WO2013098203A2 - Textile-reinforced molded body, method for producing same, and use thereof - Google Patents

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WO2013098203A2
WO2013098203A2 PCT/EP2012/076460 EP2012076460W WO2013098203A2 WO 2013098203 A2 WO2013098203 A2 WO 2013098203A2 EP 2012076460 W EP2012076460 W EP 2012076460W WO 2013098203 A2 WO2013098203 A2 WO 2013098203A2
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Frank Hermanutz
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Deutsche Institute Für Textil- Und Faserforschung Denkendorf
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    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L1/00Compositions of cellulose, modified cellulose or cellulose derivatives
    • C08L1/02Cellulose; Modified cellulose
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
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    • C08J3/02Making solutions, dispersions, lattices or gels by other methods than by solution, emulsion or suspension polymerisation techniques
    • C08J3/09Making solutions, dispersions, lattices or gels by other methods than by solution, emulsion or suspension polymerisation techniques in organic liquids
    • C08J3/091Making solutions, dispersions, lattices or gels by other methods than by solution, emulsion or suspension polymerisation techniques in organic liquids characterised by the chemical constitution of the organic liquid
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    • C08J5/045Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with vegetable or animal fibrous material
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    • C08J2301/00Characterised by the use of cellulose, modified cellulose or cellulose derivatives
    • C08J2301/02Cellulose; Modified cellulose

Definitions

  • the invention relates to a molded article or a composite material with an organic matrix, which is reinforced with textile structures, including fibers, a method for producing such a shaped article and its possible uses.
  • the shaped body according to the invention is a composite material.
  • composite materials are gaining in importance due to their outstanding specific properties, especially for lightweight applications.
  • the use of organic materials, in particular of a thermoplastic nature, and of renewable raw materials leads to particular advantages with regard to recycling or availability, price and acceptance of the components of the composite materials.
  • composite plates are produced in which a thermo-elastic cellulose acetate matrix is reinforced unidirectionally with viscose tire cord continuous fibers. This is done by a two-stage prepreg process wherein the reinforcing fibers are impregnated with the matrix. Thereafter, the resulting prepregs are compacted under heat and the fiber content adjusted to about 30 vol .-% (see M. Horvath, "fiber composites with thermoplastic matrix based on renewable raw materials", dissertation.de, published on the Internet, 2001, p / 14).
  • the products obtained by the above process show various advantages, such as a reduction in the thermal expansion of the addressed matrix, a advantageous adhesion between viscose tire cord fibers and the cellulose acetate matrix, which was investigated and confirmed inter alia by scanning electron micrographs of fractures.
  • Advantageous mechanical parameters are set (modulus of elasticity, tensile strength, flexural modulus), which are significantly improved over those of the pure matrix.
  • the thermal properties of the composite materials described are superior to those of the pure matrix.
  • the average coefficient of thermal expansion between -10 and + 30 ° C is significantly smaller in the composite materials than in the matrix.
  • WO 96/36666 describes moldings of a composite material based on cellulose acetate and reinforcing cellulose-containing fibers which correspond to those described above.
  • the core idea of these known shaped bodies is that the cellulose acetate has a degree of substitution (DS) of about 1.2 to 2.7 and the molding has a Vicat temperature of at least about 160 ° C and the mass ratio of cellulose acetate to natural cellulose fibers or cellulose fibers natural cellulosic fibers is about 10:90 to 90:10.
  • NFK natural fiber reinforced plastics
  • these composites are made of a plastic that maintains its stability by incorporating natural fibers.
  • Components made of NFK not only have high rigidity and strength, but also a low density and are already economically competitive today.
  • the German automotive industry used approximately 45,000 tons of NFK primarily in the passenger compartment, such as interior linings, hat racks, boot linings, spare wheel wells and pillar trim right up to the dashboard.
  • first components z. B. produced as underbody protection on the basis of NFK in series.
  • the natural fibers are particularly based on flax, hemp, jute, kenaf, sisal or abaca.
  • the natural fiber reinforced composites based on thermoplastics have many advantages as mentioned above. In addition, they are up to 30% lighter than conventional fiber composites, do not splinter and break without sharp edges. In general, production costs are low, although a molded part is more expensive to produce than a part made of pure plastic.
  • the invention was based on the object, the above-described prior art, in particular that shown in the introduction, namely a molded body with an organic matrix, which is reinforced with textile structures, including fibers, so educate that its disadvantages, but the latter Advantages to be maintained.
  • a varietal, compostable composite material or molded body of the type described should be able to be provided.
  • the adhesion between the reinforcing textile structures and the matrix is to be improved.
  • this object is achieved by a shaped body having an organic matrix which is reinforced with textile structures, including fibers, in that the matrix is based on cellulose.
  • the cellulose source can be of a variety of types. So it may be cellulose of natural origin, such as cotton, linters, hemp, flax, etc., but also to a chemical or paper pulp.
  • the degree of polymerization (DP) of the respective cellulose is between 108 and 5500, in particular between 250 and 2000. If the value falls below 200, the matrix properties are adversely affected, while if the value of 5500 is exceeded, the production, which will be described in detail below, is made more difficult.
  • the term "textile structure” is to be understood in the context of the invention in general. These may be, for example, pure fibers or filaments, but also structures which are based on the pure fibers or filaments, wherein the fibers or filaments can be ordered or also disposed of in an unordered manner. Thus, for example, they can be arranged in one direction or randomly in the shaped body according to the invention. If they are included unidirectionally, then this leads to an amplification effect in the fiber direction.
  • the textile structures are preferably in the form of endless fibers (filaments), short fibers or staple fibers, yarns and / or as textile fabrics. It is advantageous if the textile fabrics are in the form of woven, knitted, knitted, braided, laid, wound or nonwoven fabric.
  • both natural fibers and synthetic fibers are suitable for the fibers within the scope of the invention.
  • the selection depends on certain aspects of the application in the composite material.
  • the natural fibers lead to a single-formed molding. If special strength properties are to be sought, then it makes sense in individual cases to use chemical fibers in the form of high-performance fibers, such as aramids or else carbon fibers and the like.
  • the natural fibers of seed fibers especially of cotton, bast fibers, in particular of flax, hemp, jute, kinap, ramie, abaca, rosenna and / or uran
  • hard fibers in particular of alpha or Espatogras, Fique, Henequen, coconut, Manila, porphium and / or glisal
  • animal fibers in particular of wool or fine and coarse animal hair, wood fibers, leaf fibers and / or silk represent.
  • the mentioned man-made fibers in particular based on modified natural materials of plant origin, and in particular represent: copper silk fibers, viscose fibers, modal fibers, rayon and cellulose acetate fibers, in particular as acetate or triacetate, alginate fibers, polyisoprene fibers or synthetic fibers, in particular elastofibres, fluorofibres, polyacrylic fibers, in particular based on polyacrylonitrile, or modacrylic, polyamide fibers, in particular nylon or aramid fibers, polychloride fibers, in particular based on polyvinyl chloride and polyvinylidene chloride, polyester fibers, polyolefin fibers, in particular based on polyethylene and polypropylene , or polyvinyl alcohol fibers.
  • inorganic chemical fibers in particular based on glass or ceramic, and carbon fibers or metal fibers are used for the purpose of the invention.
  • carbon fibers or metal fibers are used for the purpose of the invention.
  • modified fibers in particular modified natural fibers.
  • fibrillated natural fibers z. B. produce very stable composites.
  • double characteristic values are achieved, which correspond to those of glass fiber reinforced parts.
  • the fibrillation can be carried out mechanically, physically-chemically or else enzymatically.
  • the degree of fineness of the individual fibers selected according to the invention is 0, 1 dtex to 15 dtex, in particular 0.3 to 6 dtex.
  • the proportion of fibers is in the molding preferably between 10 and 90 wt .-%, in particular between 20 and 75 wt. %. Particularly ideal here is the weight percent range of 40 to 65 wt .-% to designate. The maximum value must indicate that exceeding may adversely affect the adhesion (interlaminar shear strength).
  • the molded body obtained according to the invention is distinguished by a variety of advantageous physical characteristics, which are very satisfactory compared with the products of the prior art used for comparison, but with the above-mentioned disadvantages, such as by a flexural strength (according to ASTM D 790-97) of 500 to 10,000 [MPa], in particular from about 1000 to 5000 [MPa], and / or a tensile strength (according to DIN ISO 527-1) of 175 to 20,000 [MPa], especially from about 1000 to 20,000 [MPa], especially preferably from 2500 to 10000 [MPa], and / or an interlaminar shear strength of from 25 to 2000 [MPa], in particular from 50 to 1000 [MPa] (measured according to ASTM D 2344-84, Short Beam Test) and / or an E Module (according to DIN ISO 527-1) of 1000 to 20000 [MPa], in particular from about 2500 to 10000 [MPa].
  • This list of advantageous physical characteristics of the molding according to the invention is not restrictive.
  • the matrix consists solely of cellulose.
  • additives are in particular in the form of mineral materials, in particular calcium carbonate, calcium sulfate, silicon dioxide and / or aluminum silicate, microcapsules, pore formers, plasticizers, matting agents, flame retardants, bactericides, crosslinking agents, water repellents, antistatic agents and / or colorants, in particular pigments.
  • polymer additives onto the shaped body based on an organic matrix according to the invention.
  • polymer additives which, like the cellulose included according to the invention, can be dissolved in the ionic liquids in question. They should be compatible with the cellulose in this solution and should not interfere with downstream measures. This can be expertly determined easily and easily.
  • Polymers could be mentioned polyethers, such as polyalkylene glycols or polyalkylene oxides, polyesters, such as polyethylene terephthalate or polybutylene terephthalate, cellulose esters, such as cellulose acetate, cellulose butyrate, cellulose propionate, triacetate or cellulose carbamate, cellulose alginate, polyamides, polyimides, polyacrylonitriles, polyaramides, polyurethanes , Polyacrylates such as polyacrylic acid, polyolefins, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride and polyvinyl alcohols.
  • polyethers such as polyalkylene glycols or polyalkylene oxides
  • polyesters such as polyethylene terephthalate or polybutylene terephthalate
  • cellulose esters such as cellulose acetate, cellulose butyrate, cellulose propionate, triacetate or cellulose carbamate
  • cellulose alginate polyamides, polyimides, polyacrylon
  • the cellulose remains the main component, it being possible as a rule to indicate that the proportion of polymer additives within the molding according to the invention is not more than 30%, in particular not more than 20%, the maximum content being 10% by weight, in particular of 5% by weight is advantageously maintained.
  • the proportion of polymer additives to ensure the desired properties of the molding should be largely excluded, in particular be completely excluded.
  • the above percentages by weight relate to the total amount of polymer components (cellulose plus polymer additives).
  • the molding according to the invention is advantageously planar, and it is expedient in individual cases, to press together several sheet-like moldings according to the invention.
  • the technical success associated with the invention lies in a special production process.
  • This is characterized in that the cellulose is dissolved as pulp and / or as cellulose of natural origin in a molten ionic liquid, wherein in the resulting cellulose-containing solution system, the amount of cellulose expediently 2 to 30 wt .-%, in particular 4 to 15 wt .-%, the cellulose-containing solution system, optionally with incorporated property-improving additives, mixed with a textile structure and this mixing system for coagulating the cellulose contained in the solution system in a coagulant containing coagulation medium, in particular in an aqueous coagulation and introduced by Coagulation resulting moldings are washed and dried.
  • ionic liquids according to the general formula [Q +] n [Z] n " are used, where the cation [Q +] n is a quaternized ammonium [R 1 R 2 R 3 R 4 N +], phosphonium [R 1 R 2 R 3 R 4 P +] or sulfonium [ RlR2R3S +] cation or an analogous quaternized nitrogen, phosphorus or sulfur heteroaromatic of the following formulas I), (II), (III), (IV), (V) and (VI)
  • radicals R 1, R 2, R 3, R 4 or the radicals R 1 to R 8 in the formulas (I) to (VI) independently of one another are linear, cyclic, branched, saturated or unsaturated alkyl radicals, mono- or polycyclic, aromatic or heteroaromatic radicals or derivatives of these radicals substituted by further functional groups, where R 1, R 2, R 3 and R 4 may be linked to one another, where the anion [Z] n 'is in the form of a halide, pseudohalide, amide, in the form of phosphorus bonds or nitro compounds.
  • the alkyl radical in the form of a Ci-Ci 8 - alkyl radical in particular an alkyl radical having 1 to 4 carbon atoms, preferably ⁇ before a methyl, ethyl, 1-propyl, 2-propyl, 1- butyl, or 2-butyl group is present
  • the cyclic alkyl group is present 0 i -cycloalkyl radical, and in particular in the form of a cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl or cyclohexyl radical in the form of a C 3, the alkyl radical unsaturated in the form of a vinyl, 2 Propenyl, 3-butenyl, cis-2-butenyl, trans-2-butenyl radical is present, the aromatic radical in the form of a phenyl or naphthyl radical is present, having 1 to 3 halogen atoms, alkyl radicals having 1 to 4 Carbon atoms or pheny
  • EMIM ionic liquid
  • DCA ionic liquid
  • EMIM ethylmethylimidazolium
  • MMIM dimethylimidazolium
  • DCA dicyanamide
  • DMP dimethyl phosphate
  • DEP diethyl phosphate
  • the temperature of the molten ionic liquid is less than 160 ° C., in particular less than 130 ° C., and / or more than 20 ° C., in particular more than 30 ° C., is set. Expediently, these parameters for the temperature are maintained in the course of the process until the solution system is introduced into a coagulation medium.
  • a range of the melting point of each ionic liquid used a range of -100 ° C to + 150 ° C, in particular from -30 ° C to + 80 ° C, could be specified.
  • an initial cellulose having an average degree of polymerization of from 108 to 5500, in particular from 250 to 2000 is used to form the matrix of the body according to the invention.
  • the cellulose incorporated is not degraded substantially, but the starting cellulose and the matrix-forming cellulose of the inventive molding have a substantially same degree of polymerization, especially if the preparation of the solution of cellulose in the ionic liquid is carried out under a protective gas atmosphere, for example under a nitrogen atmosphere.
  • a protective gas atmosphere for example under a nitrogen atmosphere.
  • an oxidizing atmosphere it is possible to set the degree of polymerization of the cellulose and thus the viscosity of the solution system targeted.
  • a twin-screw extruder has proven to be particularly advantageous.
  • the dissolution is further favored by simultaneously irradiated with microwaves during mixing, in particular ultrasound comes to act.
  • the addressed solution system is set to a zero viscosity (measured with a rotational viscometer) between 2 and 1000 Pa.s, in particular between 10 and 250 Pa.s, wherein from these frames of the zero viscosity the processing of the solution system for example, in an extruder is particularly advantageous.
  • a preferred framework for the content of cellulose in the ionic liquid is a range of 2 to 30, in particular 4 to 15 wt -.% To indicate. If the value falls below 2% by weight, the solutions are too low in viscosity, while exceeding the value of 30% by weight leads to difficulties in processing because of the high solution viscosity.
  • an optimal solution system containing cellulose it is done so that the cellulose-containing solution system before mixing with the textile structures at 10 to 140 ° C, in particular at 40 to 120 ° C, and / or the coagulation medium to a Temperature of about 20 to 90 ° C, in particular 20 to 60 ° C is set.
  • the cellulose-containing solution system is filtered, this taking place in particular under pressurization and the filtered solution system is fed to the coagulation medium.
  • a particularly advantageous development is then that the filtered solution system is subsequently degassed and before it is introduced into the coagulation medium, which also takes place in particular under the action of a vacuum.
  • the invention is not subject to any relevant restrictions.
  • the coagulation medium as coagulant water, monoalcohols, especially methanol, ethanol, propanol and / or butanol, polyhydric alcohols, especially glycerol, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, 1,4-butanediol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol and / or 1,6-hexanediol, or mixtures of these coagulants.
  • the coagulating agent is used in the coagulating medium in an amount of from 5 to 95% by weight, in particular from 20 to 80% by weight.
  • the coagulation medium contains the ionic liquid present in the solution system or another ionic liquid suitable according to the invention in an amount of from 5 to 70% by weight, in particular from 10 to 30 wt .-% contains. This allows coagulation to be delayed and a compact, well-consolidated product to be obtained.
  • additives can be included in the shaped body according to the invention.
  • the above-described additives are therefore used in the process. As a result, they can already be added to the pure ionic liquid, to the cellulose-containing solution system and / or to the mixture containing the cellulose-containing solution system and the textile structures.
  • the shaped body in the coagulation medium After formation of the shaped body in the coagulation medium, this is removed therefrom. It then preferably follows a washing with water and / or a monoalcohol, in particular with methanol, ethanol, propanol and / or butanol, expediently between 20 and 80 ° C.
  • the washing or rinsing is preferably carried out with demineralized water.
  • the washing water can be pressed between two rollers. Drying in a temperature range of preferably 60 to 160 ° C, especially 80 ° C to 130 ° C, follows in a non-limiting manner.
  • the composite body can be pressed in a heating press in this temperature frame and dried under elevated pressure, for example, from 2 N / cm 2 to 16 N / cm 2 .
  • the drying can be configured in many ways. For example, drying for composite consolidation in an oven can be done at 80 to 160 ° C. In a particular embodiment, for example, composite panels are preferably pressed between rolls and dried in a hot press. After drying, a further shaping can take place in a press. The washed and dried shaped bodies obtained in the above manner can be subjected to aftertreatments, so in particular a further shaping in a heating press and / or a mechanical action, in particular a cutting, or a surface treatment or a chemical action, in particular a gluing done ,
  • the molding according to the invention is open due to the described properties of a large number of advantageous uses.
  • its use is its use as a car interior part, in particular as a roof part, sover modeu ng, door trim, Trunk lining, spare wheel well, pillar trim and dashboard, for the automotive exterior as underbody protection, as a promenade, as a noise barrier, as a railing, as windows and doors, as a window and door profile, as a window frame, as a fence system, as packaging material, as insulating material or furniture part :
  • the following properties of the shaped bodies according to the invention play a relevant role:
  • the shaped bodies are sorted and compostable. They show a special adhesion between the cellulosic matrix and the embedded cellulosic fibers. These properties exceed those of the known fiber reinforced composites based on thermoplastics.
  • the molded articles according to the invention have the advantageous properties of the fiber-reinforced composites of the prior art. They are characterized by good characteristics of flexural strength, tensile strength of the modulus of elasticity and interlaminar shear strength, which means good adhesion.
  • the particularly strong adhesion results from the fact that in carrying out the method according to the invention, a dissolution of the fibers takes place.
  • This solubilization applies not only to cellulosic fibers, but also to those chemically different types of fibers that can be dissolved or dissolved to some extent in the ionic liquid.
  • the triggering process can be specifically controlled over time and temperature.
  • a particularly advantageous development of the shaped bodies according to the invention consists in that the ionic liquid can be separated from the precipitation medium and recycled again into the overall process. Incidentally, the same applies to the cellulose matrix of the molding according to the invention, if it is consumed in its application and would have to be disposed of.
  • the advantage of the shaped bodies according to the invention is also that they are accessible to further processing by carbonization.
  • the carbonization can be carried out by conventional methods, in particular in an inert gas atmosphere.
  • the preferred temperature range 400 ° C to 3000 ° C, in particular 700 ° C to 2400 ° C are given.
  • graphitization may be followed by carbonation.
  • the properties of the carbonized shaped article can be regulated or controlled in particular by correspondingly corresponding properties being imparted to the inventive (non-carbonized) shaped article according to the method, which then have an effect on the properties of the carbonized shaped article.
  • a selective permeability for ions such as lithium ions, can be achieved.
  • the invention relates to the production of a shaped article based on cellulose according to the invention which contains a cotton twill fabric for reinforcement.
  • 100 g of cotton linters are dissolved in 900 g of ethyl methylimidazolium acetate (EMIM acetate) by stirring for 60 min at 80 ° C.
  • the cellulose solution obtained is filtered through a metal sieve (20 ⁇ m mesh size).
  • a cotton twill fabric is impregnated on both sides with this solution using a padder.
  • the order is 20 wt .-%, based on the finished shaped body.
  • Four layers of impregnated fabric are laid one on top of the other.
  • the resulting impregnated fabric package is maintained at 80 ° C for 2 minutes.
  • the solvent in The form of the designated ionic liquid is washed out of demineralized water in a coagulation bath. Thereafter, the washing water is pressed between two rollers.
  • the four-layer composite body according to the invention is dried in a hot press at a temperature of 120 ° C. and under a pressure of 8 N / cm 2 .
  • the following properties are set in the composite body: E-modulus 5400 [M Pa], tensile strength 350 [M Pa] and flexural strength 1200 [M Pa].
  • cellulose which contains m-aramid fibers for reinforcement.
  • the cellulose solution obtained is filtered through a metal sieve (20 ⁇ m mesh size).
  • An m-aramid fabric is impregnated on both sides with this solution using a doctor blade. The order is 15% by weight, based on the finished molding.
  • the invention relates to the production of a shaped article based on cellulose according to the invention, which contains polyamide fibers for reinforcement.
  • DP650 eucalyptus pulp
  • EMIM-DEP ethyl methylimidazolium diethyl phosphate
  • the cellulose solution obtained is filtered through a metal sieve (20 ⁇ m mesh size).
  • a polyamide fabric is impregnated on both sides with this solution by means of a doctor blade. The order is 15 wt .-%, based on the finished shaped body.
  • the invention relates to the production of a shaped article based on cellulose according to the invention which contains viscose tire cord fibers for reinforcement.
  • 100 g of cotton linters are dissolved in 900 g of ethyl methylimidazolium acetate (EMIM acetate) by stirring for 60 min at 80 ° C.
  • the cellulose solution obtained is filtered through a metal sieve (20 ⁇ m mesh size).
  • Viscose tire cord fibers are wound in parallel on a metal frame. With the help of a doctor blade is impregnated on both sides with this solution. The order is 30 wt .-%, based on the finished molded body.
  • the resulting impregnated fiber fabric is kept at 80 ° C for 2 minutes.
  • the solvent in the form of the designated ionic liquid is washed out of demineralized water in a coagulation bath. Thereafter, the washing water is pressed between two rollers.
  • the resulting fiber composite body is dried in a hot press at a temperature of 120 ° C and under a pressure of 8 N / cm 2 .
  • Example 5 Recycling of the Composite Materials According to Example 1
  • EMIM acetate ethyl methylimidazolium acetate

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Abstract

The invention relates to a molded body with an organic matrix which is reinforced with textile structures including fibers. Said molded body is produced by dissolving cellulose in a molten ionic liquid, the quantity of cellulose in the resulting cellulose-containing solution system advantageously being 2 to 30 wt.%, in particular 4 to 15 wt.%. The cellulose-containing solution system, which optionally comprises property-changing additives, is mixed with a textile structure, and the mixture is used to coagulate the cellulose into a coagulated medium. The resulting textile-reinforced molded body is washed and dried. Said molded body offers a wide variety of applications such as automobile interiors, for example as roof parts, side panels, or dashboards, for the automobile exterior area, in particular as underseal, as furniture parts, and for producing carbonized molded bodies which can be used for example as porous conductive matrices and separators or in fuel cells as cathodes and anodes or as membranes and separators.

Description

Textilverstärkter Formkörper, ein Verfahren zu dessen Herstellung sowie seine  Textile reinforced molded body, a process for its preparation and its
Verwendung  use
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft einen Formkörper bzw. einen Verbundwerkstoff mit einer organischen Matrix, die mit textilen Gebilden, einschließlich Fasern, verstärkt ist, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Formkörpers und dessen Verwendungsmöglichkeiten. Bei dem erfindungsgemäßen Formkörper handelt es sich um einen Verbundwerkstoff.  The invention relates to a molded article or a composite material with an organic matrix, which is reinforced with textile structures, including fibers, a method for producing such a shaped article and its possible uses. The shaped body according to the invention is a composite material.
Verbundwerkstoffe erlangen aufgrund hervorragender spezifischer Eigenschaften, vor allem für Leichtbauanwendungen, zunehmende Bedeutung. Die Verwendung organischer Materialien, insbesondere thermoplastischer Art, sowie nachwachsender Rohstoffe führt hinsichtlich Recycling bzw. Verfügbarkeit, Preis und Akzeptanz der Komponenten der Verbundwerkstoffe zu besonderen Vorteilen. Nach einem bekannten technischen Vorschlag werden Verbundwerkstoffplatten hergestellt, bei denen eine thermopolastische Celluloseacetatmatrix mit Viskose-Reifencord- endlosfasern unidirektional verstärkt wird . Dies geschieht nach einem zweistufigen Prepreg-Verfahren, wobei die Verstärkungsfasern mit der Matrix imprägniert werden. Danach werden die entstanden Prepregs unter Hitze verdichtet und der Fasergehalt auf ungefähr 30 Vol.-% eingestellt (vergl. M . Horvath, "Faserverbundwerkstoffe mit thermoplastischer Matrix auf Basis nachwachsender Rohstoffe", dissertation.de, Verlag im Internet, 2001, S, 13/14). Composite materials are gaining in importance due to their outstanding specific properties, especially for lightweight applications. The use of organic materials, in particular of a thermoplastic nature, and of renewable raw materials leads to particular advantages with regard to recycling or availability, price and acceptance of the components of the composite materials. According to a known technical proposal, composite plates are produced in which a thermo-elastic cellulose acetate matrix is reinforced unidirectionally with viscose tire cord continuous fibers. This is done by a two-stage prepreg process wherein the reinforcing fibers are impregnated with the matrix. Thereafter, the resulting prepregs are compacted under heat and the fiber content adjusted to about 30 vol .-% (see M. Horvath, "fiber composites with thermoplastic matrix based on renewable raw materials", dissertation.de, published on the Internet, 2001, p / 14).
Die nach obigem Verfahren erhaltenen Erzeugnisse zeigen vielfältige Vorteile, so eine Verringeru ng der thermischen Ausdehnung der angesprochenen Matrix, eine vorteilhafte Haftung zwischen Viskose-Reifencordfasern und der Celluloseacetat- matrix, was u.a. durch rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen von Bruchstellen untersucht und bestätigt wurde. Es stellen sich vorteilhafte mechanische Kennwerte ein (Elastizitätsmodul, Zugfestigkeit, Biegemodul), die gegenüber denen der reinen Matrix deutlich verbessert sind. Auch die thermischen Eigenschaften der beschriebenen Verbundwerkstoffe sind denen der reinen Matrix überlegen. Der mittlere thermische Längenausdehnungskoeffizient zwischen -10 und +30°C ist bei den Verbundmaterialien deutlich kleiner als bei der Matrix. The products obtained by the above process show various advantages, such as a reduction in the thermal expansion of the addressed matrix, a advantageous adhesion between viscose tire cord fibers and the cellulose acetate matrix, which was investigated and confirmed inter alia by scanning electron micrographs of fractures. Advantageous mechanical parameters are set (modulus of elasticity, tensile strength, flexural modulus), which are significantly improved over those of the pure matrix. The thermal properties of the composite materials described are superior to those of the pure matrix. The average coefficient of thermal expansion between -10 and + 30 ° C is significantly smaller in the composite materials than in the matrix.
In der WO 96/36666 werden Formkörper aus einem Verbundmaterial auf der Basis von Celluloseacetat und verstärkenden cellulosehaltigen Fasern beschrieben, die den vorstehend dargestellten entsprechen. Der Kerngedanke dieser bekannten Formkörper liegt darin, dass das Celluloseacetat einen Substitutionsgrad (DS) von etwa 1,2 bis 2,7 und der Formkörper eine Vicat-Temperatur von mindestens etwa 160°C aufweist sowie das Masseverhältnis von Celluloseacetat zu natürlichen Cel- lulosefasern bzw. natürlichen cellulosehaltigen Fasern etwa 10:90 bis 90: 10 beträgt. WO 96/36666 describes moldings of a composite material based on cellulose acetate and reinforcing cellulose-containing fibers which correspond to those described above. The core idea of these known shaped bodies is that the cellulose acetate has a degree of substitution (DS) of about 1.2 to 2.7 and the molding has a Vicat temperature of at least about 160 ° C and the mass ratio of cellulose acetate to natural cellulose fibers or cellulose fibers natural cellulosic fibers is about 10:90 to 90:10.
Die faserverstärkten Verbundwerkstoffe der oben beschriebenen Art, die auf thermoplastischen Kunststoffen basieren, haben zwischenzeitlich in verschiedenen technischen Anwendungsbereichen Bedeutung erlangt. Insbesondere betrifft dies naturfaserverstärkte Kunststoffe (NFK). Diese Verbundwerkstoffe bestehen aus einem Kunststoff, der seine Stabilität durch eingearbeitete Naturfasern erhält. Bauteile aus NFK weisen nicht nur hohe Steifigkeit und Festigkeit, sondern auch eine geringe Dichte auf und sind heute bereits ökonomisch konkurrenzfähig. Die deutsche Automobilindustrie setzte im Jahre 2003 etwa 45000 t NFK vor allem im Pkw-Innenraum ein, so als Innenverkleidungen, Hutablagen, Kofferraumauskleidungen, Reserveradmulden und Säulenverkleidungen bis hin zum Armaturenbrett. Inzwischen werden erste Bauteile z. B. als Unterbodenschutz auf der Grundlage von NFK in Serie produziert. Die Naturfasern gehen insbesondere auf Flachs, Hanf, Jute, Kenaf, Sisal oder Abaca zurück. Die naturfaserverstärkten Verbundwerkstoffe, basierend auf thermoplastischen Kunststoffen, haben vielfältige Vorteile, wie oben angesprochen. Zudem sind sie bis zu 30% leichter als herkömmliche Faserverbunde, splittern nicht und brechen ohne scharfe Kanten. Im Allgemeinen liegen die Produktionskosten niedrig, wenngleich ein Formpressteil aufwändiger als ein Teil aus reinem Kunststoff zu produzieren ist. Mit den naturfaserverstärkten Verbundwerkstoffen sind auch ökologische Vorteile verbunden : In den letzten Jahren wurde in Deutschland eine Reihe von Sach-, Energie- und Ökobilanzen erstellt. Verglichen mit bisherigen technischen Lösungen schnitten die NFK-Werkstoffe in praktisch allen Fällen besser ab. Ein Naturfaserformpressteil lässt sich mit etwa halb so viel Energie herstellen wie ein ABS- Bauteil . Andere Harzsysteme, beispielsweise auf Basis nachwachsender Rohstoffe, können weitere Einsparungen bringen. Darüber hinaus lässt sich während der Laufzeit eines mit NFK ausgestatteten Fahrzeuges mehr Energie einsparen. Da die diesbezüglichen Verkleidungen beispielsweise leichter als Glasfaserwerkstoffe (GFK) sind, benötigt das Fahrzeug weniger Kraftstoff. Weitere Vorteile bestehen in einer günstigen Entsorgung der Verbundwerkstoffe. Die thermische Nutzung (Verbrennung) des Naturfaseranteils erfolgt weitgehend C02-neutral. Bei thermoplastischem NFK ist im Gegensatz zu glasfaserverstärkten Kunststoffen eine stoffliche Wiederverwertung möglich. Aus dem Material kann z. B. ein neues Polypropylen (PP)-NF-Granulat mit vergleichsweise guten Eigenschaften hergestellt werden. Bei einem der gängigen Entsorgungsverfahren, so der Verbrennung der ge- schredderten NFK-Teile, tragen die Naturfasern im Gegensatz zu Glasfasern und mineralischen Füllstoffen positiv zur Stoff- u nd Energiebilanz bei (Literatur: "Naturfaserverstärkte Kunststoffe (NFK)", Broschüre nova-Institut GmbH, Hürth, März 2006). The fiber-reinforced composite materials of the type described above, which are based on thermoplastics, have in the meantime gained importance in various technical fields of application. In particular, this relates to natural fiber reinforced plastics (NFK). These composites are made of a plastic that maintains its stability by incorporating natural fibers. Components made of NFK not only have high rigidity and strength, but also a low density and are already economically competitive today. In 2003, the German automotive industry used approximately 45,000 tons of NFK primarily in the passenger compartment, such as interior linings, hat racks, boot linings, spare wheel wells and pillar trim right up to the dashboard. Meanwhile, first components z. B. produced as underbody protection on the basis of NFK in series. The natural fibers are particularly based on flax, hemp, jute, kenaf, sisal or abaca. The natural fiber reinforced composites based on thermoplastics have many advantages as mentioned above. In addition, they are up to 30% lighter than conventional fiber composites, do not splinter and break without sharp edges. In general, production costs are low, although a molded part is more expensive to produce than a part made of pure plastic. There are also ecological advantages associated with natural-fiber-reinforced composites: In recent years, a series of physical, energy and life-cycle assessments has been prepared in Germany. Compared with previous technical solutions, the NFK materials performed better in virtually all cases. A natural fiber molding can be produced with about half the energy of an ABS component. Other resin systems, for example based on renewable raw materials, can bring further savings. In addition, more energy can be saved during the life of a vehicle equipped with NFK. For example, because the panels are lighter than fiberglass (GRP) materials, the vehicle requires less fuel. Further advantages consist in a favorable disposal of the composite materials. The thermal utilization (combustion) of the natural fiber content is largely C0 2 -neutral. In the case of thermoplastic NFK, material recycling is possible in contrast to glass fiber reinforced plastics. From the material can z. B. a new polypropylene (PP) -NF granules are produced with relatively good properties. In one of the common disposal methods, such as the burning of shredded NFP parts, natural fibers, in contrast to glass fibers and mineral fillers, contribute positively to the material and energy balance (References: "Natural fiber reinforced plastics (NFP)", brochure nova-Institut GmbH, Hürth, March 2006).
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, den oben geschilderten Stand der Technik, insbesondere den in der Einleitung dargestellten, nämlich einen Formkörper mit einer organischen Matrix, die mit textilen Gebilden, einschließlich Fasern, verstärkt ist, so weiterzubilden, dass dessen Nachteile behoben, aber dessen Vorteile beibehalten werden. Insbesondere soll ein sortenreiner, kompostierbarer Verbundwerkstoff bzw. Formkörper der beschriebenen Art bereitgestellt werden können. Ganz besonders soll die Haftung zwischen den verstärkenden textilen Gebilden sowie der Matrix verbessert werden. The invention was based on the object, the above-described prior art, in particular that shown in the introduction, namely a molded body with an organic matrix, which is reinforced with textile structures, including fibers, so educate that its disadvantages, but the latter Advantages to be maintained. In particular, a varietal, compostable composite material or molded body of the type described should be able to be provided. In particular, the adhesion between the reinforcing textile structures and the matrix is to be improved.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Formkörper mit einer organischen Matrix, die mit textilen Gebilden, einschließlich Fasern, verstärkt ist, dadurch gelöst, dass die Matrix auf Cellulose beruht. Bei der Auswahl der Cellulose für den erfindungsgemäßen Formkörper unterliegt der Fachmann keinen wesentlichen Einschränkungen. Die Cellulosequelle kann vielfältiger Art sein. So kann es sich um Cellulose natürlichen Ursprungs handeln, wie beispielsweise Baumwolle, Linters, Hanf, Flachs, etc., aber auch um einen Chemie- oder Papierzellstoff. According to the invention, this object is achieved by a shaped body having an organic matrix which is reinforced with textile structures, including fibers, in that the matrix is based on cellulose. In the selection of the cellulose for the molding according to the invention, the skilled person is not subject to any significant restrictions. The cellulose source can be of a variety of types. So it may be cellulose of natural origin, such as cotton, linters, hemp, flax, etc., but also to a chemical or paper pulp.
Vorteilhaft ist es, wenn der Polymerisationsgrad (DP) der jeweil igen Cellulose zwischen 108 und 5500, insbesondere zwischen 250 und 2000, liegt. Wird der Wert von 200 unterschritten, dann werden die Matrix-Eigen-schaften beeinträchtigt, während bei Überschreiten des Wertes von 5500 die Herstellung, die nachfolgend noch detailliert beschrieben wird, erschwert ist. It is advantageous if the degree of polymerization (DP) of the respective cellulose is between 108 and 5500, in particular between 250 and 2000. If the value falls below 200, the matrix properties are adversely affected, while if the value of 5500 is exceeded, the production, which will be described in detail below, is made more difficult.
Der Begriff "textiles Gebilde" ist im Sinne der Erfindung allgemein zu verstehen. Dabei kann es sich beispielsweise um reine Fasern bzw. Filamente, aber auch um Gebilde handeln, die auf die reinen Fasern bzw. Filamente zurückgehen, wobei die Fasern bzw. Filamente geordnet oder auch ungeordnet vorl iegen können. So können sie beispielsweise in einer Richtung oder wahllos in dem erfindungsgemäßen Formkörper angeordnet sein. Sind sie unidirektional einbezogen, dann führt dies zu einer Verstärkungswirkung in Faserrichtung . Vorzugsweise liegen die tex- tilen Gebilde als Endlosfaser (Filamente), Kurz- oder Stapelfasern, Garne und/oder als textile Flächengebilde vor. Es ist vorteilhaft, wenn die textilen Flächengebilde als Gewebe, Wirkware, Strickware, Geflecht, Gelege, Wicklung oder als Vliesstoff vorliegen. The term "textile structure" is to be understood in the context of the invention in general. These may be, for example, pure fibers or filaments, but also structures which are based on the pure fibers or filaments, wherein the fibers or filaments can be ordered or also disposed of in an unordered manner. Thus, for example, they can be arranged in one direction or randomly in the shaped body according to the invention. If they are included unidirectionally, then this leads to an amplification effect in the fiber direction. The textile structures are preferably in the form of endless fibers (filaments), short fibers or staple fibers, yarns and / or as textile fabrics. It is advantageous if the textile fabrics are in the form of woven, knitted, knitted, braided, laid, wound or nonwoven fabric.
Grundsätzlich kommen im Rahmen der Erfindung für die Fasern sowohl Naturfasern als auch Chemiefasern in Frage. Die Auswahl richtet sich nach bestimmten Gesichtspunkten der Anwendung im Verbundwerkstoff. Die Naturfasern führen zu einem sortenreinen Formkörper. Sollen besondere Festigkeitseigenschaften angestrebt werden, dann ist es in Einzelfällen sinnvoll, Chemiefasern in Form von Hochleistungsfasern heranzuziehen, wie beispielsweise Aramide oder auch Carbonfasern und dergleichen. In principle, both natural fibers and synthetic fibers are suitable for the fibers within the scope of the invention. The selection depends on certain aspects of the application in the composite material. The natural fibers lead to a single-formed molding. If special strength properties are to be sought, then it makes sense in individual cases to use chemical fibers in the form of high-performance fibers, such as aramids or else carbon fibers and the like.
Dem Fachmann steht für die Verwirklichung der Erfindung eine Vielzahl unterschiedlicher Fasern zur Verfügung . Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Naturfasern Samenfasern, insbesondere von Baumwolle, Bastfasern, insbesondere von Flachs, Hanf, Jute, Kinap, Ramie, Abaca, Rosenna und/oder Urena, Hartfasern, insbesondere von Alpha- oder Espatogras, Fique, Henequen, Kokos, Manila, Por- phium und/oder Glisal, Tierfasern, insbesondere von Wolle bzw. feine und grobe Tierhaare, Holzfasern, Blattfasern und/oder Seide darstellen. A variety of different fibers are available to the person skilled in the art for the realization of the invention. It is expedient if the natural fibers of seed fibers, especially of cotton, bast fibers, in particular of flax, hemp, jute, kinap, ramie, abaca, rosenna and / or uran, hard fibers, in particular of alpha or Espatogras, Fique, Henequen, coconut, Manila, porphium and / or glisal, animal fibers, in particular of wool or fine and coarse animal hair, wood fibers, leaf fibers and / or silk represent.
Des Weiteren ist es mit besonderen Vorteilen verbunden, wenn die angesprochenen Chemiefasern, insbesondere auf Basis abgewandelter Naturstoffe pflanzlicher Herkunft, sind und insbesondere darstellen : Kupferseidefasern, Viskosefasern, Modalfasern, Kunstseide- und Celluloseacetatfasern, insbesondere als Acetat oder Triacetat, Alginatfasern, Polyisoprenfasern oder Synthesefasern, insbesondere Elastofasern, Fluorofasern, Polyacrylfasern, insbesondere auf Basis von Polyacry- lonitril, oder Modacryl, Polyamidfasern, insbesondere Nylon- oder Aramidfasern, Polychloridfasern, insbesondere auf der Basis von Polyvinylchlorid und Polyvinyl- idenchlorid, Polyesterfasern, Polyolefinfasern, insbesondere auf Basis von Polyethylen und Polypropylen, oder Polyvinylalkoholfasern. Furthermore, it is associated with particular advantages if the mentioned man-made fibers, in particular based on modified natural materials of plant origin, and in particular represent: copper silk fibers, viscose fibers, modal fibers, rayon and cellulose acetate fibers, in particular as acetate or triacetate, alginate fibers, polyisoprene fibers or synthetic fibers, in particular elastofibres, fluorofibres, polyacrylic fibers, in particular based on polyacrylonitrile, or modacrylic, polyamide fibers, in particular nylon or aramid fibers, polychloride fibers, in particular based on polyvinyl chloride and polyvinylidene chloride, polyester fibers, polyolefin fibers, in particular based on polyethylene and polypropylene , or polyvinyl alcohol fibers.
In Einzelfällen ist es besonders bevorzugt, wenn anorganische Chemiefasern, insbesondere auf Basis von Glas oder Keramik, sowie Carbonfasern oder Metallfasern zum Zwecke der Erfindung herangezogen werden. Hierbei handelt es sich um spezielle Hochleistungsfasern, um besonders hohe Festigkeitswerte im Verbundwerkstoff zu erreichen. In individual cases, it is particularly preferred if inorganic chemical fibers, in particular based on glass or ceramic, and carbon fibers or metal fibers are used for the purpose of the invention. These are special high-performance fibers in order to achieve particularly high strength values in the composite material.
Im Rahmen der Erfindung lassen sich auch modifizierte Fasern, insbesondere modifizierte Naturfasern, einsetzen. So lassen sich mit verfeinerten, auffibrillierten Naturfasern z. B. besonders stabile Verbundwerkstoffe herstellen. Teilweise werden doppelte Kennwerte erreicht, die denen glasfaserverstärkter Teile entsprechen. Die Fibrillierung kann mechanisch, physikalisch-chemisch oder auch enzy- matisch erfolgen. In the context of the invention, it is also possible to use modified fibers, in particular modified natural fibers. Thus, with refined, fibrillated natural fibers z. B. produce very stable composites. In some cases, double characteristic values are achieved, which correspond to those of glass fiber reinforced parts. The fibrillation can be carried out mechanically, physically-chemically or else enzymatically.
Es ist zweckmäßig, wenn der Feinheitsgrad der erfindungsgemäß gewählten Einzelfasern, unabhängig davon, ob sie als solche im Garn oder in einem textilen Gebilde bzw. Flächengebilde vorliegen, 0, 1 dtex bis 15 dtex, insbesondere 0,3 bis 6 dtex, beträgt. It is expedient if the degree of fineness of the individual fibers selected according to the invention, irrespective of whether they are present as such in the yarn or in a textile structure or fabric, is 0, 1 dtex to 15 dtex, in particular 0.3 to 6 dtex.
Der Anteil der Fasern, auch hier unabhängig davon, ob allein, geordnet oder ungeordnet oder eingebunden in ein textiles Gebilde, liegt in dem Formkörper vorzugsweise zwischen 10 und 90 Gew.-%, insbesondere zwischen 20 und 75 Gew.- %. Als besonders ideal ist hier der gewichtsprozentuale Bereich von 40 bis 65 Gew.-% zu bezeichnen. Zu dem Höchstwert ist anzugeben, dass ein Überschreiten sich nachteilig auf die Haftung (interlaminare Scherfestigkeit) auswirken kann. The proportion of fibers, also here regardless of whether alone, ordered or disordered or integrated into a textile structure, is in the molding preferably between 10 and 90 wt .-%, in particular between 20 and 75 wt. %. Particularly ideal here is the weight percent range of 40 to 65 wt .-% to designate. The maximum value must indicate that exceeding may adversely affect the adhesion (interlaminar shear strength).
Der erfindungsgemäß erhaltene Formkörper zeichnet sich durch vielfältige vorteilhafte physikalische Kennwerte aus, die gegenüber den zum Vergleich herangezogenen Produkten des Standes der Technik, diese jedoch mit deren oben angesprochenen Nachteilen, sehr zufriedenstellend sind, so durch eine Biegefestigkeit (nach ASTM D 790-97) von 500 bis 10000 [MPa], insbesondere von etwa 1000 bis 5000 [MPa], und/oder eine Zugfestigkeit (nach DIN ISO 527-1) von 175 bis 20000 [MPa], insbesondere von etwa 1000 bis 20000 [MPa], ganz besonders bevorzugt von 2500 bis 10000 [MPa], und/oder eine interlaminare Scherfestigkeit von 25 bis 2000 [MPa], insbesondere von 50 bis 1000 [MPa] (gemessen nach ASTM D 2344- 84, Short beam test) und/oder ein E-Modul (nach DIN ISO 527-1) von 1000 bis 20000 [MPa], insbesondere von etwa 2500 bis 10000 [MPa]. Diese Aufzählung vorteilhafter physikalischer Kennwerte des erfindungsgemäßen Formkörpers ist nicht beschränkend. The molded body obtained according to the invention is distinguished by a variety of advantageous physical characteristics, which are very satisfactory compared with the products of the prior art used for comparison, but with the above-mentioned disadvantages, such as by a flexural strength (according to ASTM D 790-97) of 500 to 10,000 [MPa], in particular from about 1000 to 5000 [MPa], and / or a tensile strength (according to DIN ISO 527-1) of 175 to 20,000 [MPa], especially from about 1000 to 20,000 [MPa], especially preferably from 2500 to 10000 [MPa], and / or an interlaminar shear strength of from 25 to 2000 [MPa], in particular from 50 to 1000 [MPa] (measured according to ASTM D 2344-84, Short Beam Test) and / or an E Module (according to DIN ISO 527-1) of 1000 to 20000 [MPa], in particular from about 2500 to 10000 [MPa]. This list of advantageous physical characteristics of the molding according to the invention is not restrictive.
In vielen Fällen ist es von besonderem Vorteil, wenn die Matrix allein aus Cellulo- se besteht. Um eine wünschenswerte Eigenschaftsänderung des Verbundkörpers zu erreichen, worauf nachfolgend noch eingegangen wird, kann der Einbezug von Additiven vorteilhaft sein. Die eigenschaftsverändernden Additive liegen insbesondere in Form von mineralischen Materialien, insbesondere Calciumcarbonat, Calciumsulfat, Siliziumdioxid und/oder Aluminiumsilikat, Mikrokapseln, Porenbildnern, Weichmachern, Mattierungsmitteln, Flammschutzmitteln, Bakteriziden, Vernetzungsmitteln, Hydrophobiermitteln, Antistatika und/oder Farbmitteln, insbesondere Pigmenten. In many cases, it is of particular advantage if the matrix consists solely of cellulose. In order to achieve a desirable property change of the composite, as will be discussed below, the inclusion of additives may be advantageous. The property-modifying additives are in particular in the form of mineral materials, in particular calcium carbonate, calcium sulfate, silicon dioxide and / or aluminum silicate, microcapsules, pore formers, plasticizers, matting agents, flame retardants, bactericides, crosslinking agents, water repellents, antistatic agents and / or colorants, in particular pigments.
Besondere Vorteile der Erfindung können sich auch dadurch ergeben, indem dem erfindungsgemäßen Formkörper auf der Basis einer organischen Matrix Polymeradditive einverleibt werden. Es handelt sich dabei um Polymere, die sich, wie auch die erfindungsgemäß einbezogene Cellulose, in den in Betracht kommenden ionischen Flüssigkeiten lösen lassen. Sie sollten mit der Cellulose innerhalb dieser Lösung verträglich sein und nachgeschaltete Maßnahmen nicht beeinträchtigen. Dies lässt sich fachmännisch ohne weiteres und leicht ermitteln. Als Beispiel für Polymere könnten angegeben werden Polyether, wie Polyalkylenglykole oder Po- lyalylenoxide, Polyester, wie Polyethylenterephthalat oder Polybutylenterephtha- lat, Celluloseester, wie Celluloseacetat, Cellulosebutyrat, Cellulosepropionat, Tria- cetat oder Cellulosecarbamat, Cellulosealginat, Polyamide, Polyimide, Polyacryl- nitrile, Polyaramide, Polyurethane, Polyacrylate wie Polyacrylsäure, Polyolefine, Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid und Polyvinylalkohole. Wichtig ist es, dass die Cellulose der Hauptbestandteil bleibt, wobei man als Regel angeben könnte, dass der Anteil an Polymeradditiven innerhalb des erfindungsgemäßen Formkörpers nicht mehr als 30%, insbesondere nicht mehr als 20% beträgt, wobei der Höchstgehalt von 10 Gew.%, insbesondere von 5 Gew.% vorteilhafterweise eingehalten wird . In Einzelfällen sollte der Anteil an Polymeradditiven zur Sicherung der angestrebten Eigenschaften des Formkörpers weitgehend ausgeschlossen sein, insbesondere ganz ausgeschlossen sein. Die obigen gewichtsprozentualen Angaben beziehen sich auf die Gesamtmenge der Polymeren-Anteile (Cellulose zuzüglich Polymeradditive). Particular advantages of the invention can also be obtained by incorporating polymer additives onto the shaped body based on an organic matrix according to the invention. These are polymers which, like the cellulose included according to the invention, can be dissolved in the ionic liquids in question. They should be compatible with the cellulose in this solution and should not interfere with downstream measures. This can be expertly determined easily and easily. As an example for Polymers could be mentioned polyethers, such as polyalkylene glycols or polyalkylene oxides, polyesters, such as polyethylene terephthalate or polybutylene terephthalate, cellulose esters, such as cellulose acetate, cellulose butyrate, cellulose propionate, triacetate or cellulose carbamate, cellulose alginate, polyamides, polyimides, polyacrylonitriles, polyaramides, polyurethanes , Polyacrylates such as polyacrylic acid, polyolefins, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride and polyvinyl alcohols. It is important that the cellulose remains the main component, it being possible as a rule to indicate that the proportion of polymer additives within the molding according to the invention is not more than 30%, in particular not more than 20%, the maximum content being 10% by weight, in particular of 5% by weight is advantageously maintained. In individual cases, the proportion of polymer additives to ensure the desired properties of the molding should be largely excluded, in particular be completely excluded. The above percentages by weight relate to the total amount of polymer components (cellulose plus polymer additives).
Im Sinne der eingangs angesprochenen besonderen anderen Verwendungszwecke, insbesondere im Automobilbereich, ist der erfindungsgemäßen Formkörper vorteilhafterweise flächenförmig, wobei es in Einzelfällen zweckmäßig ist, mehrere flächenförmige erfindungsgemäße Formkörper miteinander zu verpressen. In the sense of the above-mentioned special other uses, especially in the automotive sector, the molding according to the invention is advantageously planar, and it is expedient in individual cases, to press together several sheet-like moldings according to the invention.
Der mit der Erfindung verbundene technische Erfolg, wie er vorstehend bei der Schilderung der erfindungsgemäßen Formkörper dargestellt wird, liegt in einem besonderen Herstellungsverfahren. Dieses ist dadurch gekennzeichnet, dass die Cellulose als Zellstoff und/oder als Cellulose natürlichen Ursprungs in einer geschmolzenen ionischen Flüssigkeit gelöst wird, wobei in dem anfallenden Cellulose enthaltenden Lösungssystem die Menge an Cellulose zweckmäßigerweise 2 bis 30 Gew.-%, insbesondere 4 bis 15 Gew.-%, beträgt, das die Cellulose enthaltende Lösungssystem, gegebenenfalls mit einbezogenen eigenschaftsverbessernden Additiven, mit einem textilen Gebilde gemischt und dieses Mischsystem zur Koagulation der in dem Lösungssystem enthaltenen Cellulose in ein Koagulationsmittel enthaltendes Koagulationsmedium, insbesondere in ein wässriges Koagulationsmedium, eingebracht und der durch Koagulation entstandene Formkörper gewaschen und getrocknet wird. Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gibt es keine relevante Beschränkung auf die Art der ionischen Flüssigkeit. Es ist bevorzugt, wenn ionische Flüssigkeiten gemäß der allgemeinen Formel [Q+]n[Z]n" eingesetzt werden, wobei das Kation [Q+]n ein quaterniertes Ammonium-[RlR2R3R4N+], Phosphoni- um-[Rl R2R3R4P+] oder Sulfonium-[RlR2R3S+]-Kation oder ein analoger quater- nierter Stickstoff-, Phosphor- oder Schwefel-Heteroaromat der folgenden Formeln I), (II), (III), (IV), (V) und (VI) The technical success associated with the invention, as described above in the description of the shaped bodies according to the invention, lies in a special production process. This is characterized in that the cellulose is dissolved as pulp and / or as cellulose of natural origin in a molten ionic liquid, wherein in the resulting cellulose-containing solution system, the amount of cellulose expediently 2 to 30 wt .-%, in particular 4 to 15 wt .-%, the cellulose-containing solution system, optionally with incorporated property-improving additives, mixed with a textile structure and this mixing system for coagulating the cellulose contained in the solution system in a coagulant containing coagulation medium, in particular in an aqueous coagulation and introduced by Coagulation resulting moldings are washed and dried. In carrying out the method according to the invention, there is no relevant restriction on the type of ionic liquid. It is preferred if ionic liquids according to the general formula [Q +] n [Z] n " are used, where the cation [Q +] n is a quaternized ammonium [R 1 R 2 R 3 R 4 N +], phosphonium [R 1 R 2 R 3 R 4 P +] or sulfonium [ RlR2R3S +] cation or an analogous quaternized nitrogen, phosphorus or sulfur heteroaromatic of the following formulas I), (II), (III), (IV), (V) and (VI)
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Pyrrolidinium Quinolinium  Pyrrolidinium Quinolinium
(V) (VI) darstellt, wobei die Reste Rl, R2, R3, R4 bzw. die Reste Rl bis R8 in den Formeln (I) bis (VI) unabhängig voneinander lineare, zyklische, verzweigte, gesättigte o- der ungesättigte Alkylreste, mono- oder polycyclische, aromatische oder heteroaromatische Reste oder mit weiteren funktionellen Gruppen substituierte Derivate dieser Reste sind, wobei Rl, R2, R3 und R4 untereinander verbunden sein können, wobei das Anion [Z]n" in Form eines Halogenids, Pseudohalogenids, Amids, in Form von Phosphorbindungen oder Nitroverbindungen vorliegt. (V) (VI), where the radicals R 1, R 2, R 3, R 4 or the radicals R 1 to R 8 in the formulas (I) to (VI) independently of one another are linear, cyclic, branched, saturated or unsaturated alkyl radicals, mono- or polycyclic, aromatic or heteroaromatic radicals or derivatives of these radicals substituted by further functional groups, where R 1, R 2, R 3 and R 4 may be linked to one another, where the anion [Z] n 'is in the form of a halide, pseudohalide, amide, in the form of phosphorus bonds or nitro compounds.
Eine Ausbildung dieser im Rahmen der Erfindung besonders vorteilhaften ionischen Flüssigkeiten ist darin zu sehen, dass die Halogenide bzw. Pseudohalogeni- de die Formel F", CI", Br", Γ, BF4 ", PF6 ", AICI4 ", AI2CI7 ", AI3CI10", AIBr4, FeCI4 ", BCI4 ", SbF6 ", AsF6 ", ZnCI3 ", SnCI3 ", CuCI2 ", CF3SO3", (CN)2N", (CF3S03)2N-, CF3C02 ", CCI3C02 ", CN", SCN", OCN", die Phosphorverbindungen Phosphate der Formel P04 3", HP04 2", H2P04 ", ^PO^", HR1P04 ", R1R2P04 "; Phosphonate und Phosphinate der Formel: R^PC , R^PC , R^PC ; Phosphite der Formel: P03 3", HP03 2", H2P03 ", R^Os2", R^PC , R1R2P03 "; sowie Phosphonite und Phosphinite der Formel: R1R2P02 ", R1HP02 ", R1R2PO", R^PO" darstellen. An embodiment of these ionic liquids which are particularly advantageous in the context of the invention can be seen in the fact that the halides or pseudohalides de the formula F " , CI " , Br " , Γ, BF 4 " , PF 6 " , AICI 4 " , AI 2 CI 7 " , AI3CI10 " , AIBr 4 , FeCl 4 " , BCI 4 " , SbF 6 " , AsF 6 ", ZnCl 3", SnCl 3 ", CuCl 2", CF3SO3 "(CN) 2 N", (CF 3 S0 3) 2 N-, CF 3 C0 2 ", CCI 3 C0 2", CN " , SCN " , OCN " , the phosphorus compounds phosphates of the formula P0 4 3 " , HP0 4 2" , H 2 P0 4 " , ^ PO ^ " , HR 1 P0 4 " , R 1 R 2 P0 4 " ; Phosphonates and phosphinates of the formula: R ^ PC, R ^ PC, R ^ PC; Phosphites of the formula: P0 3 3 " , HPO 3 2" , H 2 PO 3 " , R 1 Os 2" , R 1 PC, R 1 R 2 P0 3 " , and phosphonites and phosphinites of the formula: R 1 R 2 P 0 2 " , R 1 HP0 2 " , R 1 R 2 PO " , R ^ PO " .
Von weitergehendem Vorteil ist es, wenn der Alkylrest in Form eines Ci-Ci8- Alkylrestes, insbesondere eines Alkylrestes mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, vor¬ zugsweise eines Methyl-, Ethyl-, 1-Propyl-, 2-Propyl-, 1-Butyl-, oder 2-Butylrestes vorliegt, der cyclische Alkylrest in Form eines C3-i0-Cycloalkylrestes, insbesondere in Form eines Cyclopropyl-, Cyclobutyl-, Cyclopentyl- oder Cyclohexyl-Restes vorliegt, der ungesättigte Alkylrest in Form eines Vinyl, 2-Propenyl, 3-Butenyl, cis-2- butenyl, trans-2-butenyl-Restes vorliegt, der aromatische Rest in Form eines Phe- nyl- oder Naphthyl-Restes vorliegt, der mit 1 bis 3 Halogenatomen, Alkylresten mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen oder Phenyl-Resten substituiert sein kann, und der heteroaromatische Rest in Form eines 0-, S- oder N-enthaltenden heterocycli- schen Restes mit 2 bis 5 Kohlenstoffatomen vorliegt. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, als ionische Flüssigkeit [EMIM] [DCA], [EMIM] [CI], [EMIM] [SCN], [EMIM] [Acetat], [EMIM] [DEP] und/oder [MMIM] [DMP] eingesetzt werden. Darin haben die Abkürzungen folgende Bedeutung: EMIM = Ethylmethylimi- dazolium; [MMIM] = Dimethylimidazolium; [DCA] = Dicyanamid; [DMP] = Dime- thylphosphat; [DEP] = Diethylphosphat. It is of further advantage if the alkyl radical in the form of a Ci-Ci 8 - alkyl radical, in particular an alkyl radical having 1 to 4 carbon atoms, preferably ¬ before a methyl, ethyl, 1-propyl, 2-propyl, 1- butyl, or 2-butyl group is present, the cyclic alkyl group is present 0 i -cycloalkyl radical, and in particular in the form of a cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl or cyclohexyl radical in the form of a C 3, the alkyl radical unsaturated in the form of a vinyl, 2 Propenyl, 3-butenyl, cis-2-butenyl, trans-2-butenyl radical is present, the aromatic radical in the form of a phenyl or naphthyl radical is present, having 1 to 3 halogen atoms, alkyl radicals having 1 to 4 Carbon atoms or phenyl radicals, and the heteroaromatic radical is in the form of a 0-, S- or N-containing heterocyclic radical having 2 to 5 carbon atoms. It has proven to be particularly advantageous as ionic liquid [EMIM] [DCA], [EMIM] [CI], [EMIM] [SCN], [EMIM] [acetate], [EMIM] [DEP] and / or [MMIM ] [DMP]. The abbreviations have the following meaning: EMIM = ethylmethylimidazolium; [MMIM] = dimethylimidazolium; [DCA] = dicyanamide; [DMP] = dimethyl phosphate; [DEP] = diethyl phosphate.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat es sich vorteilhaft erwiesen, dass die Temperatur der geschmolzenen ionischen Flüssigkeit auf weniger als 160°C, insbesondere weniger als 130°C, und/oder auf mehr als 20°C, insbesondere mehr als 30°C, eingestellt wird. Zweckmäßigerweise werden diese Rahmenbedingungen für die Temperatur im weiteren Verlaufe des Verfahrens bis zum Einleiten des Lösungssystems in ein Koagulationsmedium beibehalten. Als bevorzugte Rahmenbedingungen für den Bereich des Schmelzpunktes der jeweils herangezogenen ionischen Flüssigkeit könnte ein Bereich von -100°C bis +150°C, insbesondere von -30°C bis +80°C, angegeben werden. Es ist von Vorteil, wenn zur Ausbildung der Matrix des erfindungsgemäßen Körpers eine Ausgangscellulose eingesetzt wird, die einen durchschnittlichen Polymerisationsgrad von 108 bis 5500, insbesondere von 250 bis 2000, aufweist. Überraschenderweise hat es sich gezeigt, dass bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens die einbezogene Cellulose im Wesentlichen nicht abgebaut wird, sondern die Ausgangscellulose und die die Matrix bildende Cellulose des erfindungsgemäßen Formkörpers einen weitgehend gleichen Polymerisationsgrad aufweisen, insbesondere wenn die Herstellung der Lösung der Cellulose in der ionischen Flüssigkeit unter einer Schutzgasatmosphäre, beispielsweise unter Stickstoffatmosphäre, durchgeführt wird. In einer oxydierenden Atmosphäre ist es möglich, den Polymerisationsgrad der Cellulose und damit die Viskosität des Lösungssystems gezielt einzustellen. Es ist von Vorteil, diese Rahmenbedingungen bei dem Einmischen der textilen Materialien, wie sie oben dargestellt sind, beizubehalten. Aufmerksamkeit sollte der Höchsttemperatur der eingesetzten ionischen Flüssigkeit, auch der des Lösungssystems, zugewandt werden, wenn man einen Abbau der Cellulose während der Verfahrensführung vermeiden will . Es gibt Fälle, in denen der Abbau der Cellulose in einem gewissen Umfang erwünscht ist. Dann lässt sich ein geregelter Abbau durch eine speziell eingestellte Höchsttemperatur steuern. In carrying out the process according to the invention, it has proven advantageous that the temperature of the molten ionic liquid is less than 160 ° C., in particular less than 130 ° C., and / or more than 20 ° C., in particular more than 30 ° C., is set. Expediently, these parameters for the temperature are maintained in the course of the process until the solution system is introduced into a coagulation medium. As a preferred framework for the range of the melting point of each ionic liquid used, a range of -100 ° C to + 150 ° C, in particular from -30 ° C to + 80 ° C, could be specified. It is advantageous if an initial cellulose having an average degree of polymerization of from 108 to 5500, in particular from 250 to 2000, is used to form the matrix of the body according to the invention. Surprisingly, it has been shown that in carrying out the preparation process according to the invention, the cellulose incorporated is not degraded substantially, but the starting cellulose and the matrix-forming cellulose of the inventive molding have a substantially same degree of polymerization, especially if the preparation of the solution of cellulose in the ionic liquid is carried out under a protective gas atmosphere, for example under a nitrogen atmosphere. In an oxidizing atmosphere, it is possible to set the degree of polymerization of the cellulose and thus the viscosity of the solution system targeted. It is advantageous to maintain these frameworks in the incorporation of the textile materials as presented above. Attention should be paid to the maximum temperature of the ionic liquid used, including that of the solution system, if it is desired to avoid degradation of the cellulose during the course of the process. There are cases where the degradation of the cellulose is desired to some extent. Then a regulated degradation can be controlled by a specially set maximum temperature.
Das Mischen der Ausgangsbestandteile des Lösungssystems aus insbesondere der ionischen Flüssigkeit sowie der darin enthaltenen Cellulose erfolgt vorzugsweise unter Einwirkung hoher Scherkräfte, insbesondere anhand eines Extruders. Dabei 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. The mixing of the starting constituents of the solution system, in particular of the ionic liquid and of the cellulose contained therein, preferably takes place under the action of high shear forces, in particular by means of an extruder. In this case, a twin-screw extruder has proven to be particularly advantageous. The dissolution is further favored by simultaneously irradiated with microwaves during mixing, in particular ultrasound comes to act.
Um das erfindungsgemäße Verfahren zu optimieren, stehen dem Fachmann verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung . So wird es bevorzugt, wenn das angesprochene Lösungssystem auf eine Nullviskosität (gemessen mit einem Rotations- viskosimeter) zwischen 2 und 1000 Pa.s, insbesondere zwischen 10 und 250 Pa.s, eingestellt wird, wobei unter diesen Rahmenangaben der Nullviskosität die Verarbeitung des Lösungssystems beispielsweise in einem Extruder besonders vorteilhaft ist. Als bevorzugte Rahmenbedingung für den Gehalt an Cellulose in der ionischen Flüssigkeit ist ein Bereich von 2 bis 30, insbesondere 4 bis 15 Gew. -% anzugeben. Wird der Wert von 2 Gew.-% unterschritten, dann sind die Lösungen zu niederviskos., während ein Überschreiten des Wertes von 30 Gew.-% dazu führt, dass eine Verarbeitung aufgrund der hohen Lösungsviskosität erschwert ist. In order to optimize the method according to the invention, various options are available to the person skilled in the art. Thus, it is preferred that the addressed solution system is set to a zero viscosity (measured with a rotational viscometer) between 2 and 1000 Pa.s, in particular between 10 and 250 Pa.s, wherein from these frames of the zero viscosity the processing of the solution system for example, in an extruder is particularly advantageous. As a preferred framework for the content of cellulose in the ionic liquid is a range of 2 to 30, in particular 4 to 15 wt -.% To indicate. If the value falls below 2% by weight, the solutions are too low in viscosity, while exceeding the value of 30% by weight leads to difficulties in processing because of the high solution viscosity.
Um ein optimales Lösungssystem, das Cellulose enthält, einzustellen, geht man so vor, dass das Cellulose enthaltende Lösungssystem vor der Vermischung mit den textilen Gebilden auf 10 bis 140°C, insbesondere auf 40 bis 120°C, und/oder das Koagulationsmedium auf eine Temperatur von etwa 20 bis 90°C, insbesondere 20 bis 60°C eingestellt wird. To set an optimal solution system containing cellulose, it is done so that the cellulose-containing solution system before mixing with the textile structures at 10 to 140 ° C, in particular at 40 to 120 ° C, and / or the coagulation medium to a Temperature of about 20 to 90 ° C, in particular 20 to 60 ° C is set.
Um die mit der Erfindung angestrebten Vorteile besonders sicher einzustellen, ist es bevorzugt, das die Cellulose enthaltende Lösungssystem filtriert wird, wobei dies insbesondere unter Druckbeaufschlagung erfolgt und das filtrierte Lösungssystem dem Koagulationsmedium zugeführt wird . Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung besteht dann darin, dass das filtrierte Lösungssystem anschließend und vor Einleiten in das Koagulationsmedium entgast wird, das ebenfalls insbesondere unter Einwirkung eines Vakuums erfolgt. In order to set the advantages sought by the invention with particular certainty, it is preferred that the cellulose-containing solution system is filtered, this taking place in particular under pressurization and the filtered solution system is fed to the coagulation medium. A particularly advantageous development is then that the filtered solution system is subsequently degassed and before it is introduced into the coagulation medium, which also takes place in particular under the action of a vacuum.
Bei der Wahl des Koagulationsmittels für das Koagulationsmedium unterliegt die Erfindung keinen relevanten Einschränkungen. So gilt es als bevorzugt, wenn das Koagulationsmedium als Koagulationsmittel Wasser, Monoalkohole, insbesondere Methanol, Ethanol, Propanol und/oder Butanol, mehrwertige Alkohole, insbesondere Glycerin, Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, 1,4-Butandiol, 1,2- Propandiol, 1,3-Propandiol und/oder 1,6-Hexandiol, oder Mischungen dieser Koagulationsmittel enthält. Zu einer bevorzugten quantitativen Zusammensetzung des Koagulationsmediums lässt sich feststellen, dass das Koagulationsmittel in dem Koagulationsmedium in einer Menge von 5 bis 95 Gew.-%, insbesondere von 20 bis 80 Gew.-%, eingesetzt wird . In choosing the coagulating agent for the coagulating medium, the invention is not subject to any relevant restrictions. Thus, it is preferred if the coagulation medium as coagulant water, monoalcohols, especially methanol, ethanol, propanol and / or butanol, polyhydric alcohols, especially glycerol, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, 1,4-butanediol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol and / or 1,6-hexanediol, or mixtures of these coagulants. For a preferred quantitative composition of the coagulating medium, it can be stated that the coagulating agent is used in the coagulating medium in an amount of from 5 to 95% by weight, in particular from 20 to 80% by weight.
Von Vorteil ist es im Hinblick auf die Verfahrensführung und Eigenschaftssteuerung des Verfahrenserzeugnisses, wenn das Koagulationsmedium die sich im Lösungssystem befindende ionische Flüssigkeit oder eine andere erfindungsgemäß geeignete ionische Fl üssigkeit in einer Menge von 5 bis 70 Gew.-%, insbesondere von 10 bis 30 Gew.-% enthält. Hiermit lässt sich erreichen, dass die Koagulation verzögert und ein kompaktes, gut konsolidiertes Produkt erhalten wird . With regard to the process control and property control of the process product, it is advantageous if the coagulation medium contains the ionic liquid present in the solution system or another ionic liquid suitable according to the invention in an amount of from 5 to 70% by weight, in particular from 10 to 30 wt .-% contains. This allows coagulation to be delayed and a compact, well-consolidated product to be obtained.
Wie vorstehend bereits zum Ausdruck gebracht, können dem erfindungsgemäßen Formkörper Additive einbezogen werden. Die vorstehend geschilderten Additive werden daher im Verfahrensablauf herangezogen. Sie können demzufolge bereits der reinen ionischen Flüssigkeit, dem Cellulose enthaltenden Lösungssystem und/oder der Mischung, die das cellulosehaltige Lösungssystem und die textilen Gebilde enthält, hinzugegeben werden. As already stated above, additives can be included in the shaped body according to the invention. The above-described additives are therefore used in the process. As a result, they can already be added to the pure ionic liquid, to the cellulose-containing solution system and / or to the mixture containing the cellulose-containing solution system and the textile structures.
Nach Ausbildung des Formkörpers in dem Koagulationsmedium wird dieser daraus abgeführt. Es folgt dann vorzugsweise ein Waschen mit Wasser und/oder einem Monoalkohol, insbesondere mit Methanol, Ethanol, Propanol und/oder Butanol, zweckmäßigerweise zwischen 20 und 80°C. Das Auswaschen bzw. Spülen erfolgt vorzugsweise mit demineralisiertem Wasser. Hierbei kann das Waschwasser zwischen zwei Walzen abgepresst werden. Es folgt in nicht beschränkter Weise ein Trocknen in einem Temperaturbereich von vorzugsweise 60 bis 160°C, insbesondere 80°C bis 130°C. So kann der Verbundkörper beispielsweise in einer Heizpresse in diesem Temperaturrahmen gepresst und unter erhöhtem Druck, beispielsweise von 2 N/cm2 bis 16 N/cm2 getrocknet werden. After formation of the shaped body in the coagulation medium, this is removed therefrom. It then preferably follows a washing with water and / or a monoalcohol, in particular with methanol, ethanol, propanol and / or butanol, expediently between 20 and 80 ° C. The washing or rinsing is preferably carried out with demineralized water. Here, the washing water can be pressed between two rollers. Drying in a temperature range of preferably 60 to 160 ° C, especially 80 ° C to 130 ° C, follows in a non-limiting manner. For example, the composite body can be pressed in a heating press in this temperature frame and dried under elevated pressure, for example, from 2 N / cm 2 to 16 N / cm 2 .
Das Trocknen kann vielfältig ausgestaltet sein. So kann beispielsweise ein Trocknen zur Verbundkonsolidierung in einem Ofen bei 80 bis 160°C erfolgen. In einer besonderen Ausfü hru ngsform werden beispielsweise Verbundplatten bevorzugt zwischen Walzen abgepresst und in einer Heizpresse getrocknet. Nach dem Trocknen kann eine weitere Formgebung in einer Presse erfolgen. Der in der obigen Weise erhaltene gewaschene und getrocknete Formkörper kann Nachbehandlungen unterzogen werden, so kann insbesondere eine weitergehende Formgebung in einer Heizpresse und/oder eine mechanische Einwirkung, insbesondere ein Schneiden, oder auch eine Oberflächenbehandlung bzw. eine chemische Einwirkung, insbesondere ein Kleben, erfolgen. The drying can be configured in many ways. For example, drying for composite consolidation in an oven can be done at 80 to 160 ° C. In a particular embodiment, for example, composite panels are preferably pressed between rolls and dried in a hot press. After drying, a further shaping can take place in a press. The washed and dried shaped bodies obtained in the above manner can be subjected to aftertreatments, so in particular a further shaping in a heating press and / or a mechanical action, in particular a cutting, or a surface treatment or a chemical action, in particular a gluing done ,
Wie ohne Weiteres ersichtlich, steht der erfindungsgemäße Formkörper aufgrund der geschilderten Eigenschaften einer großen Zahl von vorteil haften Verwendungsmöglichkeiten offen. Von besonderer Bedeutung ist seine Verwendung als Automobilinnenteil, insbesondere als Dachteil, Seitenverkleidu ng, Türverkleidung, Kofferraumauskleidung, Reserveradmulde, Säulenverkleidung und Armaturenbrett, für den Automobil-Außenbereich als Unterbodenschutz, als Promenade, als Lärmschutzwand, als Geländer, als Fenster und Türen, auch als Fenster- und Türprofil, als Fensterrahmen, als Zaunsystem, als Verpackungsmaterial, als Dämmmaterial oder Möbelteil : As can readily be seen, the molding according to the invention is open due to the described properties of a large number of advantageous uses. Of particular importance is its use as a car interior part, in particular as a roof part, Seitenverkleidu ng, door trim, Trunk lining, spare wheel well, pillar trim and dashboard, for the automotive exterior as underbody protection, as a promenade, as a noise barrier, as a railing, as windows and doors, as a window and door profile, as a window frame, as a fence system, as packaging material, as insulating material or furniture part :
Bei obigen und weiteren vorteilhaften Anwendungen spielen folgende Eigenschaften der erfindungsgemäßen Formkörper eine relevante Rolle: Im Falle der cellulo- sischen Fasern sind die Formkörper sortenrein und kompostierbar. Sie zeigen eine besondere Haftung zwischen der Cell ulosematrix und den eingebetteten cellulosi- schen Fasern. Diese Eigenschaften übertreffen diejenigen der bekannten faserverstärkten Verbundwerkstoffe auf der Grundlage thermoplastischer Kunststoffe. Darüber hinaus weisen die erfindungsgemäßen Formkörper die vorteilhaften Eigenschaften der faserverstärkten Verbundstoffe des Standes der Technik auf. So zeichnen sie sich durch gute Kennwerte der Biegefestigkeit, der Zugfestigkeit des E-Moduls sowie der interlaminaren Scherfestigkeit, die eine gute Haftung bedeutet, aus. Die besonders starke Haftung ergibt sich daraus, dass bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Anlösen der Fasern stattfindet. Dieses Anlösen gilt nicht nur für cellulosische Fasern, sondern auch für solche chemisch andersartige Fasern, die zu einem gewissen Umfang in der ionischen Flüssigkeit gelöst bzw. angelöst werden können. Der Anlöseprozess kann über Zeit und Temperatur gezielt kontrolliert werden. Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Formkörper besteht darin, dass die ionische Flüssigkeit aus dem Fällmedium abgetrennt und wieder in den Gesamtprozess recycli- siert werden kann. Gleiches gilt im Übrigen für die Cellulosematrix des erfindungsgemäßen Formkörpers, wenn er bei seiner Anwendung verbraucht ist und entsorgt werden müsste. In the above and other advantageous applications, the following properties of the shaped bodies according to the invention play a relevant role: In the case of cellulosic fibers, the shaped bodies are sorted and compostable. They show a special adhesion between the cellulosic matrix and the embedded cellulosic fibers. These properties exceed those of the known fiber reinforced composites based on thermoplastics. In addition, the molded articles according to the invention have the advantageous properties of the fiber-reinforced composites of the prior art. They are characterized by good characteristics of flexural strength, tensile strength of the modulus of elasticity and interlaminar shear strength, which means good adhesion. The particularly strong adhesion results from the fact that in carrying out the method according to the invention, a dissolution of the fibers takes place. This solubilization applies not only to cellulosic fibers, but also to those chemically different types of fibers that can be dissolved or dissolved to some extent in the ionic liquid. The triggering process can be specifically controlled over time and temperature. A particularly advantageous development of the shaped bodies according to the invention consists in that the ionic liquid can be separated from the precipitation medium and recycled again into the overall process. Incidentally, the same applies to the cellulose matrix of the molding according to the invention, if it is consumed in its application and would have to be disposed of.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Formkörper liegt auch darin, dass sie einer Weiterverarbeitung durch Carbonisierung zugänglich sind. Die Carbonisierung kann mit üblichen Verfahren erfolgen, insbesondere in Inertgasatmosphäre. Hierbei kann als bevorzugter Temperaturrahmen 400°C bis 3000°C, insbesondere 700°C bis 2400°C, angegeben werden. In Einzelfällen kann es zweckmäßig sein, die Carbonisierung so zu gestalten, dass mit ihr eine Graphitisieru ng einhergeht. Auch kann sich die Graphitisierung der Carbonisierung anschließen. Hierbei handelt es sich um fachmännische Maßnahmen. Durch die Carbonisierung werden besondere poröse Strukturen erzielt, die in Batterien als poröse leitende Matrix und Separatoren oder in Brennstoffzellen als Kathode, Anode oder als Membranen und Separatoren vorteilhaft genutzt werden können. Aufgrund der herstellungsbedingten, sehr homogenen glatten Oberfläche des carbonisierten Formkörpers bleiben leitende Strukturen erhalten, die einer metallischen Leitfähigkeit gleichkommen. Dies könnte eine Begründung für die vorteilhaften Anwendungsmöglichkeiten sein. Die Eigenschaften des carbonisierten Formkörpers lassen sich insbesondere dadurch regeln bzw. steuern, dass dem erfindungsgemäßen (nicht carbonisierten) Formkörper verfahrensgemäß entsprechende Eigenschaften vermittelt werden, die sich dann auf die Eigenschaften des carbonisierten Formkörpers auswirken. So kann hierdurch beispielsweise eine selektive Durchlässigkeit für Ionen, wie Lithium-Ionen, erreicht werden. The advantage of the shaped bodies according to the invention is also that they are accessible to further processing by carbonization. The carbonization can be carried out by conventional methods, in particular in an inert gas atmosphere. Here, as the preferred temperature range 400 ° C to 3000 ° C, in particular 700 ° C to 2400 ° C, are given. In individual cases, it may be appropriate to design the carbonation in such a way that it involves a graphitis treatment. Also, graphitization may be followed by carbonation. These are expert actions. By carbonizing special porous structures are achieved, which can be used advantageously in batteries as a porous conductive matrix and separators or in fuel cells as a cathode, anode or as membranes and separators advantageous. Due to the production-related, very homogeneous smooth surface of the carbonized shaped body conductive structures are maintained, which equals a metallic conductivity. This could be a justification for the advantageous applications. The properties of the carbonized shaped article can be regulated or controlled in particular by correspondingly corresponding properties being imparted to the inventive (non-carbonized) shaped article according to the method, which then have an effect on the properties of the carbonized shaped article. Thus, for example, a selective permeability for ions, such as lithium ions, can be achieved.
Zu den weiteren Vorteilen, die mit der Erfindung erzielbar sind, zählen ein Recycling durch komplette Wiederverwertung der sortenreinen Celluloseverbundwerk- stoff durch Wiederauflösung in der ionischen Flüssigkeit, eine günstige Herstellung durch Abkopplung vom Rohölpreis, die Einstellung neuer Oberflächeneigenschaften, wie einer wünschenswerten Lackierbarkeit sowie Ausbildung zweckmäßiger chemischer Funktionalitäten, sowie die Verwendung reiner Cellulose. Other advantages that can be achieved with the invention include recycling by complete recycling of the unmixed cellulose composite material by redissolution in the ionic liquid, a favorable production by decoupling from the price of crude oil, the adjustment of new surface properties, such as a desirable paintability and training more appropriate chemical functionalities, as well as the use of pure cellulose.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Beispielen noch näher erläutert werden : The invention will be explained in more detail below with reference to examples:
Beispiel 1 : Example 1 :
Beschrieben wird die Herstellung eines erfindungsgemäßen Formkörpers auf Basis von Cellulose, der zur Verstärkung ein Baumwollköpergewebe enthält. Hierbei werden 100 g Baumwolllinters in 900 g Ethyl-methylimidazoliumacetat (EMIM- Acetat) durch Rühren während 60 min bei 80°C gelöst. Die erhaltene Celluloselö- sung wird durch ein Metallsieb (20 μιτι Maschenweite) filtriert. Ein Baumwollköpergewebe wird mit Hilfe eines Foulards beidseitig mit dieser Lösung imprägniert. Der Auftrag beträgt 20 Gew.-%, bezogen auf den fertigen Formkörper. Vier Lagen des imprägnierten Gewebes werden übereinander gelegt. Das erhaltene imprägnierte Gewebepaket wird während 2 min bei 80°C gehalten. Das Lösungsmittel in Form der bezeichneten ionischen Flüssigkeit wird in einem Koagulationsbad aus demineralisiertem Wasser ausgewaschen. Danach wird das Waschwasser zwischen zwei Walzen abgepresst. Der erfindungsgemäße vierlagige Verbundkörper wird in einer Heizpresse bei einer Temperatur von 120°C sowie unter einem Druck von 8 N/cm2 getrocknet. Dabei stellen sich in dem Verbundkörper folgende Eigenschaften ein : E-Modul 5400 [M Pa], Zugfestigkeit 350 [M Pa] und Biegefestigkeit 1200 [M Pa] . The invention relates to the production of a shaped article based on cellulose according to the invention which contains a cotton twill fabric for reinforcement. Here, 100 g of cotton linters are dissolved in 900 g of ethyl methylimidazolium acetate (EMIM acetate) by stirring for 60 min at 80 ° C. The cellulose solution obtained is filtered through a metal sieve (20 μm mesh size). A cotton twill fabric is impregnated on both sides with this solution using a padder. The order is 20 wt .-%, based on the finished shaped body. Four layers of impregnated fabric are laid one on top of the other. The resulting impregnated fabric package is maintained at 80 ° C for 2 minutes. The solvent in The form of the designated ionic liquid is washed out of demineralized water in a coagulation bath. Thereafter, the washing water is pressed between two rollers. The four-layer composite body according to the invention is dried in a hot press at a temperature of 120 ° C. and under a pressure of 8 N / cm 2 . The following properties are set in the composite body: E-modulus 5400 [M Pa], tensile strength 350 [M Pa] and flexural strength 1200 [M Pa].
Beispiel 2 : Example 2:
Beschrieben wird die Herstellung eines erfindungsgemäßen Formkörpers auf Basis von Cellulose, der zur Verstärkung m-Aramidfasern enthält. Hierbei werden 50 g Eu ca lyptu szel lstoff (DP650) in 600g Ethyl-methyl imidazol i u md iethyl phosphat (EMIM-DEP) durch Rühren während 60 min bei 85°C gelöst. Die erhaltene Cellulo- selösung wird durch ein Metallsieb (20 μιτι Maschenweite) filtriert. Ein m- Aramidgewebe wird mit Hilfe einer Streichrakel beidseitig mit dieser Lösung imprägniert. Der Auftrag beträgt 15 Gew. -%, bezogen auf den fertigen Formkörper. Zwei Lagen des imprägnierten Gewebes werden übereinander gelegt und während 20 min in einem Umluftofen bei 100°C gelagert. Das Lösungsmittel in Form der bezeichneten ionischen Flüssigkeit wird in einem Koagulationsbad aus demineralisiertem Wasser ausgewaschen. Danach wird das Waschwasser zwischen zwei Walzen abgepresst. Der erhaltene zweilagige Verbundkörper wird in einer Heizpresse bei einer Temperatur von 120°C sowie unter einem Druck von 8 N/cm2 getrocknet. Dabei stellen sich in dem Verbundkörper folgende Eigenschaften ein : E- Modul 8400 [M Pa], Zugfestigkeit 425 [M Pa] und Biegefestigkeit 2400 [M Pa] . Described is the preparation of a shaped body according to the invention based on cellulose, which contains m-aramid fibers for reinforcement. In this case, 50 g of eu lyptu szel lstoff (DP650) in 600 g of ethyl-methyl imidazole iu md iethyl phosphate (EMIM-DEP) by stirring for 60 min at 85 ° C dissolved. The cellulose solution obtained is filtered through a metal sieve (20 μm mesh size). An m-aramid fabric is impregnated on both sides with this solution using a doctor blade. The order is 15% by weight, based on the finished molding. Two layers of the impregnated fabric are placed over each other and stored for 20 min in a convection oven at 100 ° C. The solvent in the form of the designated ionic liquid is washed out of demineralized water in a coagulation bath. Thereafter, the washing water is pressed between two rollers. The resulting two-layer composite body is dried in a hot press at a temperature of 120 ° C and under a pressure of 8 N / cm 2 . The following properties occur in the composite body: modulus of elasticity 8400 [M Pa], tensile strength 425 [M Pa] and flexural strength 2400 [M Pa].
Beispiel 3 : Example 3:
Beschrieben wird die Herstellung eines erfindungsgemäßen Formkörpers auf Basis von Cellulose, der zur Verstärkung Polyamidfasern enthält. Hierbei werden 50 g Eucalyptuszellstoff (DP650) in 600g Ethyl-methylimidazoliumdiethylphosphat (EMIM-DEP) durch Rühren während 60 min bei 85°C gelöst. Die erhaltene Cellulo- selösung wird durch ein Metallsieb (20 μιτι Maschenweite) filtriert. Ein Polyamide-Gewebe wird mit H ilfe einer Streichrakel beidseitig mit dieser Lösung imprägniert. Der Auftrag beträgt 15 Gew.-%, bezogen auf den fertigen Formkörper. Zwei Lagen des imprägnierten Gewebes werden übereinander gelegt und während 20 min in einem Umluftofen bei 100°C gelagert. Das Lösungsmittel in Form der bezeichneten ionischen Flüssigkeit wird in einem Koagulationsbad aus deminerali- siertem Wasser ausgewaschen. Danach wird das Waschwasser zwischen zwei Walzen abgepresst. Der erhaltene zweilagige Verbundkörper wird in einer Heizpresse bei einer Temperatur von 120°C sowie unter einem Druck von 8 N/cm2 getrocknet. Dabei stellen sich in dem Verbundkörper folgende Eigenschaften ein : E- Modul 56000 [M Pa], Zugfestigkeit 195 [M Pa] und Biegefestigkeit 1250 [MPa]. The invention relates to the production of a shaped article based on cellulose according to the invention, which contains polyamide fibers for reinforcement. In this case, 50 g of eucalyptus pulp (DP650) are dissolved in 600 g of ethyl methylimidazolium diethyl phosphate (EMIM-DEP) by stirring for 60 min at 85 ° C. The cellulose solution obtained is filtered through a metal sieve (20 μm mesh size). A polyamide fabric is impregnated on both sides with this solution by means of a doctor blade. The order is 15 wt .-%, based on the finished shaped body. Two layers of the impregnated fabric are placed over each other and stored for 20 min in a convection oven at 100 ° C. The solvent in the form of the designated ionic liquid is dissolved in a demineralizing coagulation bath. Washed out with water. Thereafter, the washing water is pressed between two rollers. The resulting two-layer composite body is dried in a hot press at a temperature of 120 ° C and under a pressure of 8 N / cm 2 . In this case, the following properties occur in the composite body: modulus of elasticity 56000 [M Pa], tensile strength 195 [M Pa] and flexural strength 1250 [MPa].
Beispiel 4: Example 4:
Beschrieben wird die Herstellung eines erfindungsgemäßen Formkörpers auf Basis von Cellulose, der zur Verstärkung Viskose-Reifencordfasern enthält. Hierbei werden 100 g Baumwolllinters in 900 g Ethyl-methylimidazoliumacetat (EMIM-Acetat) durch Rühren während 60 min bei 80°C gelöst. Die erhaltene Celluloselösung wird durch ein Metallsieb (20 μιτι Maschenweite) filtriert. Viskose-Reifencordfasern werden parallel auf einen Metallrahmen gewickelt. Mit Hilfe einer Streichrakel wird beidseitig mit dieser Lösung imprägniert. Der Auftrag beträgt 30 Gew.-%, bezogen auf den fertigen Formkörper. Das erhaltene imprägnierte Fasergelege wird während 2 min bei 80°C gehalten. Das Lösungsmittel in Form der bezeichneten ionischen Flüssigkeit wird in einem Koagulationsbad aus demineralisiertem Wasser ausgewaschen. Danach wird das Waschwasser zwischen zwei Walzen abgepresst. Der erhaltene Faserverbundkörper wird in einer Heizpresse bei einer Temperatur von 120°C sowie unter einem Druck von 8 N/cm2 getrocknet. Dabei stellen sich in dem Verbundkörper folgende Eigenschaften ein : E-Modul 3875 [M Pa], Zugfestigkeit 750 [M Pa] und Biegefestigkeit 1500 [M Pa] . The invention relates to the production of a shaped article based on cellulose according to the invention which contains viscose tire cord fibers for reinforcement. In this case, 100 g of cotton linters are dissolved in 900 g of ethyl methylimidazolium acetate (EMIM acetate) by stirring for 60 min at 80 ° C. The cellulose solution obtained is filtered through a metal sieve (20 μm mesh size). Viscose tire cord fibers are wound in parallel on a metal frame. With the help of a doctor blade is impregnated on both sides with this solution. The order is 30 wt .-%, based on the finished molded body. The resulting impregnated fiber fabric is kept at 80 ° C for 2 minutes. The solvent in the form of the designated ionic liquid is washed out of demineralized water in a coagulation bath. Thereafter, the washing water is pressed between two rollers. The resulting fiber composite body is dried in a hot press at a temperature of 120 ° C and under a pressure of 8 N / cm 2 . The following properties are set in the composite body: modulus of elasticity 3875 [M Pa], tensile strength 750 [M Pa] and flexural strength 1500 [M Pa].
Beispiel 5 Recycling der Verbundwerkstoffe nach Beispiel 1 : Example 5 Recycling of the Composite Materials According to Example 1
50 g des Verbundwerkstoffs werden in einer Schneidemühle mit Siebweite 2mm zerkleinert und die Siebfraktion in 450 g Ethyl-methylimidazoliumacetat (EMIM- Acetat) durch Rühren während 60 min bei 80°C gelöst. Die erhaltene Celluloselösung wird durch ein Metallsieb (20 μιτι Maschenweite) filtriert und erneut zur Imprägnierung von Verstärkungsfasern eingesetzt. 50 g of the composite material are comminuted in a 2 mm mesh cutter mill and the sieve fraction is dissolved in 450 g of ethyl methylimidazolium acetate (EMIM acetate) by stirring for 60 min at 80 ° C. The cellulose solution obtained is filtered through a metal sieve (20 μm mesh size) and reused for impregnating reinforcing fibers.
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Claims

Patentansprüche claims
1. Formkörper mit einer organischen Matrix, die mit textilen Gebilden, einschließlich Fasern, verstärkt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix auf Cellulose beruht. An organic matrix shaped body reinforced with textile structures, including fibers, characterized in that the matrix is based on cellulose.
2. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Cellulose natürlichen Ursprungs ist oder einen Zellstoff in Form eines Chemiezellstoffs oder Papierzellstoff darstellt. 2. Shaped body according to claim 1, characterized in that the cellulose is of natural origin or represents a pulp in the form of a chemical pulp or paper pulp.
3. Cellulose nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Polyer- merisationsgrad (DP) der Cellulose zwischen etwa 108 und 5500, insbesondere zwischen etwa 250 und 2000, liegt. 3. Cellulose according to claim 1 or 2, characterized in that the degree of polymerisation (DP) of the cellulose is between about 108 and 5500, in particular between about 250 and 2000.
4. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die textilen Gebilde in Form von Endlosfasern, Kurz- oder Stapelfasern, Garnen und/oder textilen Flächengebilden vorliegen. 4. Shaped body according to one of claims 1 to 3, characterized in that the textile structures in the form of continuous fibers, short or staple fibers, yarns and / or textile fabrics are present.
5. Formkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die textilen Flächengebilde als Gewebe, Wirkware, Strickware, Geflecht, Gelege, Wicklung oder als Vliesstoff vorliegen. 5. Shaped body according to claim 4, characterized in that the textile fabrics are present as fabric, knitted fabric, knitted fabric, braid, scrim, winding or nonwoven fabric.
6. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern der textilen Flächengebilde Natu rfasern und/oder Chemiefasern darstellen. 6. Shaped body according to one of claims 1 to 5, characterized in that the fibers of the fabric Natu rfasern and / or man-made fibers.
7. Formkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Naturfasern Samenfasern, insbesondere von Baumwolle, Bastfasern, insbesondere von Flachs, Hanf, Jute, Kinap, Ramie, Abaca, Rosenna und/oder Urena, Hartfasern, insbesondere von Alpha- oder Espatogras, Fique, Henequen, Kokos, Manila, Porphium und/oder Glisal, Tierfasern, insbesondere von Wolle bzw. feine und grobe Tierhaare, Holzfasern, Blattfasern und/oder Seide darstellen. 7. Shaped body according to claim 6, characterized in that the natural fibers are seed fibers, in particular of cotton, bast fibers, in particular of flax, hemp, jute, kinap, ramie, abaca, rosenna and / or uran, hard fibers, in particular of alpha or Espatogras, Fique, Henequen, coconut, manila, porphium and / or glisal, animal fibers, in particular of wool or fine and coarse animal hair, wood fibers, leaf fibers and / or silk represent.
8. Formkörper nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Chemiefasern, insbesondere auf Basis abgewandelter Natur- Stoffe pflanzlicher Herkunft, insbesondere Kupferseidefasern, Viskosefasern, Modalfasern, Kunstseide- und Celluloseacetatfasern, insbesondere als Acetat oder Triacetat, Alginatfasern, Polyisoprenfasern oder Synthesefasern, insbesondere Elastofasern, Fluorofasern, Polyacrylfasern, insbesondere auf Basis von Polyacry- lonitril oder Modacryl, Polyamidfasern, insbesondere Nylon- oder Aramidfasern, Polychloridfasern, insbesondere auf Basis von Polyvinylchlorid und Polyvinyliden- chlorid, Polyesterfasern, Polyolefinfasern, insbesondere auf Basis von Polyethylen und Polypropylen, oder Polyvinylalkoholfasern darstellen. 8. Shaped body according to at least one of claims 2 to 7, characterized in that the man-made fibers, in particular based on modified natural Substances of vegetable origin, in particular copper silk fibers, viscose fibers, modal fibers, rayon and cellulose acetate fibers, in particular as acetate or triacetate, alginate fibers, polyisoprene fibers or synthetic fibers, in particular elastofibres, fluorofibers, polyacrylic fibers, in particular based on polyacrylonitrile or modacrylic, polyamide fibers, in particular nylon or aramid fibers, polychloride fibers, in particular based on polyvinyl chloride and polyvinylidene chloride, polyester fibers, polyolefin fibers, in particular based on polyethylene and polypropylene, or polyvinyl alcohol fibers.
9. Formkörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass er anorganische Chemiefasern, insbesondere auf Basis von Glas- oder Keramik, Carbonfasern oder Metallfasern enthält. 9. Shaped body according to claim 8, characterized in that it contains inorganic chemical fibers, in particular based on glass or ceramic, carbon fibers or metal fibers.
10. Formkörper nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Feinheitsgrad der Einzelfasern 0, 1 dtex bis 15 dtex, insbesondere 0,3 bis 6 dtex beträgt. 10. Shaped body according to at least one of the preceding claims, characterized in that the degree of fineness of the individual fibers is 0, 1 dtex to 15 dtex, in particular 0.3 to 6 dtex.
11. Formkörper nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Fasern in dem Formkörper zwischen 10 und 90 Gew. -%, insbesondere zwischen 20 und 75 Gew.-%, liegt. 11. Shaped body according to at least one of the preceding claims, characterized in that the proportion of fibers in the shaped body between 10 and 90 wt -.%, In particular between 20 and 75 wt .-%, is located.
12. Formkörper nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass seine Biegefestigkeit (nach ASTM D 790-97) 500 bis 10000 [M Pa], insbesondere 1000 bis 5000 [MPa], seine Zugfestigkeit (nach DIN ISO 527-1) von 175 bis 20000 [MPa], insbesondere von etwa 1000 bis 10000 [M Pa] und/oder sein E-Modul (nach DIN ISO 527-1) 1000 bis 20000 [MPa], insbesondere 2500 bis 10000 [MPa], beträgt. 12. Shaped body according to at least one of the preceding claims, characterized in that its flexural strength (according to ASTM D 790-97) 500 to 10,000 [M Pa], in particular 1000 to 5000 [MPa], its tensile strength (according to DIN ISO 527-1) from 175 to 20,000 [MPa], in particular from about 1,000 to 10,000 [M Pa] and / or its modulus of elasticity (according to DIN ISO 527-1) from 1,000 to 20,000 [MPa], in particular from 2,500 to 10,000 [MPa].
13. Formkörper nach mindestens einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die interlaminare Scherfestigkeit 25 bis 2000 [MPa], insbesondere 50 bis 1000 [MPa] (gemessen nach ASTM D 2344-84, short beam test) beträgt. 13. Shaped body according to at least one of the preceding claims, characterized in that the interlaminar shear strength is 25 to 2000 [MPa], in particular 50 to 1000 [MPa] (measured according to ASTM D 2344-84, short beam test).
14. Formkörper nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass seine Matrix aus Cellulose besteht. 14. Shaped body according to at least one of the preceding claims, characterized in that its matrix consists of cellulose.
15. Formkörper nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er eigenschaftsverändernde Additive, insbesondere in Form von mineralischen Materialien, insbesondere Calciumcarbonat, Calciumsulfat, Siliziumdioxid und/oder Aluminiumsilikat, Mikrokapseln, Porenbildnern, Weichmachern, Mattierungsmitteln, Flammschutzmitteln, Bakteriziden, Vernetzungsmitteln, Hydrophobiermitteln, Antistatika und/oder Farbmitteln, insbesondere Pigmenten, enthält. 15. Shaped body according to at least one of the preceding claims, characterized in that it property-modifying additives, in particular in the form of mineral materials, in particular calcium carbonate, calcium sulfate, silica and / or aluminum silicate, microcapsules, pore formers, plasticizers, matting agents, flame retardants, bactericides, crosslinking agents, Hydrophobizing agents, antistatic agents and / or colorants, in particular pigments containing.
16. Formkörper nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er flächenförmig ist. 16. Shaped body according to at least one of the preceding claims, characterized in that it is planar.
17. Formkörper nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere flä- chenförmige Formkörper miteinander verpresst sind . 17. Shaped body according to claim 16, characterized in that a plurality of surface-shaped shaped bodies are pressed together.
18. Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Cellulose als Zellstoff und/oder als Cel lulose natürlichen Ursprungs in einer geschmolzenen ionischen Flüssigkeit gelöst wird, wobei in dem anfallenden Cellulose enthaltenden Lösungssystem die Menge an Cellulose zweckmäßigerweise etwa 2 bis 30 Gew.- %, insbesondere 4 bis 15 Gew.-%, beträgt, das die Cellulose enthaltende Lösungssystem, gegebenenfalls mit einbezogenen eigenschaftsverändernden Additiven, mit einem textilen Gebilde gemischt und dieses Mischsystem zur Koagulation der in dem Lösungssystem enthaltenen Cellulose in ein Koagulationsmittel enthaltendes Koagulationsmedium, insbesondere in ein wässriges Koagulationsmedium, eingebracht und der durch Koagulation entstandene Formkörper gewaschen und getrocknet wird . 18. A process for producing a shaped article according to at least one of the preceding claims, characterized in that the cellulose is dissolved as pulp and / or cellulose Cel of natural origin in a molten ionic liquid, wherein in the resulting cellulose-containing solution system, the amount of cellulose expediently about 2 to 30% by weight, in particular 4 to 15 wt .-%, the cellulose-containing solution system, optionally with incorporated property-modifying additives, mixed with a textile structure and this mixing system for coagulating the cellulose contained in the solution in a Coagulation medium containing coagulant, in particular in an aqueous coagulation medium, introduced and the resulting coagulation molded body is washed and dried.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der geschmolzenen ionischen Flüssigkeit auf weniger als 160°C, insbesondere weniger als 130°C, und/oder auf mehr als etwa 20°C, insbesondere mehr als etwa 30°C, eingestellt wird. 19. The method according to claim 18, characterized in that the temperature of the molten ionic liquid to less than 160 ° C, in particular less than 130 ° C, and / or more than about 20 ° C, in particular more than about 30 ° C, is set.
20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Cellulose einen durchschnittlichen Polymerisationsgrad von 108 bis 5500, insbesondere von 250 bis 2000, aufweist. 20. The method according to claim 18 or 19, characterized in that the cellulose has an average degree of polymerization of 108 to 5500, in particular from 250 to 2000 has.
21. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungssystem eine Nullviskosität (gemessen mit einem Rota- tionsviskosimeter) zwischen 2 und 1000 Pa.s, insbesondere zwischen 10 und 250 Pa.s, aufweist. 21. The method according to at least one of claims 18 to 20, characterized in that the solution system has a zero viscosity (measured by a rotary visas viscometer) between 2 and 1000 Pa.s, in particular between 10 and 250 Pa.s.
22. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das die Cellulose enthaltende Lösungssystem filtriert wird, wobei dies insbesondere unter Druckbeaufschlagung oder Vakuum erfolgt, und das filtrierte Lösungssystem dem Koagulationsmedium zugeführt wird. 22. The method according to at least one of claims 18 to 21, characterized in that the cellulose-containing solution system is filtered, in particular under pressurization or vacuum, and the filtered solution system is fed to the coagulation medium.
23. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das die Cellulose enthaltende Lösungssystem nach der Filtration und vor dem Einleiten in das Koagulationsmedium, insbesondere unter Einwirkung von Vakuum, entgast wird. 23. The method according to at least one of claims 18 to 22, characterized in that the cellulose-containing solution system after filtration and prior to introduction into the coagulation medium, in particular under the action of vacuum, is degassed.
24. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Koagulationsmedium als Koagulationsmittel Wasser, Monoalko- hole, insbesondere Methanol, Ethanol, Propanol und/oder Butanol, mehrwertige Alkohole, insbesondere Glycerin, Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, 1,4-Butandiol, 1,2-Propandiol, 1,3-Propandiol und/oder 1,6-Hexandiol, oder Mischungen dieser Koagulationsmittel enthält. 24. The method according to at least one of claims 18 to 23, characterized in that the coagulation medium as coagulant water, Monoalko- hole, especially methanol, ethanol, propanol and / or butanol, polyhydric alcohols, especially glycerol, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, 1 , 4-butanediol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol and / or 1,6-hexanediol, or mixtures of these coagulants.
25. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Koagulationsmedium das Koagulationsmittel in einer Menge von 5 bis 95 Gew.-%, insbesondere von 20 bis 80 Gew. -% enthält. 25. The method according to at least one of claims 18 to 24, characterized in that the coagulation medium contains the coagulant in an amount of 5 to 95 wt .-%, in particular from 20 to 80 wt -%.
26. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 18 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Koagulationsmedium eine ionische Flüssigkeit oder ein Gemisch von ionischen Flüssigkeiten in einer Menge von 5 bis 70 Gew.-%, insbesondere von 10 bis 30 Gew.-%, eingesetzt wird. 26. The method according to at least one of the preceding claims 18 to 25, characterized in that in the coagulation medium, an ionic liquid or a mixture of ionic liquids in an amount of 5 to 70 wt .-%, in particular from 10 to 30 wt .-% , is used.
27. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 18 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Cellulose enthaltende Lösungssystem vor der Vermischung mit den textilen Gebilden auf 10 bis 140°C, insbesondere auf 40 bis 120°C, und/oder das Koagulationsmedium auf eine Temperatur von 20 bis 90°C, insbesondere 20 bis 60°C eingestellt wird. 27. The method according to at least one of claims 18 to 26, characterized in that the cellulose-containing solution system before mixing with the textile structures at 10 to 140 ° C, in particular at 40 to 120 ° C, and / or the coagulation medium to a temperature from 20 to 90 ° C, in particular 20 to 60 ° C is set.
28. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 18 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Waschen mit Wasser und/oder einem Monoalkohol, insbesondere Methanol, Ethanol, Propanol und/oder Butanol, insbesondere in einem Temperaturrahmen von 20 bis 80°C, durchgeführt wird. 28. The method according to at least one of claims 18 to 27, characterized in that the washing with water and / or a monoalcohol, in particular methanol, ethanol, propanol and / or butanol, in particular in a temperature range of 20 to 80 ° C, is performed ,
29. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 18 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass nach Ausbildung des getrockneten Formkörpers eine weitergehende Formgebung in einer Heizpresse und/oder durch mechanische Einwirkung, insbesondere Schneiden, oder darauf eine Oberflächenbehandlung bzw. eine chemische Einwirkung, insbesondere ein Kleben, durchgeführt werden. 29. The method according to at least one of claims 18 to 27, characterized in that after formation of the dried molded body, a further shaping in a hot press and / or by mechanical action, in particular cutting, or a surface treatment or a chemical action, in particular gluing , be performed.
30. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 18 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass ionische Flüssigkeiten gemäß der allgemeinen Formel [Q+]n[Z]n" eingesetzt werden, wobei das Kation [Q+]n ein quaternier- tes Ammonium-[RlR2R3R4N+], Phosphonium-[RlR2R3R4P+] oder Sulfonium- [RlR2R3S+]-Kation oder ein analoger quaternierter Stickstoff-, Phosphor- oder Schwefel-Heteroaromat der folgenden Formeln (I), (II), (III), (IV), (V) und (VI) 30. The method according to at least one of the preceding claims 18 to 30, characterized in that ionic liquids according to the general formula [Q +] n [Z] n " are used, wherein the cation [Q +] n a quaternized ammonium [RlR2R3R4N + ], Phosphonium [R 1 R 2 R 3 R 4 P +] or sulfonium [R 1 R 2 R 3 S +] cation or an analogous quaternized nitrogen, phosphorus or sulfur heteroaromatic compound of the following formulas (I), (II), (III), (IV), (V) and (VI)
Figure imgf000022_0001
Figure imgf000022_0001
Imidazolium Oxazolium Tnlazolium Piperidinium I) (Π) (III) (IV)  Imidazolium oxazolium tllazolium piperidinium I) (Π) (III) (IV)
Figure imgf000022_0002
Figure imgf000022_0002
Pyrrolidinium Quinolinium  Pyrrolidinium Quinolinium
(V) (VI) darstellt, wobei die Reste Rl, R2, R3, R4 bzw. die Reste Rl bis R8 in den Formeln (I) bis (VI) unabhängig voneinander lineare, zyklische, verzweigte, gesättigte o- der ungesättigte Alkylreste, mono- oder polycyclische, aromatische oder heteroaromatische Reste oder mit weiteren funktionellen Gruppen substituierte Derivate dieser Reste sind, wobei Rl, R2, R3 und R4 untereinander verbunden sein können, wobei das Anion [Z]n" in Form eines Halogenids, Pseudohalogenids, Amids, in Form von Phosphorbindungen oder Nitroverbindungen vorliegt. (V) (VI) represents, wherein the radicals Rl, R2, R3, R4 or the radicals Rl to R8 in the formulas (I) to (VI) are independently linear, cyclic, branched, saturated or unsaturated alkyl radicals, mono- or polycyclic, aromatic or heteroaromatic radicals or derivatives of these radicals substituted with further functional groups, where R 1, R 2, R 3 and R 4 may be linked to one another, where the anion [Z] n 'is in the form of a halide, pseudohalide, amide, in the form of phosphorus bonds or nitro compounds is present.
31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Halogenide bzw. Pseudohalogenide die Formel F", CI", Br", Γ, BF4 ", PF6 ", AICI4 ", AI2CI7 ", AI3CI10 ", AIBr4, FeCI4 ", BCI4 ", SbF6 ", AsF6 ", ZnCI3 ", SnCI3 ", CuCI2 ", CF3S03 ", (CN)2N", (CF3S03)2N-, CF3C02 ", CCI3C02 ", CN~, SCN", OCN", die Phosphorverbindungen Phosphate der Formel P04 3", H P04 2", H2P04 ", R1P04 2", HR1P04 ", R1R2P04 "; Phosphonate und Phosphinate der Formel : R^PC , R1R2P02 ", R1R2P03 "; Phosphite der Formel : P03 3", HP03 2", H2P03 ", R1P03 2", R1HP03 ", R1R2P03 "; sowie Phosphonite und Phosphinite der Formel : R1R2P02 ", R^PC , R1R2PO", R^PO" darstellen. 31. The method according to claim 30, characterized in that the halides or pseudohalides the formula F " , CI " , Br " , Γ, BF 4 " , PF 6 " , AICI 4 " , AI 2 CI 7 " , AI 3 CI 10 ", AlBr 4, FeCl 4", BCI 4 ", SbF 6", AsF 6 ", ZnCl 3", SnCl 3 ", CuCl 2", CF 3 S0 3 ", (CN) 2 N", (CF 3 S0 3 ) 2 N, CF 3 C0 2 " , CCI 3 C0 2 " , CN ~ , SCN " , OCN " , the phosphorus compounds phosphates of the formula P0 4 3 " , H P0 4 2" , H 2 P0 4 " , R 1 P0 4 2 " , HR 1 P0 4 " , R 1 R 2 P0 4 " , phosphonates and phosphinates of the formula: R 1 PC, R 1 R 2 P0 2 " , R 1 R 2 P0 3 " , phosphites of the formula P0 3 3 " , HP0 3 2" , H 2 P0 3 " , R 1 P0 3 2" , R 1 HP0 3 " , R 1 R 2 P0 3 " ; and phosphonites and phosphinites of the formula: R 1 R 2 P0 2 " , R ^ PC, R 1 R 2 PO " , R ^ PO " represent.
32. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, dass der Alkylrest in Form eines Ci-Ci8-Alkylrestes, insbesondere eines Alkylrestes mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise eines Methyl-, Ethyl-, 1-Propyl-, 2- Propyl-, 1-Butyl-, oder 2-Butylrestes vorliegt, der cyclische Alkylrest in Form eines C3-io-Cycloalkylrestes, insbesondere in Form eines Cyclopropyl-, Cyclobutyl-, Cyc- lopentyl- oder Cyclohexyl-Restes vorliegt, der ungesättigte Alkylrest in Form eines Vinyl, 2-Propenyl, 3-Butenyl, cis-2-butenyl, trans-2-butenyl-Restes vorliegt, der aromatische Rest in Form eines Phenyl- oder Naphthyl-Restes vorliegt, der mit 1 bis 3 Halogenatomen, Alkylresten mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen oder Phenyl- Resten substituiert sein kann, und der heteroaromatische Rest in Form eines O-, S- oder N-enthaltenden heterocyclischen Restes mit 2 bis 5 Kohlenstoffatomen vorliegt. 32. The method according to any one of claims 30 or 31, characterized in that the alkyl radical in the form of a Ci-Ci 8 alkyl, in particular an alkyl radical having 1 to 4 carbon atoms, preferably a methyl, ethyl, 1-propyl, 2 - Propyl, 1-butyl, or 2-butyl radical is present, the cyclic alkyl radical in the form of a C 3- io-cycloalkyl, in particular in the form of a cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl or cyclohexyl radical is present, the unsaturated Alkyl radical in the form of a vinyl, 2-propenyl, 3-butenyl, cis-2-butenyl, trans-2-butenyl radical is present, the aromatic radical is present in the form of a phenyl or naphthyl radical containing 1 to 3 halogen atoms, Alkyl radicals having 1 to 4 carbon atoms or phenyl radicals may be substituted, and the heteroaromatic radical is in the form of an O, S or N-containing heterocyclic radical having 2 to 5 carbon atoms.
33. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 18 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass als ionische Flüssigkeit [EMIM] [DCA], [EMIM] [Cl], [EMIM][SCN], [EMIM] [Acetat], [EMIM] [DEP] und/oder [MMIM] [DMP] eingesetzt werden. 33. The method according to at least one of claims 18 to 32, characterized in that as ionic liquid [EMIM] [DCA], [EMIM] [Cl], [EMIM] [SCN], [EMIM] [acetate], [EMIM] [DEP] and / or [MMIM] [DMP].
34. Verwendung eines Formkörpers nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 17 als Automobilinnenteil, insbesondere als Dachteil, Seitenverkleidung, als Türverkleidung, Kofferraumauskleidung, Reserveradmulde, Säulenverkleidung, als Armaturenbrett, für den Automobil-Außenbereich als Unterbodenschutz, als Promenade, als Lärmschutzwand, als Geländer, als Fenster und Türen, auch als Fenster- und Türprofil, als Fensterrahmen, als Zaunsystem, als Verpackungsmaterial, als Dämmmaterial oder Möbelteil. 34. Use of a shaped article according to at least one of claims 1 to 17 as an automotive interior part, in particular as a roof part, side cover, door trim, boot lining, spare wheel well, pillar trim, as a dashboard, for the automotive exterior as underbody protection, as a promenade, as a noise barrier, as a railing , as windows and doors, also as a window and door profile, as a window frame, as a fence system, as packaging material, as insulating material or furniture part.
35. Verwendung eines Formkörpers nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 17 zur Herstellung eines carbonisierten Formkörpers, insbesondere durch Carbo- nisierung zwischen 400°C und 3000°C, insbesondere zwischen 700°C und 2400°C. 35. Use of a shaped article according to at least one of claims 1 to 17 for the preparation of a carbonized molded article, in particular by carbonization between 400 ° C and 3000 ° C, in particular between 700 ° C and 2400 ° C.
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