WO2019170667A1

WO2019170667A1 - Chemiezellstoff

Info

Publication number: WO2019170667A1
Application number: PCT/EP2019/055436
Authority: WO
Inventors: Gabriele Schild; Verena Silbermann
Original assignee: Lenzing AG; Chemiefaser Lenzing AG
Current assignee: Lenzing AG
Priority date: 2018-03-06
Filing date: 2019-03-05
Publication date: 2019-09-12
Anticipated expiration: 2020-09-06
Also published as: TW201938591A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Chemiezellstoff, der durch eine Kombination von Eigenschaften gekennzeichnet ist: der Zellstoff ist durch ein Sulfit-Aufschlussverfahren hergestellt; - der Zellstoff weist eine bimodale Verteilung der Molmasse auf, wobei ein erstes Maximum der Molmassenverteilung im Bereich von (auf Basis g/mol) 4,2 bis 6,0 log M, bevorzugt 4,3 bis 5,7, besonders bevorzugt 4,5 bis 5,5 liegt und ein zweites Maximum der Molmassenverteilung im Bereich von 3,0 bis 4,2 log M, bevorzugt 3,5 bis 4,0, besonders bevorzugt 3,6 bis 3,9 liegt; - der Zellstoff weist ein Massenmittel der Molmasse von log Mw 5,0 bis 5,5, bevorzugt 5,2 bis 5,5 auf; - der Zellstoff weist einen Gehalt an Cellulose von unter 95 Gew.% auf.

Description

Chemiezellstoff

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Chemiezellstoff, seine Verwendung zur Herstellung von Cellulosefasern, insbesondere Lyocellfasem, und Lyocellfasem, die durch das

Verspinnen des erfindungsgemäßen Chemiezellstoffes erhältlich sind.

Hintergrund

Die vorherrschenden Verfahren zur Herstellung von Chemiezellstoffen sind der Kraft- Prozess und der Sulfit-Prozess. Für eine anschließende Verarbeitung im Viskose- oder Lyocellprozess wird eine deutlich niedrigere Viskosität als zur Papierherstellung benötigt und eine höhere Reinheit, sprich, die Zelluloseketten müssen weiter gespalten werden und niedermolekulare Kohlenhydrate, Extraktstoffe und Übergangsmetalle werden

weitestgehend entfernt.

Bei Anwendung des alkalischen Kraft- Verfahrens wird dies erreicht, indem die Kochung mit einer sauren Vorhydrolyse und/oder mit einer Kalt- Alkali- Veredelung (CCE) kombiniert wird. In der Vorhydrolyse wird vor der eigentlichen Kochung eine Entfernung der niedermolekularen Anteile durchgeführt.

Beim Einsatz von Laubholz kann mit Zugabe von reinem Wasser gearbeitet werden. Die Acetyl-Seitengruppen des Xylans spalten sich unter erhöhter Temperatur ab und bilden mit dem Wasser Essigsäure. Diese wiederum beschleunigt die autokatalytische Spaltung der Hemizellulosen, beschleunigt somit den Abbau der niedermolekularen Bestandteile und deren Lösung in der wässrigen Phase, im Vorhydrolysat.

Bei Einsatz von Nadelholz liegt ein großer Anteil als Mannan vor und nur ein geringer Anteil in Form von Xylan. Die Abspaltung der Acetyl-Seitengruppen reicht nicht aus, um den pH-Wert so weit zu senken, dass die saure katalytische Spaltung voranschreitet. Als Katalysator werden üblicherweise mineralische Säuren zugesetzt. Bei einem üblichen Verhältnis von Wasser zu Holz von 3 bis 4,5 : 1 fällt eine große Menge an saurem

Vorhydrolysat zur Weiterverarbeitung an. Es enthält nicht nur gelöste niedermolekulare Kohlenhydrate, sondern auch kleine Mengen gelöstes Lignin. Bei Entspannung der Behälter und Entleerung des Vorhydrolysats fallen diese Ligninbruchstücke aus, kondensieren und führen zu erheblichen Verklebungen an Pumpen, Ventilen und Rohrleitungen. Dieses Problem wird bisher großtechnisch so umgangen, dass Chemiezellstoffe mit dem

Vorhydrolyse-Kraft-Verfahren nur kampagnenweise hergestellt werden und hauptsächlich Papierzellstoffe gekocht werden, die keine Vorhydrolyse benötigen. Mit der alkalischen Kochlauge für die Herstellung der Papierzellstoffe werden daher zwischendurch alle

Apparaturen gespült und gereinigt. Die abgelagerten und kondensierten Ligninmoleküle lösen sich dann wieder.

Dadurch ist die Produktionskapazität für Chemiezellstoffe extrem eingeschränkt. Weiterhin gibt es bisher keine Technologie zur Aufarbeitung des Vorhydrolysats, zur Rückgewinnung der mineralischen Säuren und zur Gewinnung und Nutzung der niedermolekularen

Kohlenhydrate im industriellen Einsatz.

Eine weitere Möglichkeit, ohne Kapazitätseinschränkung Chemiezellstoffe mit dem Kraft- Verfahren herzustellen, ist der Einsatz der Dampfvorhydrolyse. Die Entfernung der niedermolekularen Kohlenhydrate findet unter Einsatz von Dampf statt. Die Dampfphase mit den gelösten Kohlenhydraten wird dann später mit der alkalischen Kochlauge verdrängt. Diese Methode ist auf Laubholz beschränkt und verhindert die Aufbereitung der

Hemizellulosen gänzlich, da der zusätzliche Produktstrom mit der Kochlauge eingedampft und verbrannt wird, ermöglicht aber eine Produktion von Chemiezellstoffen ohne

Unterbrechungen mit hohen Kapazitäten. Diese Technologie ist unter der Bezeichnung VisCBC bekannt und findet großtechnische Anwendung (WO 94/12719).

In der Literatur (WO 2007/128026 und EP 2 855 765 Bl) werden darüber hinaus

Verfahrensmöglichkeiten beschrieben, die mit einer sehr kurzen Vorhydrolyse in der Dampfphase oder ganz ohne Vorhydrolyse auskommen. Der Zellstoff wird nach oder vor der ersten Bleichstufe einer Kalt- Alkali- Veredelung (CCE) unterzogen. Bei niedrigen

Temperaturen <50°C wird der Zellstoff mit reiner Natronlauge oder Weißlauge aus der Rückgewinnung des Kraftprozesses behandelt, um den niedermolekularen Anteil der Kohlenhydrate zu entfernen. Die CCE-Lauge mit den gelösten Kohlenhydraten wird abgepresst. Mit Ultra- oder Nanofiltration können diese Kohlenhydrate dann aus der

Presslauge abgetrennt werden.

Beim sauren Sulfit- Aufschluss wird die Kochung für Chemiezellstoffe unter schärferen Bedingungen gefahren als bei der Herstellung von Papierzellstoffen, das sind eine längere Kochzeit und ein erhöhter Chemikalieneinsatz. Meistens weist der Rohzellstoff noch einen Anteil niedermolekularer Kohlenhydrate auf. Dieser wird in der Bleiche teilweise entfernt. Für hochreine Zellstoffe wird sogar eine Heiß-Alkali-Veredelung (HCE) in der Bleiche eingesetzt. Eine HCE-Stufe hat einen hohen Energiebedarf und ist sehr unselektiv, d. h. es werden deutliche Anteile der hochmolekularen Zellulose mit abgebaut, was wiederum stark zu Lasten der Ausbeute geht.

Diese Zellstoffe sind im Viskose- und Lyocell-Prozess sehr reaktiv, haben aber meistens einen geringeren Reinheitsgrad als alkalische hergestellte Zellstoffe, bzw. bei gleichem Reinheitsgrad eine deutlich geringere Ausbeute. Aus diesem Grund werden heute neue Fabriken nicht mehr nach diesem Verfahren gebaut, sondern nach dem Kraft-Verfahren. Das Sulfit- Verfahren hat jedoch noch einige Bedeutung, da es einen großen Anteil der bestehenden Kapazitäten ausmacht.

Ahe konventionellen Verfahren zur Herstellung von Chemiezehstoffen bedingen, dass die Ausbeute durch die Entfernung des niedermolekularen Anteils erheblich reduziert wird und stehen klare Probleme im Hinblick auf Kreislaufschließung und Umweltverträglichkeit dar. Chemiezehstoffe werden zu verschiedensten zellulosischen Produkten weiterverarbeitet. Nach dem Viskoseverfahren z. B. werden Textilfasern oder Non-Wovens-Produkte hergesteht. Das Viskoseverfahren ist der derzeitwirtschaftlich bedeutendste Prozess. Der Zellstoff wird nach einer Vorreife in Natronlauge, die zur Einstellung des

Polymerisationsgrades, d. h. der Kettenlänge der Zellulose dient, xanthogeniert und nach Lösung in Natronlauge in ein saures Spinnbad ausgefällt. Hier folgen verschiedene

Prozessschritte aufeinander, die ein nachträgliches Aufreinigen der Zellulose und ein Abbauen und Ausschleusen von Nebenprodukten ermöglichen. Mit diesem Verfahren können also gewisse ungünstige Zellstoffqualitäten in geringem Maße ausgeglichen werden.

Ganz anders ist es dagegen bei den Direktlöseverfahren. Der Zellstoff wird direkt in einem geeigneten Lösungsmittel, z. B. NMMO oder ionischen Flüssigkeiten, ohne den

Zwischenschritt der Derivatisierung gelöst und dann direkt als Faden ausgesponnen. Diese Verfahren sind deutlich umweltfreundlicher. Jedoch kann weder der Polymerisationsgrad der Zellulose eingestellt werden, noch können Verunreinigungen in nennenswertem Ausmaß ausgeschleust werden. Im großtechnischen Lyocell-Prozess ist die Kreislaufschließung sehr eng. Es ist daher gut bekannt, dass speziell die Direktlöseverfahren hohe Ansprüche an die Qualität des eingesetzten Chemiezellstoffs stellen.

Gemäß dem Stand der Technik soll ein zu verwendender Chemiezellstoff eine niedrige Viskosität von 250 bis 430 ml/g haben. Zusätzlich sollte er einen nur sehr geringen Anteil an niedermolekularen Kohlenhydraten aufweisen. Der Anteil an niedermolekularen

Kohlenhydraten wird in der Praxis über branchenübliche Werte wie R18, S18, Alpha-Gehalt oder Ähnliches bestimmt. Zusätzlich kann der Polymerisationsgrad der Kohlenhydrate über SEC (Size Exclusion Chromatographie) als Molmassenverteilung dargesteht werden.

Chemiezellstoffe weisen je nach Herstellungsprozess unterschiedliche

Molmassenverteilungen auf. Für Sulfit-Zellstoffe (saurer Aufschluss) wird eine Verteilung mit einer niedermolekularen Schulter beschrieben, für Kraft-Zellstoffe (alkalischer

Aufschluss) dagegen eine unimodale Verteilung (Sixta 2006, 11.3 Dissolving Grade Pulp S. 1035). In den Dokumenten US 6,514,613, US 6,210,801 und US 6,331,354 wird eine unimodale Verteilung des Polymerisationsgrades als vorteilhaft beschrieben. Soweit in diesen Dokumenten von Zellstoffen mit multimodaler Verteilung des Polymerisationsgrades die Rede ist, wird dies durch Mischen von Zellstoffen mit unimodaler Verteilung erreicht. Auch ein geringer Gehalt an Übergangsmetallen (<20 ppm), Restlignin (Kappa-Zahl <2.0), Carbonyl-Gruppen (Kupferzahl <2) und Extraktstoffen wird als Voraussetzung für eine gute Prozessierbarkeit und ausreichend Stabilität im Lyocell-Verfahren angesehen. Für alkalische Chemiezellstoffe wurden diese Notwendigkeiten auch noch in folgenden Dokumenten abgebildet US 6,440,523; US 6,444,314; US 6,528,163; US 6,686,040; US 6,685,856;

6,605,350.

Die typischen Molmassenverteilungen eines durch ein Vorhydrolyse-Kraft- Aufschlussverfahrens hergestellten kommerziell erhältlichen Zellstoffs („Vergleichszellstoff #1“) und eines durch ein Sulfitverfahren hergestellten kommerziell erhältllichen Zellstoffs („Vergleichszehstoff #2“) sind in Fig. 1 dargestellt.

In der Folge werden durch ein Kraftverfahren hergestellte Zellstoffe als„Kraftzellstoffe“ und durch Sulfitverfahren hergestellte Zellstoffe als„Sulfitzellstoffe“ bezeichnet.

Papierzellstoffe, also Hoch-Ausbeute-Zellstoffe, weisen eine bimodale Molmassenverteilung auf, wenn sie aus Faubholz hergestellt werden, oder zumindest eine zusätzliche Schulter im niedermolekularen Bereich, wenn sie aus Nadelholz hergestellt werden (Sixta 2006, 11.2 Paper-Grade Pulp S. 1018).

Unter„bimodal“ wird hier und im Folgenden eine Molmassenverteilung bezeichnet, welche mehr als ein Maximum, insbesondere zwei Maxima aufweist.

J. Oberlerchner et al.,„OverView of Methods for the Direct Molar Mass Determination of Cellulose“, Molecules 20 (6), 2015, 10313-10341 zeigt in Abbildung 5 die Molmassenverteilung eines Zellstoffs aus Laubholz, welche eine niedermolekulare Schulter, aber kein zweites Maximum aufweist.

Weitere Zellstoffe, deren Molmassenverteilung eine niedermolekulare Schulter, aber kein zweites Maximum aufweist, sind in

- K. Fischer et ab,„Hemicellulose in Dissolving Pulp and its Behaviour during its Processing to Viscose“, Macromolecular Symposia, 262 (1), 2008, 85-88 ) (Abbildungen 1 und 3) und

- H. Sixta et al.„Evaluation of new organosolv dissolving pulps. Part I: Preparation, analytical characterization and viscose processability“, Cellulose 11 (1), 2004, 73-73 (Figuren 1 und 11) offenbart.

A.Potthast et al.,„Comparison testing of methods for gel permeation chromatography of cellulose: coming closer to a Standard protocol“, Cellulose 22 (3), 2015, 1591-1613 offenbart einen Zellstoff„Pulp 3“ mit einem Gehalt an Xylose und Mannose von deutlich weniger als 5 Gew.% (Tabelle 2). Ein ebenfalls in diesem Dokument offenbarter ungebleichter Zellstoff „Pulp 4“ weist einen DP von 4401 auf.

Weiterer Stand der Technik ist aus EP 1 362 935 Al und US 2009/004473 Al bekannt.

Bisher ist es Stand der Technik, dass Chemiezellstoffe zur Verwendung in einem Lyocell- Verfahren in großtechnischem Maßstab von zumindest einer Tonne Faser

Produktionskapazität pro Jahr (semi -kommerzieller Maßstab) bis hin zu 30.000 Tonnen Faser Produktionskapazität pro Jahr und mehr keinen bis einen sehr geringen

niedermolekularen Anteil an Kohlenhydraten aufweisen dürfen. Gleichzeitig muss ihr Gehalt an Restlignin und Extraktstoffen (vorzugsweise <0,1%) sehr niedrig sein, damit sie ohne Schwierigkeiten wie etwa Schaumbildung im Prozess oder Ablagerungen,

Filterverstopfungen oder Fadenabrissen an der Spinndüse weiter verarbeitbar sind.

Die vorliegende Erfindung stellt sich zur Aufgabe, einen neuen Chemiezellstoff zur

Verfügung zu stellen, der trotz eines deutlich erhöhten Gehalts an niedermolekularen Kohlenhydraten gut zur Verwendung in einem großtechnischen Verfahren zur Herstellung von Fyocellfasem geeignet ist.

Diese Aufgabe wird durch einen Chemiezellstoff gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angeführt. Kurze Beschreibung der Figuren:

Figur 1 zeigt einen Vergleich der typischen Molmassenverteilung eines kommerziell erhältlichen Vorhydrolyse-Kraftzellstoffs und eines kommerziell erhältlichen Sulfitzellstoffs. Figur 2 zeigt die Molmassenverteilung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zellstoffs, verglichen mit der Molmassenverteilung von zwei Kraftzellstoffen.

Figur 3 zeigt die Molmassenverteilung zweier weiterer Ausführungsformen des

erfindungsgemäßen Zellstoffs, verglichen mit der Molmassenverteilung eines marktüblichen Sulfitzellstoffs.

Figur 4 zeigt die Molmassenverteilung einer weiteren Ausführungsform des

erfindungsgemäßen Zellstoffs, verglichen mit der Molmassenverteilung eines marktüblichen Sulfitzellstoffs

Detaillierte Beschreibung der Erfindung:

Überraschenderweise wurde festgestellt, dass ein bimodal -verteilter Zellstoff mit einem deutlich erhöhten Gehalt an niedermolekularen Kohlenhydraten im Lyocell-Verfahren großtechnisch eingesetzt werden kann. Der deutlich erhöhte Gehalt an niedermolekularen Kohlenhydraten spiegelt sich im zweiten Maximum der Kurve der Molmassenverteilung der erfindungsgemäßen Zellstoffe im Bereich geringerer Molmassen wieder. Dieser

Chemiezellstoff kann mit einem konventionellen sauren Sulfitverfahren mit anschließender TCF- oder ECF-Bleiche erzeugt werden. Durch den gesteigerten Erhalt niedermolekularer Kohlenhydrate im Zellstoff wird die Ausbeute signifikant erhöht. Dies führt zu einer insgesamt höheren Nutzung des Rohstoffes Holz und damit zu einer verbesserten

Nachhaltigkeit und somit Ökobilanz des gesamten Prozesses und der Produkte hieraus.

Unter dem Begriff„ein Zellstoff mit bimodaler Molmassenverteilung“ ist für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ein einziger Zellstoff zu verstehen, der durch Kochung aus einem einzigen Ausgangsmaterial und nicht etwa durch Mischen mehrerer Zellstoffe mit unterschiedliche Molmassenverteilung hergestellt wird.

Dies ist daran erkennbar, dass bei einem bimodalen Zellstoff, der durch Mischen mehrerer Zellstoffe erhalten wird, ein Maximum im niedermolekularem Bereich aus

niedermolekularer Cellulose gebildet wird, während es beim erfindungsgemäßen bimodalen Zellstoff aus Hemicellulosen und einem geringen Anteil an niedermolekularer Zellulose gebildet ist. Von einem Papierzellstoff unterscheidet sich ein Chemiezellstoff bereits durch seine in Summe niedrigere durchschnittliche Molmasse. Für Laubholz -Papierzellstoffe gibt Sixta 2006 einen durchschnittlichen Polymerisationsgrad (DP) zwischen 2636 und 4050 an - das entspricht einem log M_w von 5,6 bis 5,8 -, für Chemiezellstoffe für das Viskoseverfahren nur einen DP von bis 1790 - das entspricht einem log M_w von 5,4, da es sich um eine logarithmische Skalierung handelt, sie sind also deutlich niedriger viskos. Der DP von Chemiezellstoffen für das Lyocellverfahren liegt etwa zwischen 600 und 2000 (log M_w 5,0 bis 5,5).

Hier und in der Folge basieren die Angaben von log M jeweils auf der (gegebenenfalls mittleren) Molmasse in g/mol.

Der erfindungsgemäße Zellstoff ist durch ein Sulfit- Aufschlussverfahren hergestellt.

Durch ein Sulfit- Aufschlussverfahren hergestellte Zellstoffe unterscheiden sich bei gleichen Rahmenparametem wie DP, Viskosität u.ä. von einem nach einem Kraftverfahren

hergestellten Zellstoff insbesondere durch

Einen deutlich höheren Gehalt an Carbonylgruppen

Einen höheren Anteil an hochmolekularen Celluloseketten (mit einem DP von 2000 oder mehr) und

- Unterschiede in der Zellwandmorphologie aufgrund der unterschiedlichen

chemischen und physikalischen Abläufe im Kraftverfahren bzw. im Sulfitverfahren.

Insbesondere kann der erfindungsgemäße Chemiezellstoff nach einem Magnesium-Bisulfit- Verfahren hergestellt sein.

Der erfindungsgemäße Chemiezellstoff ist durch ein erstes Maximum der

Molmassenverteilung im Bereich von 4,2 bis 6,0 log M, bevorzugt 4,3 bis 5,7, besonders bevorzugt 4,5 bis 5,5 gekennzeichnet.

Weiters ist der erfindungsgemäße Chemiezellstoff gekennzeichnet durch ein zweites

Maximum der Molmassenverteilung im Bereich von 3,0 bis 4,2 log M, bevorzugt 3,5 bis 4,0, besonders bevorzugt 3,6 bis 3,9. Der erfindungsgemäße Chemiezellstoff weist beide Maxima in den oben beschriebenen Bereichen der Molmasse auf.

Zwischen diesen beiden Maxima liegt ein Minimum der Molmassenverteilung.

Abgesehen von den bereits oben beschriebenen prinzipiellen Unterschieden zwischen einem Chemiezellstoff und Papierzellstoffen unterscheiden sich auch diese Maxima grundlegend von den Maxima einer bimodalen Molmassenverteilung in Laubholz -Papierzellstoffen.

Gemäß Sixta 2006 hat der niedermolekulare Anteil von Laubholzzellstoff ein Maximum von bei ca. log M 4,2 für Sulfit- und 4,7 für Kraftzellstoffe. Dort liegt für die erfindungsgemäßen Chemiezellstoffe etwa das Minimum. Das niedermolekulare Maximum der

erfindungsgemäßen Chemiezellstoffe dagegen liegt bevorzugt deutlich tiefer zwischen log M von 3, 6-3, 9.

Der erfindungsgemäße Chemiezellstoff ist weiters durch ein Massenmittel der Molmasse von log M_w 5, 0-5, 5 g/mol, bevorzugt 5, 2-5, 5 g/mol gekennzeichnet. Dies liegt unterhalb des Massenmittels der Molmasse von Papierzellstoffen.

Im erfindungsgemäßen Zellstoff liegt der Anteil von Cellulose unter 95 Gew.%. Das bedeutet dementsprechend, dass der Gehalt an Hemicellulosen 5 Gew.% oder mehr beträgt.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der erfindungsgemäße Chemiezellstoff gekennzeichnet durch einen Anteil (Gew.%) an Polymerketten mit einem log M_w von 5,5 (entspricht einem DP von 2000) oder mehr von 25% oder weniger, bevorzugt < 22%, besonders bevorzugt < 19%. Dieser Anteil ist deutlich geringer als jener von

Papierzellstoffen.

Der erfindungsgemäße Zellstoff kann aus Laubholz, Nadelholz oder einer Mischung aus beiden hergestellt werden.

Die zur Herstellung des Zellstoffes verwendeten Hackschnitzel können aus Rundholz, Sägerestholz, Altholz oder einer beliebigen Mischung daraus hergestellt werden.

Der Rindenanteil sollte 2%, vorzugsweise 1% nicht überschreiten. Der erfindungsgemäße Zellstoff ist bevorzugt dadurch gekennzeichnet, dass er einen

Weißgrad von 75 [%ISO] und mehr, bevorzugt 85 [%ISO] und mehr, besonders bevorzugt 90 [% ISO) und mehr aufweist.

Solche Weißgrade können nur erhalten werden, wenn der Zellstoff gebleicht wurde.

Der erfindungsgemäße Zellstoff kann bevorzugt total chlorfrei (TCF) gebleicht werden.

Der erfindungsgemäße Zellstoff kann einen Aceton-Extraktstoffgehalt von >0,1% aufweisen.

Als Extraktstoffgruppen wurden in Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Zellstoffs folgende Gruppen mit typischen Mengen gefunden:

- Fettsäuren /Harzsäuren >0, 19mg/g

- Sterole >0,082mg/g

- Sterylester >0,072mg/g

- Triglyceride >0,013mg/g

Der erfindungsgemäße Zellstoff kann eine Kupferzahl von >2,0% aufweisen.

Der erfindungsgemäße Zellstoff kann nach einem Kraft- oder Sulfitaufschluss- Verfahren, insbesondere nach dem Magnesiumbisulfit- Verfahren hergestellt werden.

Das Magnesiumbisulfit-Verfahren ist dem Fachmann gut bekannt und geht auf den schwedischen Forscher Ekman zurück, der 1872 als Erster Holz damit zu Papierzellstoff aufgeschlossen hat (Ingruber in Ingruber et al. 1985). Die Herstellung von

Chemiezellstoffen zur Weiterverarbeitung im Viskose- oder Lyocellprozess ist an sich Stand der Technik und wird im Detail von Sixta in Sixta 2006 beschrieben. Die Herstellung des neuen bimodalen Chemiezellstoffes konnte für alle folgenden Beispiele mit gleichen

Modifikationen eines an sich herkömmlichen Verfahrens erreicht werden. Der große Vorteil des Sulfit- Verfahrens ist, dass im Gegensatz zu alkalischen Verfahren in der Kochphase über lange Zeit die Delignifizierung, also die Entfernung des Lignins aus dem Rohstoff Holz, gegenüber dem Abbau von Kohlenhydraten favorisiert wird ( Rydholm 1985 S. 505).

Zusätzlich kann das Glucomannan, das den Großteil der Hemizellulosen im Nadelholz ausmacht, durch eine niedrigere Temperaturführung stabilisiert und damit im Zellstoff erhalten werden (. Rydholm 1985 S. 512). Somit konnte die Einstellung der

Verfahrensparameter in der Delignifizierung des Prozesses, also während der Kochung und Sauerstoff-Bleiche bzw. alkalischer Extraktion erfolgen. Dies kann z. B. mit Hilfe einer Veränderung des SCk-Angebotes in der Kochsäure oder auch mit der Senkung des H-Faktors geschehen. Der H-Faktor ist ein aus der Literatur (Sixta 2006) bekannter Faktor, der die Intensität des Aufschlussprozesses anhand der Variablen Temperaturverlauf und Zeit beschreibt.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendung eines erfindungsgemäßen

Chemiezellstoffs zur Herstellung von cellulosischen Formkörpem, insbesondere Fasern, insbesondere zur Herstellung von Lyocellfasem oder Viskosefasern, bevorzugt zur

Herstellung von Lyocellfasem.

Dementsprechend betrifft die vorliegende Erfindung auch einen cellulosischen Formkörper, insbesondere eine Lyocellfaser, erhältlich durch das Verspinnen einer organischen Lösung eines erfindungsgemäßen Chemiezellstoffes, insbesondere einer Lösung des Zellstoffes in einem wässerigen tertiären Aminoxid.

Ein erfindungsgemäßer Formkörper, insbesondere eine erfindungsgemäße Lyocellfaser ist dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil von Cellulose unter 95 Gew. % liegt. Das bedeutet, dass umgekehrt der Gehalt an Hemicellulosen 5 Gew.% oder mehr beträgt.

Beispiele:

Zu den in den folgenden Beispielen verwendeten Abkürzungen wird auf das

Abkürzungsverzeichnis am Ende des Beschreibungsteils verwiesen.

Analysenmethoden:

Bestimmung der Molmassenverteilung

Die Molmassenverteilung wird mittels Größenausschlusschromatographie (SEC) in DMAc- LiCl-Lösung bestimmt. Es wird ein multi-angle-laser-light-scattering (MALLS) Detektor verwendet. Die Methode wurde von Schelosky et al. (1999) detailliert beschrieben. Zur Bestimmung des niedermolekularen Anteils wurde der Anteil der gesamten Molmasse bestimmt, der kleiner als die Molmasse des Minimums ist, angegeben als Prozent der Gesamtmolmasse.

Analyse der Extraktstoffgruppen Die Extraktstoffgruppen werden in Anlehnung an Ösa et al. (1994) bestimmt. lOg Probe werden im Soxhlet-Extraktor mit Cyclohexan/ Aceton (9:1) extrahiert. Der Extrakt wird auf lOOml aufgefüllt lml Extrakt wird lml Standard zugegeben und bei 40°C im

Vakuumtrockenschrank getrocknet. Der Standard ist ein Multistandard aus Heneicosansäure, Cholesterin, Cholesterylpalmitat und l,3-Dipalmitoyl-2-oleyl-glycerol. Durch die Zugabe von 160 mΐ BSTFA:TMCS (9+1) wird die Probe bei 70°C 20 min derivatisiert. Diese Lösung wird direkt in das GC 6890 von der Fa. Agilent injiziert unter Verwendung der Säule Zebron ZB-5HT Inferno von der Fa. Phenomenex und eines FI-Detektors.

Lyocell-Anwendungstest

Der Zellstoff wird in NMMO gelöst und anschließend nach einer Standard-Methode getestet wie beschrieben in Schild et al. (2011). Die Spinnmasse wird mit einer konstanten

Geschwindigkeit durch einen Filter gepresst. Der Filterwert ist die Zeit in Minuten bis zur Verdoppelung des Anfangsdruckes. Um Zahlenwerte in der Größenordnung des

Viskosefilterwertes zu erhalten, wird der Wert mit 10 multipliziert.

Beispiel 1

In einem lOl-Pilotkocher wurde aus industriellen Eucalyptus globulus Hackschnitzeln ein Mg-Bisulfit-Chemiezellsto ff hergestellt („Zellstoff #1“). Die Kochung erfolgte bei einer Temperatur von l45°C und einem H-Faktor von 75. Das Gesamt-SCk wurde mit 200g/kg atro Holz dosiert. Zum Vergleich wurde ein Vorhydrolyse-Kraft-Zellstoff

(„Vergleichszellstoff #3“) nach konventionellen Bedingungen des VisCBC-Verfahrens (continuous batch cooking mit Dampf-Vorhydrolyse) ebenfalls im Pilotmaßstab hergestellt. Die Dampfvorhydrolyse wurde bei einer Temperatur von l70°C und einem P-Faktor von 600 durchgeführt. Die Kochung erfolgte bei einem H-Faktor von 300 bei l50°C. Die Effektivalkali-Konzentration betrug 30g/l.

Beide Zellstoffe wurden mit einer einheitlichen O-Z-P-Sequenz endgebleicht. Die

Sauerstoffbleiche O erfolgte bei einer Temperatur von 90°C, einer Stoffdichte von 12% und einer NaOH Zugabe von 20kg/t Zellstoff über einen Zeitraum von 60min. Die

Ozondosierung in der Z-Stufe wurde zur Erreichung der Endviskosität angepasst. Die Reaktionstemperatur betrug 50°C. Die P-Stufe wurde bei 70°C durchführt und dauerte l20min. In dieser Stufe wurden folgende Bleichchemikalien pro Tonne Zellstoff zugegeben: 6,0kg NaOH, 5,0kg H₂0₂, 5,0kg MgS0₄. Im Folgenden werden die beiden Zellstoffe zusätzlich mit einem marktüblichen Vorhydrolyse-Kraft-Zellstoff (dem„Vergleichszehstoff #1“ aus Fig. 1) verglichen.

Tabelle 1: Qualitäten des endgebleichten bimodalen Sulfitzehstoffes aus Pilotkochungen im Vergleich zu einem Vorhydrolyse-Kraft-Zellstoff

Die Kappazahl ist bei Zellstoff #1 und Vergleichszellstoff #3 vergleichbar. Durch die Anwendung gleicher Bleichbedingungen ist der Zellstoff #1 dem Vergleichszehstoff #3 im Weißgrad deutlich überlegen. Auch das Wasserrückhaltevermögen als Maß für das

Porenvolumen und damit die Saugfähigkeit und Zugänglichkeit des Zellstoffes für die weitere Verarbeitung hegt beim Zellstoff #1 höher als beim Vergleichszehstoff #3. Der R18- Wert ist aufgrund des stark erhöhten niedermolekularen Anteils der Kohlenhydratketten niedriger. Dies wird auch in den niedermolekularen Fraktionen DP<50 bzw. <100 und an einem hohen PDI sichtbar. Die Werte für den Zellstoff #1 sind sehr hoch im Vergleich zum Vergleichszellstoff #3.

Ähnliche Tendenzen zeigen sich auch im Vergleich zum marktüblichen

Vergleichszellstoff #1.

Die Figur 2 zeigt die Molmassenverteilung der Pilotproben des neuen bimodalen

Sulfitzellstoffes Zellstoff #1 im Vergleich zu Vergleichszellstoff #3 und #1.

Zur grafischen Darstellung der Molmassenverteilung wird der Massenanteil der gelösten Probe in mol/g, der zu einem bestimmten Zeitpunkt nach Trennung am GPC eluiert, über der Molmasse M aufgetragen. Für eine bessere Übersichtlichkeit wird die X-Achse

logarithmiert, also als log M auf Basis in g/mol. Es kann davon folglich abgeleitet werden, wie groß die Fraktion der Probe ist, die eine bestimmte Molmasse und damit eine bestimmte Kettenlänge besitzt - also eine Verteilung der Kettenlängen im untersuchten Zellstoff.

Während die Molmassenverteilung des neuen Zellstoffs #1 bimodal ist, zeigen sowohl Vergleichszellstoff #1 als auch Vergleichszellstoff #3 eine unimodale Verteilung. Dieses niedermolekulare zweite Maximum des erfindungsgemäßen Zellstoffes bei einer log Molmasse von 3,78 zeugt von dem Erhalt der niedermolekularen Bestandteile des Holzes im Zellstoff in großem Ausmaß auch noch nach der Bleiche während Vergleichszellstoff #1 und #3 kein zweites Maximum aufweisen .Das schlägt sich natürlich in einem Ausbeutevorteil nieder. Nach der Kochung ist die Ausbeute des erfindungsgemäßen Zellstoffs um 8,5% höher als die des Vergleichszellstoffs #1. In der Bleiche baut der erfindungsgemäße Zellstoff stärker ab als der Vergleichszellstoff #1, behält jedoch als Endprodukt einen eindeutigen Ausbeutevorteil von 2,9%. Der Zellstoff #1 weist nach der einheitlichen Bleiche einen hohen Weißgrad von 94,2% auf. Hier können durch Optimierung der Bleichbedingungen abgestimmt auf den jeweiligen Kochprozess Bleichchemikalien eingespart werden und dadurch der Abbau des Zellstoffes während der Bleiche verringert werden, was die Ausbeute noch weiter erhöht.

Beispiel 2

Mit Fagus sylvatica Hackschnitzeln wurden Produktionsversuche zur Herstellung des neuen bimodalen Sulfit-Chemiezellstoffes durchgeführt. Hierbei wurde die Viskosität so eingestellt, dass die Produkte zur Weiterverarbeitung im Lyo cell- Verfahren geeignet sind. Die Werte von zwei erfindungsgemäßen Zellstoffen („Zellstoff #2“ und„Zellstoff #3“) werden mit einem Sulfit-Marktzellstoff gleicher Viskosität (dem„Vergleichszellstoff #2“ aus Figur 1) verglichen. Beide Zellstoffe wurden großtechnisch mit dem gleichen

Aufschlussverfahren hergestellt nämlich mit dem sauren Magnesium-Bisulfit- Verfahren und anschließend mit einer vergleichbaren TCF-Sequenz endgebleicht bestehend aus Sauerstoff-, Ozon- und Peroxidbleiche.

Tabelle 2: Ergebnisse der Produktionsversuche zur Herstellung zweier bimodalen Sulfit- Chemiezellstoffe im Vergleich zu einem Sulfit-Marktzellstoff

Die erfindungsgemäßen bimodalen Zellstoffe sind gut vergleichbar mit dem Marktzellstoff, obwohl der Marktzellstoff aus Fichtenholz und die Zellstoffe aus den Produktionsversuchen aus Buchenholz sind. Die Viskositäten sind nahezu identisch. Der Zellstoff #2 erreicht einen hohen Weißgrad wie der Vergleichszellstoff #2. Der Weißgrad des Zellstoffs #3 mit 90,9% ist ebenso ausreichend. R10, R18 und der Aschegehalt liegen auf gleichem Niveau. Die erfindungsgemäßen Zellstoffe aus den Produktionsversuchen unterscheiden sich lediglich durch die hohen Aceton-Extrakte von 0,22% und 0,26% und das zweite niedermolekulare Maximum in der Molmassenverteilung.

Die Figur 3 zeigt die Molmassenverteilung der erfindungsgemäßen Sulfitzellstoffe im Vergleich zum einem Sulfit-Marktzellstoff Vergleichszellstoff #2. Die log-Werte der niedermolekularen Maxima der Zellstoffe #2 und #3 liegen bei 3,80 und 3,86, während der Vergleichszellstoff #2 kein zweites niedermolekulares Maximum aufweist. Der Anteil an Kohlenhydraten mit einem DP<l00 ist leicht erhöht, der Anteil DP<50 beträgt das 2,5- bis 3-fache. Dadurch wird die Molmassenverteilung etwas breiter. Der Polydispersitätsindex für die erfindungsgemäßen Zellstoffe beträgt 5,3 und 5,5, während jener des Vergleichszellstoffs bei 4,1 liegt. Der hochmolekulare Anteil ist dagegen bei allen Zellstoffen gleich (vgl. Figur 3).

Die Methode der Kappazahlbestimmung wird allgemein zur Charakterisierung eines Zellstoffes herangezogen. Sie beschreibt den Restgehalt an Lignin. In endgebleichten Chemiezellstoffen liegt kaum noch Lignin vor, daher werden hier eher oxidierbare

Inhaltsstoffe erfasst. Um diese Stoffgruppen besser zu charakterisieren, wurden zusätzlich die Extraktstoffe mittels Aceton-Extraktion bestimmt und anschließend mit Hilfe der Gaschromatographie einzelne Extraktstoffgruppen analysiert. Hier zeigte sich noch ein weiterer deutlicher Unterschied der erfindungsgemäßen Zellstoffe im Vergleich zu

Marktzellstoffen. Die erfindungsgemäßen Chemiezellstoffe sind trotz eines erhöhten Gehalts an Extraktstoffen, und zwar durchgehend in allen Extraktstoffgruppen (vgl. Tabelle 3), für den Lyocell-Prozess geeignet. Als Vergleich dienen drei Marktzellstoffe, der Nadelholz- Sulfitzellstoff Vergleichszellstoff #2 und zusätzlich ein Sulfitzellstoff aus Laubholz

(Vergleichszellstoff #4) und ein weiterer Vorhydrolyse-Kraftzellstoff aus Laubholz

(Vergleichszellstoff #5). Die Extrakte der neuen bimodalen Zellstoffe betragen das 2- bis 3- Fache der Marktzellstoffe, liegen also weit über den bisher geforderten Grenzwerten für den Einsatz in Direktlöseverfahren. Alle Zellstoffe wurden großtechnisch im Lyocell-V erfahren erfolgreich zu Fasern weiterverarbeitet.

Tabelle 3: Extraktstoffgruppen der neuen bimodalen Sulfit-Chemiezellstoffe im Vergleich zu Marktzellstoffen

Beispiel 3

Ein Sulfitzellstoff aus Fichtenholz wurde nach der Kochung und der ersten Bleichstufe aus der Produktion entnommen. Dieser Zellstoff wurde mit Ozon und Wasserstoffperoxid endgebleicht. Die Ozonstufe wurde bei mittlerer Stoffdichte und bei 50°C durchgeführt.

1 lkg Ozon wurden pro Tonne Zellstoff dosiert. Die anschließende P-Stufe erfolgte bei 65°C über 180min. Es wurden 5,0kg NaOH und 4,0kg H₂0₂ pro Tonne Zellstoff dazugegeben.

Der entstandene erfindungsgemäße Zellstoff wird als„Zellstoff #4“ bezeichnet.

Zum Vergleich wird wieder der Sulfit-Marktzellstoff („Vergleichszellstoff #2“) aus Beispiel

2 herangezogen. Beide Zellstoffe wurden aus Fichtenholz hergestellt, somit ist ein Einfluss der Holzart ausgeschlossen. Beide Zellstoffe wurden mit dem Mg- Sulfitverfahren hergestellt, damit konnte auch der Einfluss des Aufschlusses vernachlässigt werden. Nach der Endbleiche hat der erfindungsgemäße bimodale Sulfit-Chemiezellstoff vergleichbare Eigenschaften wie der Marktzellstoff Vergleichzellstoff #2 (vgl. Tabelle 4). Es wurden auch ein ähnliches Niveau der Kappazahl und des Weißgrades erreicht. Auch Aceton-Extrakt und Asche sind vergleichbar. Überraschenderweise konnte der erfindungsgemäßen Zellstoff auch mit einer hohen Kupferzahl von >2% weiterverarbeitet werden. Die Viskosität des erfindungsgemäßen Zellstoffs liegt in dem für den Lyocell-Prozess geforderten Bereich leicht über jener des Marktzellstoffes. Tabelle 4: Eigenschaften des erfindungsgemäßen Sulfit-Chemiezellstoffes im Vergleich zu einem Marktzellstoff aus Fichtenholz

Deutlich wird die bimodale Verteilung des erfindungsgemäßen Zellstoffes im Vergleich zum Vergleichszellstoff #2 sowohl aus Figur 4 wie aus Tabelle 4. Das zusätzliche

niedermolekulare Maximum des erfindungsgemäßen Zellstoffs #4 liegt bei einer log Molmasse von 3,81 g/mol. Die niedermolekularen Anteile PD<50 und <100 sind signifikant höher, gleichzeitig ist der hochmolekulare Anteil DP>2000 stark erhöht. Dadurch ergibt sich eine viel breitere Molmassenverteilung (PDI) für den bimodalen Zellstoff. Sie liegt bei 7,3 gegenüber 4,1 für den Marktzellstoff Vergleichszellstoff #2. Gleichzeitig liegen die Maxima der hochmolekularen Kohlenhydrate für die untersuchten Zellstoffe sehr nahe bei einander. Charakterisierung des niedermolekularen Maximums

Die erfindungsgemäßen bimodalen Chemiezellstoffe wurden aus verschiedenen Laub- und Nadelhölzern im Pilotmaßstab und in Produktionsversuchen mittels TCF- Bleiche hergestellt. Der Rohstoff weist also eine unterschiedliche Kohlenhydratzusammensetzung auf. Auch die Versuchsbedingungen variieren. Zusätzlich weichen die mittleren

logarithmischen Molmassen (log M) stark voneinander ab. Sie hegen zwischen 5,23 für den Zellstoff #2 und 5,60 für Zellstoff #1. Da es sich um eine logarithmische Auswertung und Darstellung handelt, ist der Unterschied sehr deutlich und spiegelt sich auch in der Viskosität wieder, die zwischen 405 ml/g für Zellstoff #2 und 580 ml/g für Zellstoff #1 variiert. Die Unterschiede zeigen sich extrem in der Molmasse des hochmolekularen Maximums.

Während der Zellstoff #1 ein Maximum bei einem M von 5,37 aufweist, hegt der niedrigste Wert beim Zellstoff #2 bei 4,75 (vgl. Tabelle 6). Das entspricht einem Polymerisationsgrad von 1456 bzw. 345.

Überraschenderweise hat dies nur sehr wenig Auswirkungen auf den niedermolekularen Anteil der erfindungsgemäßen bimodalen Zellstoffe. Die Molmassenverteilungen der niedermolekularen Kohlenhydrate sind für alle untersuchten Zellstoffe sehr ähnlich. Das Minimum hegt bei einem DP zwischen 51 und 72. Das entspricht einem log M von 3,91 bzw. 5,07. Das niedermolekulare Maximum hegt zwischen einem DP von 28 und 44. Das entspricht einem log M von 3,66 bzw. 3,86.

Das Muster der neuen Zehstofftype Zellstoff #4 auf Fichtenholzbasis hegt genau im geforderten Bereich für Lyocell-Anwendung hinsichtlich Viskosität (440ml/g).

Charakteristisch zeigt sich für die Molmassenverteilung abermals das klare Minimum zwischen den beiden maximalen Peaks, über das die Bimodalität definiert ist, und welche das Ermitteln des niedermolekularen Anteils erlaubt.

Der Massenanteil der niedermolekularen Kohlenhydrate, die unterhalb des Minimums hegen, beträgt 6,1%. Dieser Anteil charakterisiert die erhöhte Ausbeute durch den Erhalt der niedermolekularen Kohlenhydrate. Daraus ergeben sich ein signifikanter wirtschaftlicher Vorteil und eine effizientere Nutzung des Rohstoffes Holz und somit eine bessere Ökobilanz für die gesamte Produktionskette und die Produkte.

Die Summe der Hemizellulosen weicht deutlich ab vom niedermolekularen Anteil der Zellstoffe. So hat der Zellstoff #1 einen niedermolekularen Anteil von 8,7% und einen Hemizellulosenanteil von insgesamt 5,2%. Bei diesem Zellstoff ist also der niedermolekulare Peak deutlich größer als der Hemizellulosenanteil, d. h. im niedermolekularen Anteil befinden sich auch andere Polymere wie abgebaute kurzkettige Zellulose.

Anders ist es dagegen beim Zellstoff #4. Hier hegt der niedermolekulare Anteil mit 8,0% geringfügig unter der Summe der Hemizellulosen mit 8,9%, d. h. es hegen in dieser Probe auch Hemizellulosen vor, die so lange Polymerketten aufweisen, dass sie nicht in dem niedermolekularen Peak zu finden sind. Das bedeutet zusammenfassend, dass im

niedermolekularen Peak auch abgebaute Zellulose zu finden ist und dass gleichzeitig Hemizellulosen in einer längerkettigen Form vorhegen können, sodass sie nicht im niedermolekularen Peak zu finden sind. Der niedermolekulare Peak ist somit auf keinen Fall identisch mit dem Anteil an Hemizellulosen im Zellstoff

Tabelle 6: Vergleich der Maxima der neuen bimodalen Sulfit-Chemiezellstoffe bzw. des niedermolekularen Anteils

Verwendung der erfindungsgemäßen Zellstoffe zur Herstellung von Lyocellfasern:

Es wurde in der Literatur wiederholt festgesteht, dass ein verringerter Zellulosegehalt negative Auswirkungen auf die Spinnbarkeit und die Faser qualitäten im Lyocell-Prozess hat. Fink beobachtete bei ungebleichten Organosolvzellstoffen, die also einen erhöhten Gehalt an Hemizellulosen und Lignin aufwiesen, dass das Spinnverhalten im Lyocell-Prozess dadurch äußerst mangelhaft war. Chen konnte die schlechte Spinnbarkeit direkt auf einen erhöhten Hemizellulosegehalt zurückführen. Gleichzeitig erhielt er Lasern mit deutlich geringeren mechanischen Eigenschaften bei erhöhtem Hemizellulosegehalt. Er bezeichnet die

Entfernung der verzweigten Hemizellulosen als Schlüssel zur Herstellung besserer Lasern.

Das schlechte Spinnverhalten von Zellstoffen mit hohem Hemicellulosegehalt wird in der Literatur darauf zurückgeführt, dass Lignin, Hemizellulose und Zellulose im Zellstoff miteinander assoziiert sind und sogenannte Lignin-Kohlenhydrat-Komplexe bilden. Diese lösen sich in Direktlöseverfahren wie z. B. mit NMMO oder ionischen Flüssigkeiten nicht vollständig, sondern bilden gel-ähnliche Strukturen aus. Dies wiederum führt zu einer Inhomogenität der Spinnlösung, zu einer Veränderung ihres viskosen Verhaltens und schließlich zu einer verringerten mechanischen Festigkeit der Fasern. Dies konnte bisher nur im Direktlöseverfahren mit ionischen Flüssigkeiten aufwändig umgangen werden, indem der Zellstoff zusätzlich vor dem Löseprozess mit Elektronenbestrahlung behandelt wurde ( Ma et al. 2018). Damit konnten die Lignin-Kohlenhydrat-Bindungen gelöst werden und die Zellstoffe wurden erfolgreich in ionischen Flüssigkeiten gelöst und ausgesponnen. Bei Fasern mit einem niedrigen Zellulosegehalt jedoch traten auch hier wieder

Festigkeitseinbußen auf.

Im Gegensatz dazu war für die Herstellung von Lyocell-Fasem aus den erfindungsgemäßen Zellstoffen jedoch keinerlei Vorbehandlung des Zellstoffes nötig. Überraschenderweise konnten die Fasern direkt aus den erfindungsgemäßen Zellstoffen hergestellt werden und zeigten großtechnisch keine Auswirkungen auf das Spinnverhalten oder die

F aserfestigkeiten.

Beispiel:

Der erfindungsgemäße Zellstoff #4 wurde einem Lyo cell- Anwendungstest unterzogen. Zum Vergleich wurde der Vorhydrolyse-Kraft-Zellstoff aus Beispiel 1 (Vergleichszellstoff #3) herangezogen sowie zwei Marktzellstoffe (vgl. Tabelle 7). Insgesamt ist festzustellen, dass die aus den erfindungsgemäßen Chemiezellstoffe hergestellten Fasern mit den aus den Marktzellstoffen hergestellten Fasern sehr gut vergleichbar sind. Die Faser aus den erfindungsgemäßen bimodalen Zellstoff #4 zeigte eine gute Dehnung von 9,4%. Die textile Festigkeit liegt unterhalb jener der aus den anderen Zellstoffe hergestellten Fasern.

Es ist aus der Polymerchemie gut bekannt, dass ein hoher Anteil niedermolekularer

Polymere wie in diesem Beispiel die Festigkeit negativ beeinflusst. Der Filterwert ist ausreichend. So ist dieser Zellstoff im Anwendungstest ausreichend gut verarbeitbar. Die erfindungsgemäßen Zellstoffe sind damit geeignet zur Herstellung einer neuen Fasertype nach dem Fyocell-Verfahren.

Tabelle 5: Fyocell-Anwendungstests des Zellstoffs #4 im Vergleich zu Vorhydrolyse-Kraft- und Marktzellstoffen

Abkürzungen

CBC Kontinuierliche Batch-Kochung (continuous batch cooking)

CCE Kalt- Alkali-Extraktion (cold caustic extraction)

DP Polymerisationsgrad (degree of polymerization)

EA Effektivalkali (effective alkali)

ECF Elementarchlorfreie Bleiche

HCE Heißalkaliveredelung (Hot caustic extraction)

IL Ionische Flüssigkeiten (ionic liquid)

LH Laubholz

M Molmasse, Molare Masse

MALLS Multi-angel laser light Scattering

M„ Zahlenmittel der molekularen Masse

MgS Magnesium-Bisulfit-Zellstoff

M_w Massenmittel der molekularen Masse

NH Nadelholz

NMMO N-methyl-morpholine-N-oxid

O Sauerstoffbleiche

odp Im Ofen getrockneter Zellstoff (oven dry pulp)

odw Im Ofen getrocknetes Holz (oven dry wood)

P Wasserstoffperoxid Bleiche (hydrogenperoxide bleaching stage)

PDI Polydispersitätsindex M_w/M_n (Polydispersity index)

SEC Größenausschlusschromatographie (size exclusion chromatography) ssp. Subspezies

R10 Alkaliresistenz bei lO%-iger NaOH

R18 Alkaliresistenz bei !8%-iger NaOH TCF Total chlorfreie Bleiche

VisCBC Kontinuierliche Batch-Kochung zur Herstellung von Chemiezehstoffen

VH-K Vorhydrolyse-Kraft-Zellstoff

WRV Wasserrückhaltevermögen (water retention value)

Z Ozonbleiche

Nicht-Patent-Literatur

Ingruber OV in Ingruber OV, Kocurek MJ, Wong A (Ed.) (1985): Pulp and Paper

Manufacture Vol. 4 Sulfite Science & Technology, Historical Development, p VII ff.

Örsa F, Holmbom B (1994): A Convenient Method for the Determination of Wood

Extractives in Papermaking Process Waters and Effluents. Journal of Pulp and Paper Science: Vol 20, No 12

Rydholm SA (1985) Pulping Processes. 9 Chemical Pulping S. 505 und 512. Wiley Verlag. Schelosky N, Röder T, Baldinger T (1999): Molmassenverteilung cellulosischer Produkte mittels Größenausschlusschromatographie in DMAc/LiCl. Das Papier 53(l2):728-738 Schild G, Sixta H (2011): Sulfur- free dissolving pulps and their application for viscose and lyocell. Cellulose 18:1113-1128

Sixta H (Ed.) (2006): Handbook of Pulp Vol. 1; 4.3 Sulfite Chemical Pulping, S. 432, 437, 452.

Sixta H (Ed.) (2006): Handbook of Pulp Volume 2; 11.3 Dissolving Grade Pulp, p. 1022 ff. Sixta H (Ed.) (2006): Handbook of Pulp Volume 2; 11.2 Paper-Grade Pulp, p. 1010 ff.

Ma Y, Stubb J, Kontra I, Nieminen K, Hummel M, Sixta H; Filament spinning of unbleached birch kraft pulps: Effect of pulping intensity on the processability and and the fiber properties, Carb Polym 179: 145-151, 2018.

Fink, H-P, Weigel P, Ganster J, Rihm R, Puls J, Sixta H and Parajo JC; Evaluation of new organosolv dissolving pulp. Part II: Structure and NMMO processability of the pulps, Cellulose 11 :85-98, 2004.

Chen, Jing-Huan; Wang, Kun; Xu, Feng; Sun, Runcang; Properties of regenerated bamboo fibers prepared from raw materials with different hemicellulose content,

Abstracts of Papers, 249th ACS National Meeting & Exposition, Denver, CO, United States, March 22-26, 2015

Claims

Patentansprüche :

1. Chemiezellstoff, gekennzeichnet durch eine Kombination der folgenden Merkmale:

- der Zellstoff ist durch ein Sulfit- Aufschlussverfahren hergestellt

- der Zellstoff weist eine bimodale Verteilung der Molmasse auf, wobei ein erstes Maximum der Molmassenverteilung im Bereich von (auf Basis g/mol) 4,2 bis

6,0 log M, bevorzugt 4,3 bis 5,7, besonders bevorzugt 4,5 bis 5,5 liegt und ein zweites Maximum der Molmassenverteilung im Bereich von 3,0 bis 4,2 log M, bevorzugt 3,5 bis 4,0, besonders bevorzugt 3,6 bis 3,9 liegt

- der Zellstoff weist ein Massenmittel der Molmasse von log M_w 5,0 bis 5,5, bevorzugt 5,2 bis 5,5 auf

- der Zellstoff weist einen Gehalt an Cellulose von unter 95 Gew.% auf.

2. Chemiezellstoff gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Anteil (Gew.%) an Polymerketten mit einem log M_w von 5,5 oder mehr von 25% oder weniger bevorzugt < 22%, besonders bevorzugt < 19%.

3. Chemiezellstoff gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass er einen Weißgrad von 75 [%ISO] und mehr, bevorzugt 85

[%ISO] und mehr, besonders bevorzugt 90 [% ISO] und mehr aufweist.

4. Chemiezellstoff gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass er total chlorfrei (TCF) gebleicht wurde.

5. Verwendung eines Chemiezellstoffs gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche zur Herstellung von cellulosischen Formkörpem, insbesondere Fasern.

6. Verwendung gemäß Anspruch 5 zur Herstellung von Lyocellfasem oder

Viskosefasern.

7. Cellulosischer Formkörper, insbesondere Lyocellfaser, erhältlich durch das Verspinnen einer organischen Lösung eines Chemiezellstoffes gemäß einem der Ansprüche 1 bis

4.

8. Formkörper gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil von

Cellulose unter 95 Gew. % liegt.