzyl-N-ethylanilin, N-Benzyl- N-n-propylanilin, N-Benzyl-N-iso-propylanilin, N-Benzyl-N-n-butylanilin, N,N-Dimethyl-p- toluidin, N,N-Diethyl-p-tolui-din, N,N-Di-n-butyl-p-toluidin, Diethylbenzylamin, Di-n- propylbenzylamin, Di-n-butyl-benzylamin, Diethylphenylamin, Di-n-Propylphenylamin und Di-n-Butylphenylamin.
Bevorzugte tertiäre Amine sind Di-iso-propylethylamin, Diethyl-tert-butylamin, Di-iso- pro-pylbutylamin, Di-n-butyl-n-pentylamin, N,N-Di-n-butyIcyclohexylamin sowie tertiäre Amine aus Pentylisomeren.
Besonders bevorzugte tertiäre Amine sind Di-n-butyl-n-pentylamin und tertiäre Amine aus Pentylisomeren. Ein weiteres bevorzugtes tertiäres Amin, das drei identische Reste aufweist, ist Triallylamin.
Ganz besonders bevorzugt setzt man als Guanidiniumionen (IIIv) solche ein, bei denen R1 bis R5 Methyl sind.
Als ganz besonders bevorzugtes Guanidiniumion (IIIv) sei genannt N,N,N',N',N",N"- Hexamethylguanidinium.
Ganz besonders bevorzugt setzt man als Choliniumionen (IIIw) solche ein, bei denen
• R1 und R2 unabhängig voneinander Methyl, Ethyl, 1-Butyl oder 1-Octyl sind und R3 Wasserstoff, Methyl, Ethyl, Acetyl, -SO2OH oder -PO(OH)2 ist;
• R1 Methyl, Ethyl, 1-Butyl oder 1-Octyl ist, R2 eine -CH2-CH2-OR4-Gruppe ist und R3 und R4 unabhängig voneinander Wasserstoff, Methyl, Ethyl, Acetyl,-SO2OH oder - PO(OH)2 sind; oder
• R1 eine -CH2-CH2-OR4-Gruppe ist, R2 eine -CH2-CH2-OR5-Gruppe ist und R3 bis R5 unabhängig voneinander Wasserstoff, Methyl, Ethyl, Acetyl, -SO2OH oder -
PO(OH)2 sind.
Besonders bevorzugte Choliniumionen (IIIw) sind solche, bei denen R3 ausgewählt ist aus Wasserstoff, Methyl, Ethyl, Acetyl, 5-Methoxy-3-oxa-pentyl, 8-Methoxy-3,6-dioxa- octyl, ll-Methoxy-3,6,9-trioxa-undecyl, 7-Methoxy-4-oxa-heptyl, ll-Methoxy-4,8-di- oxa-undecyl, 15-Methoxy-4,8,12-trioxa-pentadecyl, 9-Methoxy-5-oxa-nonyl, 14-Meth- oxy-5,10-oxa-tetradecyl, 5-Ethoxy-3-oxa-pentyl, 8-Ethoxy-3,6-dioxa-octyl, 11-Ethoxy- 3,6,9-trioxa-undecyl, 7-Ethoxy-4-oxa-heptyl, ll-Ethoxy-4,8-dioxa-undecyl, 15-Ethoxy- 4,8,12-trioxa-pentadecyl, 9-Ethoxy-5-oxa-nonyl oder 14-Ethoxy-5,10-oxa-tetradecyl. Als ganz besonders bevorzugte Choliniumionen (IIIw) seien genannt Trimethyl-2- hydroxy-ethylammonium, Dimethyl-bis-2-hydroxyethylammonium oder Methyl-tris-2- hydroxyethyl-ammonium.
Ganz besonders bevorzugt setzt man als Phosphoniumionen (IHx) solche ein, bei denen • R1 bis R3 unabhängig voneinander Ci-Ci8-Alkyl, insbesondere Butyl, Isobutyl,
1-Hexyl oder 1-Octyl sind.
Unter den vorstehend genannten heterocyclischen Kationen sind die Pyridiniumionen, Pyrazolinium-, Pyrazoliumionen und die Imidazolinium- sowie die Imidazoliumionen bevorzugt. Weiterhin sind Ammonium- sowie Choliniumionen bevorzugt.
Insbesondere bevorzugt sind 1-Methylpyridinium, 1-Ethylpyridinium, 1-(1-Butyl)pyridi- nium, 1-(1-Hexyl)pyridinium, 1-(1-Octyl)pyridinium, l-(l-Hexyl)-pyridinium, 1-(1- Octyl)-pyridinium, l-(l-Dodecyl)-pyridinium, l-(l-Tetradecyl)-pyridinium, 1-(1-Hexa- decyl)-pyridinium, 1,2-Dimethylpyridinium, l-Ethyl-2-methylpyridinium, l-(l-Butyl)-2- methylpyridinium, l-(l-Hexyl)-2-methylpyridinium, l-(l-Octyl)-2-methylpyridinium, 1- (l-Dodecyl)-2-methylpyridinium, l-(l-Tetradecyl)-2-methylpyridinium, 1-(1-Hexa- decyl)-2-methylpyridinium, l-Methyl-2-ethylpyridinium, 1,2-Diethylpyridinium, 1-(1-Bu- tyl)-2-ethylpyridinium, l-(l-Hexyl)-2-ethylpyridinium, l-(l-Octyl)-2-ethylpyridinium, 1- (l-Dodecyl)-2-ethylpyridinium, l-(l-Tetradecyl)-2-ethylpyridinium, l-(l-Hexadecyl)-2- ethylpyridinium, l,2-Dime-thyl-5-ethyl-pyridinium, l,5-Diethyl-2-methyl-pyridinium, 1- (l-Butyl)-2-methyl-3-ethyl-pyridinium, l-(l-Hexyl)-2-methyl-3-ethyl-pyridinium, 1-(1- Octyl)-2-methyl-3-ethyl-pyridinium, l-(l-Dodecyl)-2-methyl-3-ethyl-pyridinium, 1-(1- Tetradecyl)-2-methyl-3-ethyl-pyridinium, l-(l-Hexadecyl)-2-methyl-3-ethyl-pyridinium, 1-Methylimidazolium, 1-Ethylimidazolium, l-(l-Butyl)-imidazolium, l-(l-Octyl)-imid- azolium, l-(l-Dodecyl)-imidazolium, l-(l-Tetradecyl)-imidazolium, l-(l-Hexadecyl)- imidazolium, 1,3-Dimethyl-imidazolium, l-Ethyl-3-methylimidazolium, l-(l-Butyl)-3- methylimidazolium, l-(l-Hexyl)-3-methylimidazolium, l-(l-Octyl)-3-methylimidazolium, l-(l-Dodecyl)-3-methylimidazolium, l-(l-Tetradecyl)-3-methylimidazolium, 1-(1-Hexa- decyl)-3-methylimidazolium, 1,2-Dimethylimidazolium, 1,2,3-Trimethylimidazolium, 1- Ethyl-2,3-dimethylimidazolium, l-(l-Butyl)-2,3-dimethylimidazolium, l-(l-Hexyl)-2,3- dimethylimidazolium und l-Cl-OctyO-Z^-dimethylimidazolium, 1,4-Dimethylimid- azolium, 1,3,4-Trimethylimidazolium, l,4-Dimethyl-3-ethylimidazolium, 3-Butylimidazo- lium, l,4-Dimethyl-3-octylimidazolium, 1,4,5-Trimethylimidazolium, 1,3,4,5-Tetra- methylimidazolium, l,4,5-Trimethyl-3-ethylimidazolium, l,4,5-Trime-thyl-3-butylimid- azolium,l,4,5-Trimethyl-3-octylimidazolium, Trimethyl-2-hydroxyethylammonium, Di- methyl-bis-2-hydroxyethylammonium und Methyl-tris-2-hydroxyethylammonium.
Als Anionen sind prinzipiell alle Anionen einsetzbar.
Das Anion [Y]"" der ionischen Flüssigkeit ist beispielsweise ausgewählt aus
• der Gruppe der Halogenide und halogenhaltigen Verbindungen der Formel:
F, Cr, Br", T, BF4 ", PF6 ", CF3SO3 ", (CF3SO3)2N", CF3CO2 ", CCl3CO2 ", CN", SCN", OCN-
• der Gruppe der Sulfate, Sulfite und Sulfonate der allgemeinen Formel: SO4 2-, HSO4-, SO3 2", HSO3 ", R3OSO3 ", R3SO3 " • der Gruppe der Phosphate der allgemeinen Formel PO4 3", HPO4 2', H2PO4 ", R3PO4 2", HR3PO4 ", RaRbPO4 "
• der Gruppe der Phosphonate und Phosphinate der allgemeinen Formel: RaHPO3 ,RaRbPO2-, RaRbPO3 "
• der Gruppe der Phosphite der allgemeinen Formel: PO3 3", HPO3 2", H2PO3 ", R3PO3 2", R3HPO3 ", RaRbPO3-
• der Gruppe der Phosphonite und Phosphinite der allgemeinen Formel: R3R13PO2 ", R3HPO2 ", RaRbPO", R3HPO"
• der Gruppe der Carbonsäuren der allgemeinen Formel: R3COO" • der Gruppe der Borate der allgemeinen Formel:
BO3 3", HBO3 2", H2BO3 ", RaRbBO3 ", R3HBO3 ", R3BO3 2", B(ORa)(ORb)(ORc)(ORd)", B(HSO4)", B(RaS04)"
• der Gruppe der Boronate der allgemeinen Formel: R3BO2 2", R3RbBO- • der Gruppe der Silikate und Kieselsäuresäureester der allgemeinen Formel:
SiO4 4", HSiO4 3", H2SiO4 2", H3SiO4 ", R3SiO4 3", R3R0SiO4 2", R3RbRcSi04 ", HR3SiO4 2", H2R3SiO4 ", HRaRbSi04 "
• der Gruppe der Alkyl- bzw. Arylsilan-Salze der allgemeinen Formel: R3SiO3 3", RaRbSi02 2", RaRbRcSi0", RaRbRcSi03 ", R3R^SiO2 ", RaRbSi03 2" • der Gruppe der Carbonsäureimide, Bis(sulfonyl)imide und Sulfonylimide der allgemeinen Formel:
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der Gruppe der Methide der allgemeinen Formel:
SO2-R3
Rb-O2S SO2-RC
Darin bedeuten Ra, Rb, Rc und Rd unabhängig voneinander jeweils Wasserstoff, Ci-C30- Alkyl, gegebenenfalls durch ein oder mehrere nicht-benachbarte Sauerstoff- und/oder Schwefelatome und/oder ein oder mehrere substituierte oder unsubstituierte Imi- nogruppen unterbrochenes C2-Ci8-Alkyl, C6-Ci4-Aryl, C5-Ci2-Cydoalkyl oder einen fünf- bis sechsgliedrigen, Sauerstoff-, Stickstoff- und/oder Schwefelatome aufweisenden Heterocyclus, wobei zwei von ihnen gemeinsam einen ungesättigten, gesättigten oder aromatischen, gegebenenfalls durch ein oder mehrere Sauerstoff- und/oder Schwefel- atome und/oder ein oder mehrere unsubstituierte oder substituierte Iminogruppen unterbrochenen Ring bilden können, wobei die genannten Reste jeweils zusätzlich durch funktionelle Gruppen, Aryl, Alkyl, Aryloxy, Alkyloxy, Halogen, Heteroatome und/oder Heterocyclen substituiert sein können.
Darin sind gegebenenfalls durch funktionelle Gruppen, Aryl, Alkyl, Aryloxy, Alkyloxy, Halogen, Heteroatome und/oder Heterocyclen substituiertes Ci-Ci8-Alkyl beispielsweise Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, n-Butyl, sec-Butyl, tert.-Butyl, Pentyl, Hexyl, Heptyl, Octyl, 2-Ethylhexyl, 2,4,4-Trimethylpentyl, Decyl, Dodecyl, Tetradecyl, Hetadecyl, Oc- tadecyl, 1,1-Dimethylpropyl, 1,1-Dimethylbutyl, 1,1,3,3-Tetramethylbutyl, Benzyl, 1- Phenylethyl, α,α-Dimethylbenzyl, Benzhydryl, p-Tolylmethyl, l-(p-Butylphenyl)-ethyl, p-Chlorbenzyl, 2,4-Dichlorbenzyl, p-Methoxybenzyl, m-Ethoxybenzyl, 2-Cyanoethyl, 2- Cyanopropyl, 2-Methoxycarbonethyl, 2-Ethoxycarbonylethyl, 2-Butoxycarbonylpropyl, l,2-Di-(methoxycarbonyl)-ethyl, 2-Methoxyethyl, 2-Ethoxyethyl, 2-Butoxyethyl, Dietho- xymethyl, Diethoxyethyl, l,3-Dioxolan-2-yl, l,3-Dioxan-2-yl, 2-Methyl-l,3-dioxolan-2- yl, 4-Methyl-l,3-dioxo-lan-2-yl, 2-Isopropoxyethyl, 2-Butoxypropyl, 2-Octyloxyethyl, Chlormethyl, Trichlormethyl, Trifluormethyl, l,l-Dimethyl-2-chlorethyl, 2-Methoxyiso- propyl, 2-Ethoxyethyl, Butylthiomethyl, 2-Dodecylthioethyl, 2-Phenlythioethyl, 2,2,2- Trifluorethyl, 2-Hydroxyethyl, 2-Hydroxypropyl, 3-Hydroxypropyl, 4-Hydroxybutyl, 6- Hydroxyhexyl, 2-Aminoethyl, 2-Aminopropyl, 4-Aminobutyl, 6-Aminohexyl, 2-Methyl- aminoethyl, 2-Methylaminopropyl, 3-Methylaminopropyl, 4-Methylaminobutyl, 6- Methylaminohexyl, 2-Dimethylaminoethyl, 2-Dimethylaminopropyl, 3-Dimethylamino- propyl, 4-Dimethylaminobutyl, 6-Dimethylaminohexyl, 2-Hydroxy-2,2-dimethylethyl, 2- Phenoxyethyl, 2-Phenoxypropyl, 3-Phenoxypropyl, 4-Phenoxybutyl, 6-Phenoxyhexyl, 2- Methoxyethyl, 2-Methoxypropyl, 3-Methoxypropyl, 4-Methoxybutyl, 6-Methoxyhexyl, 2- Ethoxyethyl, 2-Ethoxypropyl, 3-Ethoxypropyl, 4-Ethoxybutyl oder 6-Ethoxyhexyl.
Gegebenenfalls durch ein oder mehrere nicht-benachbarte Sauerstoff- und/oder Schwefelatome und/oder ein oder mehrere substituierte oder unsubstituierte Imino- gruppen unterbrochenes C2-C18-Alkyl sind beispielsweise 5-Hydroxy-3-oxapentyl, 8- Hydroxy-3,6-dioxaoctyl, ll-Hydroxy-3,6,9-trioxaundecyl, 7-Hydroxy-4-oxaheptyl, 11- Hydroxy-4,8-dioxaundecyl, 15-Hydroxy-4,8,12-trioxapentadecyl, 9-Hydroxy-5-oxa- nonyl, 14-Hydroxy-5,10-oxatetradecyl, 5-Methoxy-3-oxapentyl, 8-Methoxy-3,6-dioxa- octyl, ll-Methoxy-3,6,9-trioxaundecyl, 7-Methoxy-4-oxaheptyl, ll-Methoxy-4,8-dioxa- undecyl, 15-Methoxy-4,8,12-trioxapentadecyl, 9-Methoxy-5-oxanonyl, 14-Methoxy- 5,10-oxatetradecyl, 5-Ethoxy-3-oxapentyl, 8-Ethoxy-3,6-dioxaoctyl, ll-Ethoxy-3,6,9-tri- oxaundecyl, 7-Ethoxy-4-oxaheptyl, ll-Ethoxy-4,8-dioxaundecyl, 15-Ethoxy-4,8,12-tri- oxapentadecyl, 9-Ethoxy-5-oxanonyl oder 14-Ethoxy-5,10-oxatetradecyl.
Bilden zwei Reste einen Ring, so können diese Reste gemeinsam beispielsweise als anellierter Baustein 1,3-Propylen, 1,4-Butylen, 2-Oxa-l,3-propylen, l-Oxa-l,3-pro- pylen, 2-Oxa-l,3-propenylen, l-Aza-l,3-propenylen, l-CrQ-Alkyl-l-aza-l^-pro- penylen, l,4-Buta-l,3-dienylen, l-Aza-l,4-buta-l,3-dienylen oder 2-Aza-l,4-buta-l,3- dienylen bedeuten.
Die Anzahl der nicht-benachbarten Sauerstoff- und/oder Schwefelatome und/oder Imi- nogruppen ist grundsätzlich nicht beschränkt, bzw. beschränkt sich automatisch durch die Größe des Rests oder des Ringbausteins. In der Regel beträgt sie nicht mehr als 5 in dem jeweiligen Rest, bevorzugt nicht mehr als 4 oder ganz besonders bevorzugt nicht mehr als 3. Weiterhin befinden sich zwischen zwei Heteroatomen in der Regel mindestens ein, bevorzugt mindestens zwei Kohlenstoffatom(e).
Substituierte und unsubstituierte Iminogruppen können beispielsweise Imino-, Methy- limino-, iso-Propylimino, n-Butylimino oder tert-Butylimino sein.
Unter dem Begriff „funktionelle Gruppen" sind beispielsweise die folgenden zu verste- hen: Carboxy, Carboxamid, Hydroxy, Di-(Ci-C,-Alkyl)-amino, d-C4-Alkyloxycarbonyl, Cyano oder Ci-Q-Alkoxy. Dabei ist Ci bis C4-AIlCyI Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, n- Butyl, sec-Butyl oder tert.-Butyl.
Gegebenenfalls durch funktionelle Gruppen, Aryl, Alkyl, Aryloxy, Alkyloxy, Halogen, Heteroatome und/oder Heterocyclen substituiertes C6-Ci4-Aryl sind beispielsweise Phe- nyl, ToIyI, XyIyI, α-Naphthyl, ß-Naphthyl, 4-Diphenylyl, Chlorphenyl, Dichlorphenyl, Trichlorphenyl, Difluorphenyl, Methylphenyl, Dimethylphenyl, Trimethylphenyl, Ethylphenyl, Diethylphenyl, iso-Propylphenyl, tert.-Butylphenyl, Dodecylphenyl, Metho- xyphenyl, Dimethoxyphenyl, Ethoxyphenyl, Hexyloxyphenyl, Methylnaphthyl, Isopro- pylnaphthyl, Chlornaphthyl, Ethoxynaphthyl, 2,6-Dimethylphenyl, 2,4,6-Trimethyl- phenyl, 2,6-Dimethoxyphenyl, 2,6-Dichlorphenyl, 4-Bromphenyl, 2- oder 4-Nitrophenyl, 2,4- oder 2,6-Dinitrophenyl, 4-Dimethylaminophenyl, 4-Acetylphenyl, Methoxyethyl- phenyl oder Ethoxymethylphenyl.
Gegebenenfalls durch funktionelle Gruppen, Aryl, Alkyl, Aryloxy, Halogen, Heteroatome und/oder Heterocyclen substituiertes C5-Ci2-Cycloalkyl sind beispielsweise Cyclopentyl, Cyclohexyl, Cyclooctyl, Cyclododecyl, Methylcyclopentyl, Dimethylcyclopentyl, Methyl- cyclohexyl, Dimethylcyclohexyl, Diethylcyclohexyl, Butylcyclohexyl, Methoxycyclohexyl, Dimethoxycyclohexyl, Diethoxycyclohexyl, Butylthiocyclohexyl, Chlorcyclohexyl, Dich- lorcyclohexyl, Dichlorcyclopentyl sowie ein gesättigtes oder ungesättigtes bicyclisches System wie Norbornyl oder Norbornenyl.
Ein fünf- bis sechsgliedriger, Sauerstoff-, Stickstoff- und/oder Schwefelatome aufweisender Heterocyclus ist beispielsweise Furyl , Thiophenyl, Pyryl, Pyridyl, Indolyl, Benzo- xazolyl, Dioxolyl, Dioxyl, Benzimidazolyl, Benzthiazolyl, Dimethylpyridyl, Methylchinolyl, Dimethylpyryl, Methoxifuryl, Dimethoxipyridyl, Diflourpyridyl, Methylthiophenyl, Isopro- pylthiophenyl oder tert.-Butγlthiophenyl.
Es versteht sich von selbst, dass auch im Einzelfall der Einsatz einer gezielt eingestellten Mischung verschiedener oben bezeichneter ionischer Flüssigkeiten vorteilhaft vorgenommen werden kann. Im Rahmen der Erfindung hat es sich gezeigt, dass ionische Flüssigkeiten mit einem Imidazolium-Kation in dem betreffenden Salz von besonderem Vorteil sind. Ganz besonders bevorzugt ist es hier, wenn die 1- sowie 3-Stellung oder die 1-, 2- sowie 3-Stellung des Imidazolium-Rings mit einer (Ci-C6)-Alky-Gruppe substituiert sind. Von besonderem Vorteil hat es sich erwiesen, wenn das Imidazolium-Kation ein l-Ethyl-3-methylimidazolium-, 1,3-Dimethylimidazolium- oder ein l-Butyl-3-methyl- imidazolium-Kation ist.
Die oben dargestellten Kationen der ionischen Flüssigkeiten sind auch bezüglich der Wahl des korrespondierenden Anions nicht wesentlich eingeschränkt. Besonders bevorzugt ist es, wenn das Anion zu dem jeweiligen Kation ein Halogenid-, Perchlorat-, Pseudohalogenid-, Sulfat-, insbesondere Hydrogensulfat-, Sulfilt-, Sulfonat-, Phosphat-, Alkylphosphat-, insbesondere das Mono- und/oder Dialkylphosphat-Anion (bevorzugte Alkylgruppe Me-thyl-, Ethyl- oder Propylgruppe) und/oder ein Carboxylat-Anion, insbesondere ein Ci-C6-Carboxylat-Anion (vorzugsweise Acetat- oder Proprionat-Anion) ist. Es wird besonders bevorzugt, wenn das Halogenid-Ion als Chlorid-, Bromid- und/oder Iodid-Ion, das Pseudohalogenid-Ion als Cyanid-, Thiocyanat-, Cyanid- und/oder Cya- nat-Ion und das Ci-C6-Carboxylat-Ion als Formiat-, Acetat-, Propionat-, Butyrat-, Hexa- noat-, Maleat-, Fumarat-, Oxalat-, Lactat-, Pyruvat, Methansulfonat-, Tosylat- und/oder Alkansulfate-Ion vorliegen.
Der Ordnung halber sollen noch folgende vorteilhafte Anionen bezeichnet werden: Ra-COO", R"aSO" 3, RaRbPO" 4 (worin Ra und Rb die vorstehend bereits dargestellte Bedeu- tung haben), wozu insbesondere die Anionen der Formel (CH3O)2PO2 " und (C2H5O)2PO2 " sowie das Benzoat-Anion zählen, vorzugsweise (C2H5O)2PO2 " sowie das Benzoat-Anion. Dem Fachmann ist es ohne Weiteres möglich, für den jeweiligen Anwendungsfall der Erfindung die besonders geeignete ionische Flüssigkeit einzusetzen. Besonders bevor- zugte ionische Flüssigkeiten sind: l-Ethyl-3-methylimidazolium-acetat, 1,3-Dimethyl- imidazolium-acetat, l-Butyl-3-methylimidazolium-acetat, l-Ethyl-3-methylimidazolium- chlorid, l-Ethyl-3-methylimidazolium-diethylphosphat, l-Methyl-3-methylimidazolium- dimethylphosphat, l-Ethyl-3-methylimidazolium-formiat, l-Ethyl-3-methylimidazolium- octanoat, 1,3-Diethylimidazolium-acetat und l-Ethyl-3-methylimidazolium-propionat. Hierunter sind ganz besonders bevorzugt: l-Ethyl-3-methylimidazolium-acetat, 1,3-Di- methylimidazolium-acetat, l-Butyl-3-methylimidazolium-acetat, l-Ethyl-3-methylimid- azolium-diethylphosphat, l-Methyl-3-methylimidazolium-dimethylphosphat, 1,3-Diethyl- imidazoliumacetat und l-Ethyl-3-methylimidazolium-propionat.
Es ist ohne Weiteres ersichtlich, dass es vielfältige Möglichkeiten gibt, eine besonders geeignete ionische Flüssigkeit für den jeweiligen Anwendungszweck auszuwählen, dies insbesondere auch im Hinblick auf den jeweiligen anionischen und kationischen Teil. Unter der Vielzahl der oben dargestellten Möglichkeiten sollen nachfolgend verschiedene Anionen, Kationen sowie Anionen-/ Kationen-Paare als bevorzugt herausgestellt werden:
Anionen: RaCOO-, worin bedeuten: Ra vorzugsweise Alkyl, insbesondere Ci-C8-Alkyl und ganz besonders bevorzugt Ci-C3-Alkyl, oder Phenyl; Phosphat, vorzugsweise Dial- kylphosphat, insbesondere Di-(Ci-C3-Alkyl)phosphat, wobei be sonders bevorzugt ist Dimethylphosphat, Diethylphosphat und Di-n-propylphosphat; Phosphonat, insbesondere O-Alkyl-alkylphosphonat, wobei besonders bevorzugt ist O-Methyl-methyl- phosphonat, O-Methyl-ethylphosphonat, O-Ethyl-methylphosphonat und O-Ethyl- ethyl phosphonat.
Kationen: Verbindungen der vorstehend bereits bezeichneten Formel IHe, insbesondere l-Ethyl-3-methylimidazolium (EMIM), l-Butyl-3-methylimidazolium (BMIM), 1-Ethyl- 2,3-dimethylimidazolium (EMMIM) und l-Butyl-2,3-dimethylimidazolium (BMMIM); Verbindungen der vorstehend bezeichneten Formel IHa, insbesondere N-Alkyl-pyryidinium, besonders bevorzugt N-Methyl-pyridinium, N-Ethylpyridinium, N-Methyl-2-methylpyridi- nium, N-Methyl-3-methylpyridinium, N-Ethyl-2-methylpyridinium und N-Ethyl-3-methyl- pyridinium; Verbindungen der vorstehend bezeichneten Formel Ulf, insbesondere 1,2,4-Trimethylpyrazolium.
Für eine besonders bevorzugte Kombination Anion + Kation unter den vorstehend dargestellten Möglichkeiten können angegeben werden: RaCOO" + Verbindungen der vorstehend bezeichneten Formel IHe und Phosphat + Verbindungen der vorstehend bezeichneten Formel IHe.
Ferner sei darauf hingewiesen, dass die nachfolgenden Darstellungen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung betreffen, insbesondere die oben im Einzelnen detailliert dargestellten Verbindungen. Sollte im Einzelfall auf eine spezielle ionische Flüssigkeit Bezug genommen werden, dann ist es für den Fachmann ohne Weiteres ersichtlich, dass diese Aussagen gleichermaßen auch für die weiteren dargestellten ionischen Flüs- sigkeiten gelten.
Ein möglicher Grund für den besonderen Vorteil der vorstehend bezeichneten Anionen könnte darin liegen, dass diese besonders starke Wasserstoff-bindende Akzeptoren sind und dies ein Grund für die guten Lösungsergebnisse ist. Alle diese Anionen sind als Wasserstoff-bindende Akzeptoren bekannt und nehmen an einem ausgedehnten Wasserstoff-Bindungsnetzwerk teil. Es ist dem Fachmann überlassen, hier anhand von einfachen Tests zu ermitteln, welche Anionen im Einzelfall für das jeweils gewählte Kohlenhydrat, das gelöst und regeneriert werden soll, besonders geeignet sind.
Wie die obigen Darstellungen zeigen, ist die vorliegende Erfindung in der Wahl der ionischen Flüssigkeiten nicht eingeschränkt. Als bevorzugt kann es herausgestellt werden, dass ionische Flüssigkeit ein Kation mit Amidiniumstruktur enthält. Dabei ist das Kation vorzugsweise ein substituiertes oder unsubstituiertes Imidazolium-Kation. Das Imidazolium-Kation der ionischen Flüssigkeit ist vorzugsweise in der 1- sowie 3- Stellung oder in der 1-, 2- sowie 3-Stellung mit (d-C6)-Alkylgruppen substituiert. Besonders bevorzugt ist es, wenn das Imidazolium-Kation das l-Ethyl-3- methylimidazolium-, 1,3-Dimethylimidazolium-, 1-3-Diethylimidazolium- oder das 1- Butyl-3-methyl-imidazolium-Kation ist. Bevorzugt ist es, wenn das Anion der ionischen Flüssigkeit ein Halogenid-, Perchlorat-, Pseudohalogenid-, Sulfat-, Phosphat-, Alkylphosphat-, insbesondere ein Q-C6- Carboxylat-Ion ist. Ferner wird es bevorzugt, dass das Halogenid-Ion als Chlorid-, Bro- mid- und/oder Iodid-Ion, das Pseudohalogenid-Ion als Cyanid-, Thiocyanat- und/oder Cyanat-Ion und das Ci-C6-Carboxylat-Ion als Formiat-, Acetat-, Propionat-, Butyrat-, Hexanoat-, Maleat-, Fumarat-, Oxalat-, Lactat- und/oder Pyruvat-Ion vorliegt. Folgende ionische Flüssigkeiten haben sich als besonders bevorzugt erwiesen: l-Ethyl-3- methylimidazolium-acetat, 1,3-Dimethylimid-azolium-acetat, l-Ethyl-3-methyl-imidazo- lium-chlorid, l-Butyl-3-methyl-imid-azolium-acetat, l-Ethyl-3-methyl-imidazolium-die- thylphosphat, l-Methyl-3-methylimid-azolium-dimethylphos-phat, l-Ethyl-3-methyl- imidazolium-formiat, l-Ethyl-3-methylimid-azolium-octanoat, 1,3-Di-ethylimidazolium- acetat, 1,3-Diethylimidazolium-chlorid und/ oder l-Ethyl-3-methylimidazolium- propionat.
Für die Zwecke der Erfindung ist es von Vorteil, wenn die geschmolzene ionische Flüssigkeit einen Schmelzpunkt von -100 bis +150 0C, insbesondere von -30 bis +100 0C, aufweist, wobei der Bereich von -30 bis +80 0C besonders bevorzugt ist. Die ionischen Flüssigkeiten eines Schmelzpunktes von mehr als 100 0C können insbesondere dann eingesetzt werden, wenn ein thermischer Abbau des darin gelösten Biopolymers aus- geschlossen werden kann. In der Mehrzahl der Fälle ist es vorteilhaft, diesen Höchstwert nicht zu überschreiten. Das oben bezeichnete Lösungssystem steht zur Verfügung, um darin beliebige Biopolymere zu lösen und einer Regenerierung in einem Koagulationsmedium, zu unterziehen, das bezüglich der Auswahl des darin eingesetzten Koagulationsmittels oder Koagulationsmittelgemisches den oben definierten Rahmen- bedingungen zur Oberflächenspannung gemäß der Erfindung einhält.
Vorzugsweise liegen die Biopolymeren in Form von Kohlenhydraten als Stärke, CeIIuIo- se und/oder Derivate von Stärke und Cellulose vor. Bevorzugt ist es, wenn die Derivate Ester oder Ether darstellen. Bei den Estern kann es sich um Celluloseacetat und CeIIu- losebutyrat und bei den Ethern um Carboxymethylcellulose, Hydroxyethylcellulose und Hydroxypropylcellulose handeln.
Bei der Quantifizierung der zu lösenden Biopolymeren unterliegt die Erfindung keiner wesentlichen Einschränkung. Vorzugsweise werden die Stärke, die Cellulose und/oder deren Derivate in dem Lösungssystem in einer Menge von 1 bis 35 Gew.-%, insbesondere in einer Menge von etwa 5 bis 20 Gew.-%, eingesetzt. Wird der Wert von etwa 1 Gew.-% unterschritten, dann stellt sich die wünschenswerte Wirtschaftlichkeit nicht ein.
Im Hinblick auf die angestrebte Qualität des regenerierten Biopolymers ist es zweckmäßig, die Stärke, die Cellulose und/oder deren Derivate weitgehend in dem Lösungssystem zu lösen. Dies begünstigt eine vorteilhafte Qualität. Daher ist es zweckmäßig, wenn das Auflösen in dem Lösungssystem bei etwa 20 bis 150 0C, insbesondere bei etwa 30 bis 120 0C, erfolgt.
Bei der angestrebten Regenerierung der in dem bezeichneten Lösungssystem gelösten Biopolymere in Form von Kohlenhydraten in dem Koagulationsmedium ist es zweckmäßig, die Viskosität des Lösungssystems gezielt einzustellen. Zweckmäßigerweise liegt die Nullviskosität dieses Lösungssystems (gemessen mit einem Rotationsviskosimeter) zwischen etwa 5 und 150.000 Pa. s, insbesondere zwischen etwa 10 und 100.000 Pa. s. Weitergehend ist bevorzugt, wenn die Nullviskosität zwischen etwa 5 und 10.000 Pa.s, insbesondere zwischen etwa 10 und 2.500 Pa.s liegt, wobei in diesem Rahmen der Nullviskosität die Verarbeitung des Lösungssystems beispielsweise in einem Extruder besonders vorteilhaft ist.
Von besonderem Wert für die Regenerierung von Cellulose bzw. deren Derivaten anhand des erfindungsgemäßen Lösungssystems ist es, wenn diese einen durchschnittlichen Polymerisationsgrad von etwa 200 bis 3500, insbesondere von etwa 300 bis 1500, aufweisen. Durch die Verarbeitung höher molekularer Cellulose (DP größer 800) werden vorteilhafte Produkteigenschaften, wie beispielsweise Festigkeit, Modul und Steifigkeit erreicht.
Zwar ist es nicht Bestandteil der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung des oben bezeichneten Lösungssystems auf der Basis einer geschmolzenen ionischen Flüssigkeit mit einem Gehalt an zu regenerierenden Biopolymeren zu bezeichnen. Ein entsprechendes Verfahren geht bereits aus der PCT/EP2006/012748 hervor. Dennoch soll zur besseren Ausübung der vorliegenden Erfindung dargestellt werden, auf welche Weise ein besonders geeignetes und die Biopolymere enthaltendes Lösungssystem hergestellt werden kann: Danach wird das Biopolymer in Form des Kohlenhydrats, insbesondere Cellulose, Stärke und/oder Derivate hiervon, mit der geschmolzenen ionischen Flüssigkeit, wie vorstehend definiert, so lange gemischt, bis das Auflösen in dem erforderlichen Umfang durchgeführt worden ist, insbesondere vollständig ist. Zu den besonderen quantitativen Ausgestaltungen wird auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen.
Das Mischen der Ausgangsbestandteile des Lösungssystems, enthaltend Biopolymere, erfolgt vorzugsweise unter Einwirkung hoher Scherkräfte, insbesondere anhand eines Extruders. Hierbei hat sich ein Doppelschneckenextruder als besonders vorteilhaft erwiesen. Das Auflösen wird dadurch weitergehend begünstigt, indem beim Mischen gleichzeitig mit Mikrowellen bestrahlt wird, insbesondere Ultraschall zur Einwirkung kommt. Begünstigt wird das Auflösen der Biopolymere durch Anheben der Temperatur des Lösungssystems. Zweckmäßigerweise beträgt die erhöhte Temperatur etwa 20 bis 150 0C, insbesondere etwa 30 bis 120 0C.
Es wurde vorstehend bereits dargelegt, dass beliebige Biopolymere im Rahmen der Erfindung vorteilhaft behandelt bzw. weiterverarbeitet und regeneriert werden können.
Von besonderem Vorteil ist das erfindungsgemäße Verfahren zur regenerierenden Aufarbeitung von Celluloseausgangsmaterialien. Das Celluloseausgangsmaterial liegt vorzugsweise als faserige Cellulose, insbesondere Holzpulpe, Unters, Papier, und/oder in Form anderer Naturcellulosefasern vor. Unter den Naturcellulosefasern können Hanf-, Kokos-, Jute-, Bambus- und/oder Sisal-Fasern als vorteilhaft herausgestellt werden. Im Hinblick auf die angestrebte optimale Qualität des regenerierten Biopolymers, insbesondere von regenerierter Cellulose, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, nicht nur eine oder mehrere der vorstehend angesprochenen bevorzugten Maßnahmen zu ergreifen, beispielsweise das Entgasen, sondern das Lösungssystem, das das Biopolymer enthält, vor der Weiterverarbeitung über ein Filter zu filtrieren, insbesondere unter Druckbeaufschlagung oder unter Vakuum, um beispielsweise eventuell vorhandene ungelöste Teilchen, aber auch ein eventuell gebildetes Mikrogel auszuschließen. Das bedeutet, dass ein "vollständiges Lösen" angestrebt werden soll. Diese vollständige Lösung lässt sich dadurch erhalten, dass man die Lösung des Biopolymers durch ein Filtergewebe mit einer Maschenweite von als 25 Mesh filtrieren lässt, die filtrierte Lö- sung klar und deren Fließverhalten strukturviskos ist, so dass sie dann keine Gelteilchen enthält und damit technisch besonders vorteilhaft weiterverarbeitbar ist. Es ist von Vorteil, wenn die Menge an Mikrogel unter 2 Gew.-% liegt.
Zur Qualitätsverbesserung des angestrebten Verfahrenserzeugnisses ist es zweckmäßig, wie bereits vorstehend angesprochen, das Lösungssystem vor der Weiterverarbeitung zur Regenerierung der darin enthaltenen Biopolymere, insbesondere Cellulose, zu entgasen, was zweckmäßigerweise unter Rühren und/oder unter Vakuum durchgeführt wird. Hierüber gibt es keine speziellen Rahmenbedingungen.
Um den erfindungsgemäßen Gedanken bei der Regenerierung von Biopolymeren, insbesondere Cellulose, zu optimieren, ist es zweckmäßig, der Viskosität des Lösungssystems mit dem gelösten Biopolymer Aufmerksamkeit zuzuwenden. So ist es von Vorteil, wenn z.B. das Cellulose enthaltende Lösungssystem eine hohe Viskosität aufweist. Im Rahmen der Erfindung ist es zweckmäßig, hier eine Nullviskosität (gemessen mit einem Rotationsviskosimeter) zwischen etwa 5 und 150.000 Pa. s einzustellen, insbesondere zwischen 10 und 100.000 Pa. s, wobei der Bereich von 100 bis 90.000 besonders bevorzugt ist. Der Gehalt an Cellulose in dem Lösungssystem liegt vorzugsweise zwischen etwa 5 und 30 Gew.-%, während der durchschnittliche Polymerisationsgrad insbeson- dere bis zu 3500 beträgt, und ganz besonders bevorzugt zwischen etwa 300 bis 1500 liegen sollte. In Einzelfällen ist es besonders vorteilhaft, den Mindestwert auf etwa 350 und den Höchstwert auf etwa 1500 einzustellen. Die obigen Angaben zur Cellulose gelten, was hervorgehoben werden soll, gleichermaßen für Derivate, insbesondere in Form der Ester und Ether.
Zwar ist es für die erfolgreiche Verwirklichung der Erfindung nicht erforderlich, zwingend spezielle Additive einzubeziehen. Zur Einstellung besonderer Eigenschaften des gewonnenen ausgefällten Materials, insbesondere in Form von Filamenten oder Stapelfasern von Cellulose, können aber Additive hinzugefügt werden. Diese können an ver- schiedenen Stellen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt werden. So können sie dem die Biopolymere enthaltenden Lösungssystem, dem Koagulationsmedium und/oder in einem nachgeschalteten Schritt, beispielsweise in einem Modifizierungsmedium, eingesetzt werden. Bei den Additiven kann es sich beispielsweise um Mikro- kapseln, Porenbildner, Weichmacher, Mattierungsmittel, Flammschutzmittel, Bakterizi- de, Vernetzungsmittel, Hydrophobiermittel, Antistatika und/oder Farbmittel handeln. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn ein Alkohol, ein Gemisch von Alkoholen, ein Gemisch aus Alkohol(en) und Wasser im Koagulationsmedium enthalten ist, wobei die Menge so bemessen sein muss, dass das Erfindungsziel erreicht wird. Zu den Additiven ist noch auszuführen, sofern sie in Betracht kommen, dass sie vorzugsweise in dem Koagulationsmedium, dem Lösungssystem und/oder einem nachfolgenden Modifizierungsbad löslich und/oder fein dispergierbar sind. Dies führt dazu, dass die Verfahrenserzeugnisse in ihrer Homogenität nicht gestört werden.
Vorzugsweise wird das die Biopolymere enthaltende Lösungssystem vor der Verarbeitung auf eine Temperatur von mehr als etwa 00C, insbesondere mehr als etwa 1O0C und/oder das Kogulationsmedium auf eine Temperatur von mehr als etwa 200C eingestellt. Hierbei ist es besonders zweckmäßig, das die Biopolymere enthaltende Lösungssystem vor der Verarbeitung zu erwärmen, insbesondere auf etwa 80 bis 12O0C, oder das Koagulationsmedium insbesondere auf eine Temperatur von etwa 40 bis 90 0C einzustellen. Durch diese Maßnahme ergibt sich der Vorteil, dass eine bevorzugte Viskosität der Lösung eingestellt und das Lösungsmittel vorteilhaft ausgewaschen wird.
Erfindungsgemäß wird das die Biopolymere gelöst enthaltende Lösungssystem auf der Basis ionischer Flüssigkeit dann zur regenerierenden Verarbeitung herangezogen, wobei die Biopolymere in Form von Stärke, Cellulose und von Derivaten von Stärke und Cellulose besonders bevorzugt werden.
Das in der oben geschilderten Weise hergestellte Lösungssystem, das die zu regenerie- renden Biopolymere enthält, wird dann in üblicher Weise in ein Koagulationsmedium überführt, in dem sich ein protisches Koagulationsmittel oder ein Gemisch von protischen Koagulationsmitteln befindet, das die Biopolymere nicht löst und mit der geschmolzenen ionischen Flüssigkeit mischbar ist. Das protische Koagulationsmittel ist vorab unter Zugrundelegung des erfindungsgemäßen Parameters zur Oberflächen- Spannung ausgewählt worden.
Bezüglich der Auswahl des protischen Koagulationsmittels gilt allein die Beachtung des Auswahlparameters bezüglich der Oberflächenspannung. Hierbei handelt es sich um protische Lösungsmittel. Als besonders günstig haben sich folgende Koagulationsmittel erwiesen: Glycerin, Triethylenglykol, Diethylenglykol, Ethylenglykol, 1,6-Hexandiol, 1,4- Butandiol, 1,2-Propandiol und 1,3-Propandiol. In Frage kommen auch Mischungen dieser Koagulationsmittel, wobei auch Mischungen derselben mit Wasser einsetzbar sind, sofern dadurch die Erreichung des Erfindungsziels nicht beeinträchtigt wird.
Den späteren Beispielen folgt eine Tabelle XI. In dieser sind die vorstehend bezeichneten protischen Lösungsmittel bzw. Koagulationsmittel und weitere erfindungsgemäß geeignete Mittel dieser Art in einer Positivliste erfasst. Ferner bezieht die Tabelle XI eine Negativliste protischer Lösungsmittel ein. Angegeben ist auch eine Negativliste nicht-protischer Lösungsmittel, die zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe nicht geeignet sind.
Wichtig ist es, wie gezeigt, dass der erfindungsgemäße Gedanke darauf beruht, dass sich in dem Koagulationsmittel ein protisches Koagulationsmittel befindet, das die be- zeichneten Rahmenbedingungen für den relativen Oberflächenspannungswert σ einhält. Daher sollte vorzugsweise die Zugabe von nicht-protischen Koagulationsmitteln, wie Aceton, vermieden werden. Zudem haben Versuche gezeigt, dass nicht-protische Lösungsmittel Cellulose aus Lösungen von Cellulose in ionischen Flüssigkeiten nicht koagulieren. Der Zusatz von nicht-protischen Lösungsmitteln zu protischen Lösungsmit- teln im Koagulationsbad ist daher für die Koagulierung nicht erforderlich bzw. nicht zweckmäßig. Im Rahmen einer kommerziellen Nutzung der vorliegenden Erfindung würde die Verwendung eines nicht-protischen Lösungsmittels zudem einen deutlich höheren Aufwand in der Recyclisierung bedeuten. Die Verwendung von nicht- protischen Lösungsmitteln ist demzufolge als Zusatz in Koagulationsbädern nicht vor- teilhaft. Als nicht bindende Regel könnte angegeben werden, dass dann, wenn ein nichtprotisches Lösungsmittel in dem Koagulationsmedium vorliegt, die Menge hiervon, bezogen auf die Summe aus protischem Koagulationsmittel bzw. nicht-protischem Lösungsmittel, möglichst weniger als 15 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 10 Gew.-%, und insbesondere weniger als 5 Gew.-% beträgt.
Wenngleich es für die Konzentration des protischen Koagulationsmittels in dem Koagulationsmedium keine kritische Beschränkung gibt, ist es vorteilhaft, dass das protische Koagulationsmittel in dem Koagulationsmedium in einer Menge von 35 bis 100 Gew.- %, insbesondere 40 bis 90 Gew.-% eingesetzt wird. Auf die Möglichkeit der Einbeziehung anderer protischer Lösungsmittel und/oder von Additiven und dergleichen wurde vorstehend bereits eingegangen, worauf verwiesen sei.
Im weiteren Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dann das Lösungssystem, das das Biopolymer enthält, in üblicher Weise in dem Koagulationsmedium ausgefällt. In dem Koagulationsmedium stellt sich nun eine veränderte Situation dadurch ein, dass es nun die ursprünglichen Bestandteile des Koagulationsmediums neben den Bestandteilen des Lösungsmittels, insbesondere die ionische Flüssigkeit, enthält, jedoch das ursprünglich in dem Lösungssystem gelöste Biopolymer koaguliert wird.
In diesem Stadium des erfindungsgemäßen Verfahrens wird einerseits das regenerierte Biopolymer abgezogen, andererseits das angesprochene Gemisch, das die ionische Flüssigkeit und das Fällungsmittel enthält, einer weiteren Verarbeitung unterzogen, um die ionische Flüssigkeit rückzugewinnen. Die ionische Flüssigkeit kann relativ problemlos aus dem Koagulationsmedium wiedergewonnen werden, so durch Abdampfen, Strippen, Perforation oder Umkehrosmose eines flüchtigen protischen Koagulationsmittels, wie beispielsweise in Form von 1,2-Propandiol. Darüber hinaus gibt es die Möglichkeit, die ionische Flüssigkeit auszukristallisieren und auf diese Weise von dem flüs- sigen Koagulationsmittel zu trennen. Dabei muss das protische Koagulationsmittel nicht vollständig entfernt werden. Eine vollständige Entfernung könnte aufwändig und unwirtschaftlich sein. Somit lässt es die Erfindung zu, dass ein gewisser Anteil an proti- schem Koagulationsmittel zusammen mit der ionischen Flüssigkeit in den Kreislauf des erfindungsgemäßen Verfahrens rückgeführt bzw. wieder zum Auflösen der zu regene- rierenden Biopolymeren herangezogen wird.
Aus dem oben angesprochenen Koagulationsmedium, das die ausgefällten Formlinge der Biopolymere enthält, lassen sich diese Formlinge, z.B. Fasern oder Folien, auf verschiedene Weise separieren. Dies kann beispielsweise durch Filtration, Zentrifugieren oder andere geeignete Maßnahmen erfolgen. In dem Falle, dass Fasern entstehen, werden diese in bekannter Weise aus dem Koagulationsmedium abgezogen.
In Einzelfällen ist es von Vorteil, wenn die aus dem Koagulationsmedium abgezogenen Fasern bzw. Filamente, insbesondere aus Cellulose, in einem nachfolgenden Verstre- ckungsbad oder auch in einem nachfolgenden Heizkanal verstreckt werden. Dabei erfolgt die Verstreckung vorzugsweise bis zu mindestens 10%, insbesondere bis zu mindestens 50%. Die Erfindung bietet die vorteilhafte Möglichkeit, die Fasern bzw. Filamente auf mindestens bis zu 70% zu verstrecken. Dabei beruht das Verstreckungsbad zweckmäßigerweise auf Lösungsmitteln, vorzugsweise protischen Lösungsmitteln, insbesondere in Form von Glycerin, Diethylenglykol, Ethylenglykol, 1,6-Hexandiol, 1,4- Butandiol, 1,2-Propandiol, 1,3-Propandiol und Triethylenglykol.
Die Erfindung ist demzufolge vielfältig ausgestaltet und wurde bezüglich dieser Ausges- taltung oben umfänglich dargestellt. Allerdings soll hier auch das nach der Regenerierung des Biopolymers anfallende Verfahrenserzeugnis geschützt werden, insbesondere in Form regenerierter Cellulosefasern.
Demzufolge sind Gegenstand der vorliegenden Erfindung auch Spinnfasern auf der Basis von regenerierter Cellulose mit einer Nassfibrillationsnote von weniger oder gleich 2, die insbesondere nicht-fibrillierend sind. Sie zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass das Verhältnis von Nassfestigkeit zu Trockenfestigkeit mindestens 0,55, insbesondere mindestens etwa 0,6 ist. Ganz besonders bevorzugt liegt dieser Wert bei mindestens etwa 0,7. Diese Spinnfasern sind darüber hinaus gekennzeichnet durch einen Gehalt an Schwefel von weniger als 1 mg/g, insbesondere weniger als 0,75 mg/g, und einen Kupfergehalt von weniger als 20 μg/g, insbesondere von weniger als 15 μg/g. Hierbei ist es bevorzugt, dass der Schwefelgehalt weniger als 0,5 mg/g, insbesondere weniger als 0,25 mg/g, und der Kupfergehalt weniger als 10 μg/g, insbesondere weniger als 5 μg/g, beträgt. Die Angaben zu den Spinnfasern gemäß der Er- findung zum Schwefel- und Kupfergehalt beziehen sich insbesondere auf die aus dem Koagulationsbad austretenden und nicht gewaschenen Spinnfasern.
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Spinnfasern besteht darin, dass sie herstellungsbedingt keine N-Oxide enthalten, wie beispielsweise im Stand der Technik bekannte Amin-Oxide, wie N-Dimethyl-N-diethyl-Amin oder andere Oxide von hetero- cyclischen Aminen, wie Pyridin-Oxide, insbesondere N-Methyl-morpholin-N-oxid-mono- hydrat (NMMO). Schließlich ist noch darauf hinzuweisen, dass die erfindungsgemäßen Spinnfasern zur Einstellung der Eigenschaft des Nichtfibrillierens keine weitergehenden Maßnahmen benötigen. Insbesondere weisen sie keine Quervernetzung auf, die nachträglich mittels Vernetzungschemikalien ausgebildet wurde. Dem Fachmann ist es ohne Weiteres mög- lieh festzustellen, ob eine solche Quervernetzung vorliegt. Dies kann beispielsweise anhand der IR-Spektroskopie vorgenommen werden.
Die erfindungsgemäßen Spinnfasern zeigen eine besonders vorteilhafte Höchstzugkraft, d.h. Nass- oder Trockenhöchstzugkraft, und Bruchdehnung. Die Höchstzugkraft nach DIN EN ISO 2062 beträgt mindestens 6 cN/tex, insbesondere mindestens 10 cN/tex. Die Bruchdehnung nach DIN EN ISO 2062 beträgt vorzugsweise mindestens 4 %, insbesondere mindestens 6 %.
Die erfindungsgemäßen Spinnfasern, die durch Nass-in-Nassverspinnen erhalten wer- den, zeichnen sich, wie bereits ausgeführt, dadurch aus, dass sie „nicht-fibrillierend" sind. Dies bedarf der weitergehenden Erläuterung: Die nach dem NMMO-Verfahren hergestellten Lyocellfasern besitzen einen runden bis ovalen Faserquerschnitt und weisen im Gegensatz zu den Viskose- und Modalfasern eine ausgeprägte fibrillare Struktur auf, die weitgehend homogen über den Faserquerschnitt ist. Es liegen Makrofibrillen mit einem Durchmesser im Bereich 0,5 bis 1,0 μm vor, die relevant für die auffällige und in der Technik meist störende Nassfibrillation und das Pilling sind. Eine Einstufung der Fibrillation kann anhand eines nachfolgend beschriebenen Fibrilliertests durchgeführt werden:
Bewertung der Fibrillationsnote: Zur Prüfung werden 8 Filamente mit einer Länge von 2,5 ± 0,2 mm herangezogen und diese mit Hilfe eines Klebebandes auf einem U- förmigen Rahmen aus Polystyrol angeklebt. Nach Aufbringen der 8 Filamente auf dem Rähmchen werden diese mit handelsüblichem Epoxidharzkleber fixiert. Der Rahmen wird mit 4 ml destilliertem Wasser in ein zylindrisches 20 ml-Glasgefäß von 50 mm Hö- he und 25 mm Durchmesser gelegt und anschließend 100 Kugeln aus Zirkoniumdioxid (Durchmesser: 1 mm) hinzugefügt. Die Probenbehälter werden in die Behandlungsbecher eines Apparates gegeben, der es erlaubt eine geeignete Schüttelbewegung zur Auslösung der Fibrillation durchzuführen. Vorzugsweise kann hierfür ein Färbeapparat eingesetzt werden, wie z.B. der Labomat der Fa. Mathis GmbH. Die Behandlungsdauer im Apparat beträgt 3 Stunden bei einer Umdrehungszahl des Behälters von 50 U/min und einer Temperatur von 300C.
Anschließend erfolgt eine mikroskopische Auswertung der von der eigentlichen Faser abstehenden Fibrillen, wobei der Rahmen auf einen Objektträger überführt wird und die Filamente mittels eines Skalpells vom Rahmen abgetrennt werden, so dass sie sich in paralleler Anordnung auf dem Objektträger befinden. Die Filamente werden in demi- neralisiertem Wasser eingebettet und mit einem Deckglas versehen. Die Auswertung erfolgt im Phasen kontrast durch Zählung der Einzelfibrillen. Die Beurteilung der Fibrilla- tionsnote erfolgt nach folgendem Schema: 0 bis 5 gezählte Fibrillen = Note 1; 6 bis 10 gezählte Fibrillen = Note 2; 11 bis 20 gezählte Fibrillen = Note 3; 21 bis 40 gezählte Fibrillen = Note 4; 41 bis 80 gezählte Fibrillen = Note 5; > 80 gezählte Fibrillen = Note 6.
Gemäß den von K. Bredereck und F. Hermanutz in Rev. Prog. Color. 35 (2005), 59 zitierten Nassfibrillationsnoten weisen nach dem NMMO-Verfahren hergestellte Cellulose- fasern eine Note von 4 oder 5 auf, während Normalviskose und Modal eine Note von 1 aufweisen und damit als nichtfibrillierend einzustufen sind. Die starke Nassfibrillation der aus NMMO gewonnenen Faser stellt einen gravierenden Nachteil in Textilveredlungsprozessen dar, wie z.B. in der Färbung, und erzwingt veränderte Arbeitsprozesse und maschinentechnische Zusatzmaßnahmen in der Verarbeitung. Die Herstellung fibrillationsfreier Cellulosefasern, die nach dem NMMO-Verfahren erhalten werden, ist aufgrund der Besonderheiten des Spinnprozesses (Spinnen über einen Luftspalt) nicht möglich, sondern nur durch eine spezielle Fasernachbehandlung zu erreichen. Zur Vermeidung der Fibrillierneigung von aus NMMO-Lösung gesponnenen sogenannten Lyocellfasern werden in der Fasernachbehandlung nach dem Stand der Technik reaktive, die Celluloseketten vernetzende Substanzen zugefügt. Eine Reduzierung der Fibril- lation lässt sich demnach durch chemische Vernetzung bei der Nachbehandlung nie- mals getrockneter Fasern erreichen und hat zu den modifizierten Lyocel Ifasertypen Lenzing Lyocell LF (C. Rohrer, P. Retzel and H. Firgo in Man-made Fiber Yearbook (Chem. Fibers Intern.) 2001, 8 (2001) 26 und Tencel AlOO (P. Alwin and J. Taylor in Melliand Textilber., 82 (2001) 196) geführt. Durch Einführung der Vernetzungsbrücken kommt es beim ersten Trocknen zu einer deutlich geringeren irreversiblen Verhornung wie bei den Standard-Lyocellfasern. Probleme bei diesen fibrillationsarmen direktgesponnenen Cellulosefasem bereitet indessen die Tatsache, dass die zur Vernetzung eingesetzten Substanzen einige der in Folgeprozessen herrschenden Bedingungen nur eingeschränkt überstehen. So ist es zum Beispiel im Falle des als Vernetzer eingesetz- ten Dichlorchlormonohydroxytriazins bekannt, dass fast die Hälfte des Vernetzers im Zuge einer technisch üblichen Wasserstoffperoxidbleiche abgespalten wird, so dass wieder eine verstärkte Fibrillierung der Faser erhalten wird. Von großem Vorteil wäre es demnach, wenn der Industrie direktgesponnene, nichtfibrillierende Cellulosefasem zur Verfügung gestellt werden könnten.
Mit der Erfindung ist es nun möglich, Cellulose, die in Form von Zellstoff, Baumwolllin- ters etc. vorliegt, mittels einer geeigneten Löseroutine - und ohne vorhergehende Deri- vatisierung - in einem dafür geeigneten Lösemittel zu lösen und verspinnbare Lösungen zu erhalten, die zu den Spinnfasern gemäß der Erfindung führen und die nach o- ben beschriebener Testmethode und Bewertungsskala eine Nassfibrillationsnote von gleich oder weniger als 2 aufweisen.
Im Rahmen der Erfindung ist es vorteilhaft, dass bei der Herstellung von Spinnfasern der Zusatz schwefelhaltiger Chemikalien des Viskoseverfahrens oder von Metallen, wie Kupfer oder Lithium oder deren Salzen, vermieden werden kann.
Die mit dem erfindungsgemäßen komplexen Vorschlag zur Lösung der gestellten Aufgabe verbundenen Vorteile sind vielschichtig:
Das erfindungsgemäße Lösungssystem auf der Basis einer ionischen Flüssigkeit ist besonders gut geeignet, die bezeichneten Biopolymere, insbesondere Cellulose und Stärke bzw. deren Derivate, im Rahmen einer Thermostatisierung bei einer geeigneten Lösetemperatur zu lösen, bis der Lösevorgang weitestgehend abgeschlossen ist. Bei einer bevorzugten Weiterverarbeitung wird diese Lösung filtriert und das Vakuum ent- gast und auf einer Spinnanlage durch Spinndüsen in ein Koagulationsmedium extru- diert. Dieses enthält die abgestimmten Koagulationsmittel, wobei es sich um protische Lösungsmittel handelt, wie oben dargestellt. Zur Produktkonsolidierung wird ionische Flüssigkeit aus dem regenerierte Biopolymere enthaltenden Koagulationsmedium vollständig ausgewaschen und das Produkt, beispielsweise eine Cellulosefaser, getrocknet. Zur Rückgewinnung für einen erneuten Einsatz wird das protische Koagulationsmittel von der ionischen Flüssigkeit bis zu einem bevorzugten Gehalt entfernt. Dieser Gehalt kann beispielsweise zwischen etwa 6 und 15 Gew.-% liegen. Danach wird das Lösungssystem erneut zum Auflösen von Biopolymeren eingesetzt. Diese beispielhafte Ausführungsform zeigt, dass eine verbesserte Verarbeitung, wie eine flexible Einstellung von Produkteigenschaften und eine besonders wirtschaftliche Verfahrensdurchführung, möglich werden.
Im Hinblick auf die erfindungsgemäß erhaltenen Spinnfasern sei noch auf folgende weitere Vorteile hingewiesen, die sich aus der besonderen Verfahrensweise gemäß der Erfindung ergeben: Es lassen sich hervorragende Lösungsmittel für Cellulose einsetzen, insbesondere in Form von l-Ethyl-3- methylimidazolium-acetat (EMIM-OAc). EMIM-OAc führt zu folgenden Vorteilen: Es handelt sich um eine Flüssigkeit bei Raumtemperatur. Sie führt zu stabilen Spinnlösungen. Mit EMIM-OAc kann Cellulose problemlos bis zu 25 Gew.-% gelöst werden. Die Herstellung, Filtration und das Entgasen der Spinnlösung ist technisch einfach. Gelteilchen werden weitestgehend ausgeschlossen. Es ist keine bemerkenswerte Empfindlichkeit gegenüber Luft feststellbar. Die Spinnlösungen haben hervorragende Hitzestabilität. Die Zugabe von Stabilisatoren ist nicht erforderlich. Die Spinnlösungsviskosität kann in einem weiten Bereich (10 bis 10.000 Pas) eingestellt werden, was eine hohe Flexibilität im Spinnverfahren bedeutet. Somit schafft die Erfindung ein sehr interessantes Verfahren zur umweltfreundlichen Produktion von „man made" Cellulosematerialien. Verbunden ist hiermit eine hohe Produktionsflexibilität mit einem breiten Bereich mechanischer Eigenschaften. Es treten keinerlei Probleme bei anschließenden Verfahren auf, wie dem Garnverspinnen, Stricken bzw. Wirken, Färben und bei Maßnahmen, die zur Verbesserung der Gebrauchs- und Fabrikationsechtheiten, insbesondere der Farbechtheit.
Es erscheint sachdienlich, die besonderen Vorteile, die mit der vorliegenden Erfindung verbunden sind, unter technologischen Gesichtspunkten, kurz darzustellen: Bei der Koagulation des Fadens bzw. der Faser (Nass-in-Nass-Technik ohne Luftspalt) in Wasser tritt eine sehr schnelle Ausfällung ein, wodurch die Struktur fixiert wird. Es stellt demzufolge gebundenes Wasser dar. Diese Fixierung der Polymerketten läuft in Wasser aufgrund der hohen Wasserstoffbrückenbindungsdichte sehr schnell ab. Wasser wird quasi in die Struktur mit eingebunden. Man spricht auch von gebundenem Was- ser. Dadurch kann die Orientierung der Celluloseketten in Richtung der Faserachse unzureichend sein, weil Fehlstände und Poren auftreten können, also keine Fibrillenstruktur, wie sie bei Lyocellfasern (hohe Polymerorientierung bei Verarbeitung von hochkonzentrierten Lösungen im Luftspalt) zu finden ist. Die erhaltenen Cellulosefasern sind zwar nicht-fibrillierend (eben gerade aufgrund der fehlenden Fibrillenstruktur), haben aber unzureichende Festigkeit. Die Nassfestigkeit fällt gegenüber der Trockenfestigkeit merklich ab. Durch die Verwirklichung der vorliegenden Erfindung, bei der ein abgestimmtes Koagulationsmedium, beispielsweise unter Einsatz von Glycerin und/oder 1,2-Propandiol, eingesetzt wird, ist es gelungen, die Koagulationsgeschwindigkeit beim Nass-in-Nass-Spinnen so zu verlangsamen, dass die Nassfestigkeiten und Trockenfestigkeiten wesentlich verbessert werden konnten, ohne die Fibrillationsneigung zu verstärken. Die verbesserte Orientierung der Polymerketten wird durch nun mögliche höhere Spinnverzüge im Koagulationsbad und höhere Verstreckung der Fasern im nachgeschalteten Verstreckungsbad (bis zu 100%, in Wasser nur 10%-ige Verstreckung) möglich. Im Rahmen der Erfindung werden demzufolge die Diffusions- und Koagulationsabläufe verzögert, was bei gleichzeitiger Einwirkung von Zugspannungen auf die Fasern höhere Polymerorientierungen ermöglicht und damit zu höheren Festigkeiten führt. Diese höhere Flexibilität in den Verfahrensparametern spiegelt sich also direkt in verbesserten Fasereigenschaften wieder. Die Flexibilität des erfindungsgemäßen Ver- fahrens geht so weit, dass an Stelle eines Verstreckungsbades erstmals bei einem Verspinnverfahren ein Heizkanal eingesetzt werden kann, in dem die Fasern bzw. Filamente kontaktlos verstreckt werden.
Anhand der oben beschriebenen Parameter, die in ihrer Gesamtheit oder bevorzugt die erfindungsgemäße Lehre ausmachen, ist es dem Fachmann problemlos möglich, geeignete Einrichtungen des Standes der Technik einzusetzen, um das Erfindungsziel zu erreichen. In diesem Zusammenhang sei beispielsweise verwiesen auf die Literatur B. Falkai, "Synthesefasern - Grundlagen, Technologie, Verarbeitung und Anwendung", Verlag Chemie, Weinheim 1981, S. 87 bis 137). Dennoch soll hier beispielhaft darge- stellt werden, welche Einrichtung für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist:
Bei Spinnprozessen wird die Lösung einer hochpolymeren Verbindung in Form eines Biopolymers, insbesondere Cellulose, mit einer Spinnpumpe durch Rohrleitungen zum formgebenden Element gefördert. Das formgebende Element ist im Falle der Herstellung von Fasern eine Düsenkapillare, im Falle der Herstellung von Folien eine Schlitzdüse oder Walze. Im zweiten Schritt wird die Spinnlösung durch die Düsenlöcher bzw. den Schlitz gedrückt und durch den Abzug verjüngt, zum Teil auch schon orientiert. Bei dem Nassverspinnen im Rahmen der Erfindung erfolgt durch einen diffusionskontrol- lierten Lösungsmittelaustauschprozess die Koagulation des in der Spinnlösung gelösten Biopolymeren zu z.B. Fasern bzw. Folien. Die erstarrten Fasern werden z.B. von rotierenden Organen (Galetten) erfasst und von der Düse abgezogen. Die Spritzgeschwindigkeit der Spinnlösung wird durch das Verhältnis des in der Zeiteinheit ausfließenden Volumens des Spinngutes zum lichten Querschnitt der Spinndüse, d.h. zur Gesamtfläche aller Öffnungen, bestimmt. Die Faserbildung erfolgt hier direkt nach Austritt aus der Düse durch Diffusions- und Koagulationsprozesse. Für eine ausreichende Koagulation muss eine hinlängliche Kontaktzeit der Fäden hergestellt sein, die durch die sogenannte Fälllänge bestimmt wird. Die Fälllänge bedeutet die Zeitspanne, an deren Ende die Koagulation abgeschlossen ist. Diese Fälllänge richtet sich somit nach dem Zeitbedarf der stofflichen Diffusionsvorgänge und nach dem Verhältnis von Abzugs- und Spritzgeschwindigkeit. Die Abzugsgeschwindigkeit richtet sich nach dem gewünschten Fasertiter, der Fördermenge, nach dem Spinngut und nach der Zusammensetzung des Koagulationsbades.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht, wie gezeigt, darin, die Formkörper, die erfindungsgemäß aus dem Koagulationsmedium abgezogen werden, insbesondere die Fasern, in einem nachfolgenden Vorgang einer Verstreckung zu unterziehen. Die Verstreckung kann beispielsweise in einem Verstreckungsbad erfolgen. Um den Verstreckungsprozess zu begünstigen, ist es vorteilhaft, wenn das für das Biopolymer verwendete Lösungsmittel im Koagulationsmedium nicht restlos entfernt wird, so dass eine weitergehende Verstreckung und nochmalige Steigerung der Polymerorientierung in dem nachfolgenden Verstreckungsbad ermöglicht wird. An Stelle des Verstreckungs- bades kann ein Heizkanal herangezogen werden. Der Heizkanal kann z.B. ein längli- ches Rohr darstellen, durch den die zu verstreckende Faser bzw. Folie geführt wird, wobei die darin enthaltene Atmosphäre auf eine erhöhter Temperatur eingestellt ist. In Abhängigkeit von dem jeweiligen Material wird die optimale Verstreckungstemperatur im Heizkanal eingestellt. In der Mehrzahl der Fälle liegt diese Temperatur insbesondere zwischen etwa 1200C und 1800C. Die Verstreckungsgrade werden vorzugsweise zwischen 5 und 200%, insbesondere zwischen 10 und 120% eingestellt. Wie die nachfolgenden Beispiele zeigen, können hierdurch die Fasereigenschaften gezielt eingestellt werden. So werden bei geringen Verstreckungsgraden Fasern mit hoher Dehnung und bei hohen Verstreckungsgraden Fasern hoher Festigkeit erhalten. Die Verweilzeit in den unterschiedlichen Verstreckungsaggregaten beträgt vorzugsweise 1 bis 60 Sekunden und ist von der Länge der Verstreckungsaggregate und der vorgegebenen Spinngeschwindigkeit, die vorzugsweise 6 bis 20 m/min beträgt, abhängig. Die Länge der Verstreckungsaggregate ist nicht kritisch, sie liegt insbesondere zwischen 10 cm und 6 m.
Zwischen den Maßnahmen der Koagulation und der Verstreckung kann gewaschen werden. Nach dem Verstrecken wird regelmäßig gewaschen. Der Waschprozess erfolgt nach technisch etablierten Methoden, wie z.B. in Waschtrögen mit rotierenden Walzen, Haspeln oder gelochten Transportbändern, auf die Wasser oder andere geeignete Waschflüssigkeiten gesprüht werden.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand verschiedener Beispiele noch näher erläutert werden. Wenn in den Beispielen von „Gewichtsprozent" gesprochen wird, dann soll sich dieses auf das Gesamtgewicht der Endlösung beziehen.
Beispiel 1: Herstellung einer Celluloselösung in l-Ethyl-3-methylimidazoliumacetat (EMIM-OAc) im Labormixer
Zu 900 g l-Ethyl-3-methylimidazoliumacetat (EMIM-OAc) werden im Labormixer vorgelegt, auf 9O0C (Lösetemperatur) im Umluftofen thermostatisiert und 100 g Cellulose (BW-Linters DP600) zugeben. Es wird 1 min auf Stufe 2 gemixt und für 45 min bei 900C im Umluftofen gelagert. Danach wird erneut auf Stufe 2 gemixt und weitere 45 min auf 900C temperiert.
Die Celluloselösung wird in einer Drucknutsche (15 μm Filtergewebe) filtriert. Die Lösung wird bei Raumtemperatur gelagert. Beispiel 2: Faserherstellung in Glycerin (Oberflächenspannung σ gemäß Erfindungsdefinition: 90,5%)
Lösung aus Beispiel 1 wurde mit einer konventionellen Nassspinnanlage verarbeitet. Die Spinnanlage ist aus folgenden Modulen aufgebaut: Lösungsbehälter, Spinnpumpe, Filter, Spinndüse, Koagulationsbad, Verstreckbad, Waschbad, Trockengaletten, Wickler. Die wesentlichen Verfahrensparameter zeigt nachfolgende Tabelle I:
Tabelle I
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Nach Variation der Verfahrensparameter Spinnverzug und Verstreckgrad ergaben sich folgende Fasereigenschaften:
Tabelle II
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Beispiel 3: Faserherstellung in 1,4-Butandiol (Oberflächenspannung σ gemäß Erfindungsdefinition: 61,4%)
Die Celluloselösung aus Beispiel 1 wurde nach Beispiel 2 verarbeitet. Anstatt Glycerin wurde 1,4-Butandiol eingesetzt. Nach Variation der Verfahrensparameter Spinnverzug und Verstreckgrad ergaben sich folgende Fasereigenschaften:
Tabelle III
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Beispiel 4: Faserherstellung in 1,2-Propandiol (Oberflächenspannung σ gemäß Erfindungsdefinition: 48,7%)
Die Celluloselösung aus Beispiel 1 wurde nach Beispiel 2 verarbeitet. Anstatt Glycerin wurde 1,2-Propandiol eingesetzt. Nach Variation der Verfahrensparameter Spinnverzug und Verstreckgrad ergaben sich folgende Fasereigenschaften: Tabelle IV
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Beispiel 5: Faserherstellung in Gemisch aus 50 Gew.-% Glycerin und 50 % Gew.-% 1,2-Propandiol.
Die Celluloselösung aus Beispiel 1 wurde nach Beispiel 2 verarbeitet. Als Koagulationsmedium und Verstreckungsbadlösung wurde ein Gemisch aus 50 Gew.-% Glycerin und 50 Gew.-% 1,2-Propandiol eingesetzt. Nach Variation der Verfahrensparameter Spinn- Verzug und Verstreckgrad ergaben sich folgende Fasereigenschaften:
Tabelle V
Figure imgf000050_0002
Beispiel 6: Faserherstellung in Gemisch aus 20 Gew.-% Ethyl-3-methylimidazolium- acetat und 80 Gew.-% 1,2-Propandiol.
Die Celluloselösung aus Beispiel 1 wurde nach Beispiel 2 verarbeitet. Als Koagulations- medium und Verstreckungsbadlösung wurde ein Gemisch aus 20 Gew.-% l-Ethyl-3- methylimidazoliumacetat und 80 Gew.-% 1,2-Propandiol eingesetzt. Nach Variation der Verfahrensparameter Spinnverzug und Verstreckgrad ergaben sich folgende Fasereigenschaften:
Tabelle VI
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Beispiel 7: Faserherstellung in Glycerin mit Verstreckung im Heizkanal
Lösung aus Beispiel 1 wurde mit einer konventionellen Nassspinnanlage verarbeitet. Die Spinnanlage ist aus folgenden Modulen aufgebaut: Lösungsbehälter, Spinnpumpe, Filter, Spinndüse, Koagulationsbad, Heizkanal (200 cm), Waschbad, Trockengaletten, Wickler. Die wesentlichen Verfahrensparameter zeigt nachfolgende Tabelle: Tabelle VII
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Nach Variation der Verfahrensparameter Spinnverzug und Verstreckgrad ergaben sich folgende Fasereigenschaften:
Tabelle VIII
Figure imgf000052_0002
Beispiel 8: Herstellung einer Celluloselösung in l-Ethyl-3-methylimidazoliumchlorid (EMIM-CI) im Rührgefäß
In einem doppelwandigem, thermostatisierbaren Reaktionsgefäß mit Flügelrührer, Rührmotor und Rückflusskühler werden 900 g l-Ethyl-3-methylimidazoliumchlorid auf 8O0C erwärmt und 100 g Cellulose (BW-Linters DP599) während 15 min unter Rühren zugegeben. Danach wird 2 h bei 800C gerührt. Die Celluloselösung wird in einer Drucknutsche (15 μm Filtergewebe) filtriert. Die Lösung wird bei Raumtemperatur gelagert. Beispiel 9: Faserherstellung in Glycerin mit Versteckung im Heizkanal
Die Celluloselösung aus Beispiel 8 wurde nach Beispiel 7 verarbeitet. Als Koagulations- medium wurde Glycerin eingesetzt. Nach Variation der Verfahrensparameter Spinnverzug und Verstreckgrad ergaben sich folgende Fasereigenschaften:
Tabelle IX
Figure imgf000053_0001
Beispiel 10: Herstellung einer Celluloselösung in 1,3-Diethyl-imidazoliumacetat (DEIM-OAc) im Rührgefäß
In einem doppelwandigem, thermostatisierbaren Reaktionsgefäß mit Flügelrührer, Rührmotor und Rückflusskühler werden 900 g 1,3-Diethyl-imidazoliumacetat auf 800C erwärmt und 100 g Cellulose (BW-Linters DP599) während 15 min unter Rühren zugegeben. Danach wird 2 h bei 800C gerührt. Die Celluloselösung wird in einer Drucknut- sche (15 μm Filtergewebe) filtriert. Die Lösung wird bei Raumtemperatur gelagert. Beispiel 11: Faserherstellung in Glycerin mit Versteckung im Heizkanal
Die Celluloselösung aus Beispiel 10 wurde nach Beispiel 7 verarbeitet. Als Koagulationsmedium wurde Glycerin eingesetzt. Nach Variation der Verfahrensparameter Spinn- verzug und Verstreckgrad ergaben sich folgende Fasereigenschaften:
Tabelle X
Figure imgf000054_0001
Tabelle XI
Kategorien protischer Lösungsmittel
Positiyliste Negatiyliste
Sigma Sigma 500C relativ Sigma 500C relativ 500C zu Wasser zu Wasser [N/m] [%] [%] a) Referenz Wasser 0,067888 b) primäre, unverzweigte Alkohole (Schmelzpunkt < 400O
Methanol 0,020016 - 29,5%
Ethanol 0,019913 - 29,3%
Propan-1-ol 0,021431 31,6% -
Butan-1-ol 0,022391 33,0% -
Pentan-1-ol 0,023134 34,1% -
Hexan-1-ol 0,02379 35,0% -
Heptan-1-ol 0,024451 36,0% -
Octan-1-ol 0,025096 37,0% -
Nonan-1-ol 0,02573 37,9% -
Decan-1-ol 0,02636 38,8% -
Undecan-1-ol 0,026806 39,5% -
Dodecan-1-ol 0,027495 40,5% -
Tridecan-1-ol 0,028704 42,3% -
Tetradecan-1-ol 0,028464 41,9% - c) primäre, verzweigte Alkohole (Schmelzpunkt < 400G
Propan-2-ol 0,019001 - 28,0%
Butan-2-ol 0,020973 30,9%
2-Methylpropan-l-ol
(Isobutanol) 0,020604 30,3%
2-Methylpropan-2-ol
(t-Butanol) 0,017702 - 26,1%
Pentan-2-ol 0,0213 31,4%
Pentan-3-ol 0,021614 31,8%
2-Methylbutan-l-ol 0,021905 32,3%
3-Methylbutan-l-ol
(Isopentanol) 0,021749 32,0%
2-Methylbutan-2-ol 0,02041 30,1%
3-Methylbutan-2-ol 0,02057 30,3%
2,2-Dimethylpropan-l-ol 0,015298 - 22,5%
2-Ethylhexan-l-ol 0,023983 35,3% d) mehrwertige Alkohole (Schmelzpunkt < 400O
Ethan-l,2-diol 0,045756 67,4%
Propan-l,2-diol 0,033029 48,7%
Propan-l,3-diol 0,043207 63,6%
Butan-l,2-diol 0,0327 48,2%
Butan-l,3-diol 0,035149 51,8%
Butan-l,4-diol 0,041668 61,4%
Pentan-l,5-diol 0,040773 60,1%
Hexan-l,6-diol 0,040838 60,2%
Propan-l,2,3-triol 0,061411 90,5%
2,2-Dimethylpropan-l,5-diol 0,026227 38,6% e) andere Alkohole
(SchmelzDunkt < 400O
Cyclohexanol 0,03077 45,3%
Diethylenglykol 0,045933 67,7%
Triethylenglykol 0,042887 63,2%
Prop-2-en-l-ol 0,023041 33,9% f) primäre und sekundäre Amine
(Schmelzpunkt < 400C. SiedeDunkte < 1600C1)
Diethanolamin 0,046285 68,2%
Monoethanolamin 0,045582 67,1%
1,2-Propylendiamin 0,028034 41,3%
Butylamin 0,020609 30,4%
Dibutylamin 0,021779 32,1%
Dipropylamin 0,019663 - 29,0%
Hexylamin 0,022881 33,7%
N,N-Dimethylethanolamin 0,025458 37,5%
1,3-Diaminopropan 0,031702 46,7%
Diethylethanolamin 0,024927 36,7%
Methyldiethanolamin 0,03828 56,4%
N-Methylethanolamin 0,032038 47,2% q) Carbonsäuren und Derivate
Essigsäure 0,024573 36,2%
Propionsäure 0,023695 34,9%
Formamid 0,055383 81,6%
Ameisensäure 0,03449 50,8% h) wässriαe Carbonsäurelösunαen
Ameisensäure/Wasser (90/10 Gew.-%) 0,04187 61,7% Ameisensäure/Wasser (50/50
Gew.-%) 0,05849 86,2%
Ameisensäure/Wasser (10/90
Gew.-%) 0,06649 97,9%
Essigsäure/Wasser (90/10
Gew.-%) 0,03628 53,4%
Essigsäure/Wasser (50/50
Gew.-%) 0,05789 85,3%
Essigsäure/Wasser (10/90
Gew.-%) 0,06649 97,9%
Propionsäure/Wasser (90/10
Gew.-%) 0,03755 55,3%
Propionsäure/Wasser (50/50
Gew.-%) 0,05924 87,3%
Propionsäure/Wasser (10/90
Gew.-%) 0,06672 98,3%
Ameisensäure/Wasser (5/95
Gew.-%) 0,0672 99,0%
Schwefelsäure/Wasser (10/90
Gew.-%) 0,06756 99,5%
Phosphorsäure/Wasser (10/90
Gew.-%) 0,06736 99,2%
Salzsäure/Wasser (10/90
Gew.-%) 0,06715 98,9%
Nicht-protische Lösungsmittel Sigma 5O0C Sigma 500C relativ zu Wasser (nur Neqatiyliste)
[N/m] [%] a) Referenz
Wasser 0,067888 100,0% b) nicht-protische Lösungsmittel
Acetonitril 0,0255 37,6%
Aceton 0,020068 29,6%
N-Methylpyrrolidon 0,039154 57,7%
N,N-Dimethylformamid 0,031746 46,8%
N,N-Dimethylacetamid 0,029685 43,7%
1,4-Dioxan 0,029289 43,1%
1,3,5-Trioxan 0,037973 55,9%
THF 0,023424 34,5%
Dichlormethan 0,023161 34,1% c) Mischunqen nicht-protische/protische
Lösunαsmittel
Aceton/Wasser (90/10 Gew.-%) 0,06629 97,6% Aceton/Wasser (50/50 Gew.-%) 0,05654 83,3% Aceton/Wasser (10/90 Gew.-%) 0,03262 48,0%
* * *

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von regenerierten Biopolymeren in Form von Kohlenhydraten, insbesondere von Stärke, Cellulose und/oder von Derivaten von Stärke und CeI- lulose, unter Verwendung eines die Biopolymere gelöst enthaltenden Lösungssystems, wobei das Lösungssystem auf einer geschmolzenen ionischen Flüssigkeit und gegebenenfalls einem protischen Lösungsmittel oder einem Gemisch hiervon beruht, die in dem Lösungssystem gelösten Biopolymere in einem Koagulationsmedium ausgefällt werden, wobei sich in dem Koagulationsmedium ein protisches Koagulationsmittel oder ein Gemisch von protischen Koagulationsmitteln befindet, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenspannung σ des protischen Koagulationsmittels oder des Gemisches der protischen Koagulationsmittel 99% bis 30% der Oberflächenspannung σ von Wasser beträgt, wobei die jeweilige Oberflächenspannung gemäß ASTM D 1590-60 bei einer Temperatur von 500C gemessen wurde.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenspannung des protischen Koagulationsmittels oder des Gemisches der Koagulationsmittel 99% bis 35%, insbesondere 99% bis 40% beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ionische Flüssigkeit ein Kation mit Amidinium-Struktur enthält.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kation ein substituiertes oder unsubstituiertes Imidazolium-Kation ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Imidazolium-Kation der ionischen Flüssigkeit in der 1- sowie 3-Stellung oder in der 1-, 2- sowie 3-Stellung mit (Ci-C6)-Alkylgruppen substituiert ist.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Imidazolium- Kation das l-Ethyl-3-methylimidazolium-, 1,3-Dimethylimidazolium-, 1-3-Diethylimid- azolium- oder das l-Butyl-3-methyl-imidazolium-Kation ist.
7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Anion der ionischen Flüssigkeit ein Halogenid-, Perchlorat-, Pseudohalogenid-, Sulfat-, Phosphat-, Alkylphosphat-, insbesondere ein Ci-QrCarboxylat-Ion ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Halogenid-Ion als Chlorid-, Bromid- und/oder Iodid-Ion, das Pseudohalogenid-Ion als Cyanid-, Thiocya- nat- und/oder Cyanat-Ion und das Ci-C6-Ca rboxylat-Ion als Formiat-, Acetat-, Propio- nat-, Butyrat-, Hexanoat-, Maleat-, Fumarat-, Oxalat-, Lactat- und/oder Pyruvat-Ion vorliegt.
9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die geschmolzene ionische Flüssigkeit einen Schmelzpunkt von -100 bis + 1500C, insbesondere von -30 bis +800C aufweist.
10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeich- net, dass die ionische Flüssigkeit vorliegt als l-Ethyl-3-methylimidazolium-acetat, 1,3-
Dimethylimidazolium-acetat, l-Ethyl-3-methylimidazolium-chlorid, l-Butyl-3-methyl- imid-azolium-acetat, l-Ethyl-3-methylimidazolium-diethylphosphat, l-Methyl-3-methyl- imid-azolium-dimethylphosphat, l-Ethyl-3-methylimidazolium-formiat, l-Ethyl-3-me- thylimid-azolium-octanoat, 1,3-Diethylimidazolium-acetat, 1,3-Diethylimid-azoliumchlo- rid und/ oder l-Ethyl-3-methylimidazoliumpropionat.
11. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Derivate der Stärke und der Cellulose deren Ester oder Ether eingesetzt werden.
12. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke, Cellulose und/oder deren Derivate in dem Lösungssystem in einer Menge von mehr als etwa 1% Gew.-%, insbesondere mehr als etwa 5 Gew.-%, eingesetzt werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke, Cellulose und/oder deren Derivate in dem Lösungssystem in einer Menge von etwa 1 bis 35 Gew.-%, insbesondere in einer Menge von etwa 5 bis 20 Gew.-%, eingesetzt werden.
14. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungssystem eine Nullviskosität (gemessen mit einem Rotationsvisko- simeter) zwischen etwa 5 und 150.000 Pa.s, insbesondere zwischen etwa 10 und 100.000 Pa.s aufweist.
15. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass Cellulose bzw. deren Derivat in dem Lösungssystem gelöst ist, wobei die Cellulose bzw. deren Derivat einen durchschnittlichen Polymerisationsgrad von etwa 200 bis 3500, insbesondere von etwa 300 bis 1500, aufweisen.
16. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das die Biopolymere enthaltende Lösungssystem vor dem Einleiten in das Koagulationsmedium entgast wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Entgasen des Lösungssystems unter Vakuum durchgeführt wird.
18. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das die Biopolymere enthaltende Lösungssystem in filtrierter Form eingesetzt wird, wobei die Filtration insbesondere unter Druckbeaufschlagung oder Vakuum durchgeführt wird.
19. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Biopolymere gelöst enthaltende Lösungssystem nassversponnen wird.
20. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das die Biopolymere enthaltende Lösungssystem als Spinnlösung zur Herstellung nicht fibrillierender Fasern eingesetzt wird.
21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Spinnverfahren so ausgelegt wird, dass entweder Endlosfilamente oder Stapelfasern entstehen.
22. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Cellulose enthaltende Lösungssystem eine hohe Viskosität aufweist, insbesondere eine Nullviskosität zwischen etwa 10 und 150.000 Pa.s, wobei der Gehalt an Cellulose insbesondere zwischen etwa 5 und 30 Gew.-% liegt.
23. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung spezieller Eigenschaften des gewonnenen ausgefällten Materials, insbesondere Fasermaterials, Additive hinzugefügt werden, wobei die Additive dem Koagulationsmedium, dem Lösungssystem und/oder einem nachfolgenden Modifizierungsbad zugefügt werden, insbesondere in Lösung oder feiner Dispergierung.
24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass Additive in Form von Mikrokapseln, Porenbildnern, Weichmachern, Mattierungsmitteln, Flammschutzmitteln, Bakteriziden, Vernetzungsmitteln, Hydrophobiermitteln, Antistatika und/oder Farbmitteln zugegeben werden.
25. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als protisches Koagulationsmittel im Koagulationsmedium Glycerin, Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, 1-4-Butandiol, 1,2-Propandiol, 1,3- Propandiol und/oder 1,6-Hexandiol und/oder Mischungen hiervon mit einem Gehalt an Wasser eingesetzt werden.
26. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das protische Koagulationsmittel in dem Koagulationsmedium in einer Menge von 30 bis 100 Gew.-%, insbesondere von 50 bis 100 Gew.-%, eingesetzt wird.
27. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Biopolymere enthaltende Lösungssystem vor der Verarbeitung auf eine Temperatur von mehr als etwa 0 0C, insbesondere mehr als etwa 10 0C und/oder das Koagulationsmedium auf eine Temperatur von mehr als etwa 20 0C eingestellt wird.
28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Biopolymere enthaltende Lösungssystem vor der Verarbeitung auf eine Temperatur von etwa 20 bis 140 0C, insbesondere etwa 80 bis 120 0C, und/oder das Koagulationsmedium auf eine Temperatur von etwa 40 bis 90 0C eingestellt wird.
29. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die im Koagulationsmedium ausgefällten Biopolymere in Form von Kohlenhydraten, insbesondere Stärke, Cellulose und/oder Derivate von Stärke und Cellulose, abgetrennt und die verbleibende flüssige Phase, gegebenenfalls nach teilweisem Eindampfen, zur Herstellung des ursprünglichen Lösungssystems zurückgewonnen und wieder zur Herstellung des die Biopolymere in Form von Kohlenhydraten enthaltenden Lösungssystems eingesetzt wird.
30. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Koagulationsmedium abgezogenen Fasern bzw. Filmente in einem nachfolgenden Verstreckungsbad oder in einem nachfolgenden Heizkanal verstreckt werden.
31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern bzw. Filamente bis zu mindestens 10%, insbesondere bis zu mindestens 50% verstreckt werden.
32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern bzw. FiIa- mente bis zu mindestens 70% verstreckt werden.
33. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 30 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstreckungsbad auf einem Lösungsmittel beruht, das als Koagulationsmittel Bestandteil des Koagulationsmediums ist, insbesondere in Form von Glyce- rin, Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, 1-4-Butandiol, 1,2-Propandiol, 1,3- Propandiol und/oder 1,6-Hexandiol und/oder Mischungen hiervon mit einem Gehalt an Wasser.
34. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Koagulationsmedium und/oder dem Verstreckungsbad abgezogenen Fasern bzw. Filamente gewaschen werden.
35. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 30 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die im Verstreckungsbad angesammelten ionischen Flüssigkeiten rückgewonnen werden.
36. Regenerierte Biopolymere in Form von Kohlenhydraten, erhältlich gemäß einem Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 35, in Form von Fasern bzw.
Filamenten oder Folien, insbesondere auf der Basis regenerierter Cellulose.
37. Spinnfasern auf Basis regenerierter Cellulose mit einer Nassfibrillationsnote von weniger oder gleich 2, die insbesondere nicht-fibrillierend sind, und mit einem Verhält- nis von Nassfestigkeit zu Trockenfestigkeit von mindestens 0,55, insbesondere mindestens etwa 0,6.
38. Spinnfasern nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis Nassfestigkeit zu Trockenfestigkeit mindestens etwa 0,7 beträgt.
39. Spinnfasern nach Anspruch 38, gekennzeichnet durch einen Gehalt an Schwefel von weniger als 1 mg/g, insbesondere weniger als 0,75 mg/g, und einen Kupfergehalt von weniger als 20 μg/g, insbesondere von weniger als 15 μg/g.
40. Spinnfasern nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwefelgehalt weniger als 0,5 mg/g, insbesondere weniger als 0,25 mg/g, und der Kupfergehalt weniger als 10 μg/g, insbesondere weniger als 5 μg/g, beträgt.
41. Spinnfasern nach Anspruch 39 oder 40, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Angaben zum Schwefel- und Kupfergehalt auf die aus dem Koagulationsmedium austretenden, nicht gewaschenen Spinnfasern beziehen.
42. Spinnfasern nach mindestens einem der Ansprüche 37 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass sie herstellungsbedingt kein N-Methylmorpholin-N-oxid-Monohydrat (NMMO) enthalten.
43. Spinnfasern nach mindestens einem der Ansprüche 37 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass sie keine nachträglich mit Vernetzungschemikalien ausgebildete Quervernetzung aufweisen.
* * *
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