WO2019170763A1 - Cellulose pulp and shaped lyocell article having a reduced cellulose content - Google Patents

Cellulose pulp and shaped lyocell article having a reduced cellulose content Download PDF

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WO2019170763A1
WO2019170763A1 PCT/EP2019/055593 EP2019055593W WO2019170763A1 WO 2019170763 A1 WO2019170763 A1 WO 2019170763A1 EP 2019055593 W EP2019055593 W EP 2019055593W WO 2019170763 A1 WO2019170763 A1 WO 2019170763A1
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hemicellulose
lyocell
cellulose
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PCT/EP2019/055593
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Verena Silbermann
Martina OPIETNIK
Gabriele Schild
Susanne MÖDERL
Magdalena Körbler
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Lenzing Aktiengesellschaft
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    • D01FCHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
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Definitions

  • the present invention describes special pulp compositions which make it possible to produce a lyocell fiber with a reduced cellulose content in a technically stable manner, as well as the lyocell fiber produced therefrom.
  • Lyocell fibers are used in a variety of applications. Purified cellulose is often used as a raw material, with a very low content of cellulose endings.
  • Pulp is obtained from wood, which consists only to 40-44 wt.% Of cellulose. Since in general a high content of cellulose in the pulp of more than 95% by weight is required for the production of lyocell mold bodies, a large part of the raw material is lost for the material utilization during the cooking and bleaching. In this connection, a large number of possibilities are known, in particular to purposefully reduce the proportion of hemicelluloses, both in the pulp production on the way of the wood to the pulp or to the lyocell end product:
  • bleaching usually for the elimination of residual lignin and / or for optical brightening, but also destroys hemicellulose components
  • WO 98/16682 describes a preparation process for a cellulosic composition suitable for fiber production.
  • a starting mixture which is considered not suitable for fiber production (but only for paper production) is processed so that the hemicellulose content, in particular the content of xylan decreases.
  • WO 99/47733 describes lyocell fibers and WO 2010/132151 A2 discloses a pulp with a cellulose having a low degree of polymerization.
  • WO 2010/132151 A2 discloses a pulp with a cellulose having a low degree of polymerization.
  • efforts have been made to broaden the raw material base for lyocell products by using celluloses with an increased level of lignin and / or hemicelluloses.
  • the present invention provides a pulp according to claim 1, a lyocell product according to claim 9, and the methods according to claims 16 and 18.
  • Preferred embodiments of the invention are given in the subclaims and the following detailed description of the invention.
  • the present invention provides the following aspects, as well as the preferred embodiments recited in the subclaims as well as in the description.
  • Pulp suitable for the production of Lyocellform stressesn, with a content of cellulose of 90 wt .-% or less, preferably 85 wt .-% or less and a content of hemicelluloses of at least 7 wt .-%, characterized in that the Ratio of present in the hemicellulose C5 / xylane to C6 / mannan fraction (C5 / C6 ratio) in the range of 125: 1 to 1: 3.
  • pulp according to embodiment 1 and / or 2 wherein the proportion of hemicelluloses is 10% by weight or more.
  • the hemicelluloses are in the native state, chemically modified by processing processes or chemically modified or functionalized in a separate process step.
  • Pulp according to at least one of the preceding embodiments with a lignin content of more than 1 wt .-%. Pulp according to at least one of the preceding embodiments, wherein the cellulose content is further reduced by the presence of lignin, accessory constituents from the wood and / or the addition of metallic compounds.
  • Pulp according to at least one of the preceding embodiments having a xylan content of 9% by weight or more and / or a mannan content of 6% by weight or more.
  • a pulp according to Embodiment 7 having a xylene content of 9% by weight or more and a mannan content of 1% by weight or less.
  • a lyocell molded body prepared by using the pulp according to any one of Embodiments 1 to 8. The lyocell molded body according to Embodiment 9, wherein the shaped body is selected from fibers, filaments, staple fibers, nonwoven knits, films and powders in spherical form.
  • Lyocellform moments according to at least one of embodiments 9 and / or 10, wherein the shaped body is a fiber, a filament or a staple fiber having a cellulose content of less than 90 wt .-%, a hemicellulose content of more than 5 wt .-% and a C5 / C6 ratio of 125: 1 to 1: 3, preferably 25: 1 to 1: 2.
  • Lyocellform analyses according to at least one of embodiments 9 to 11, wherein the hemicellulose content is more than 10 wt .-%.
  • Lyocellform stresses according to at least one of embodiments 9 to 12, wherein the shaped body is a fiber, a filament or a staple fiber with a WRV of greater than 70%, preferably greater than 75%, in particular greater than 80%.
  • Lyocellform stresses according to at least one of embodiments 9 to 14, with a lignin content of more than 0 wt .-% up to 5 wt .-%.
  • a process for the preparation of a lyocell-shaped body comprising dissolving a pulp with a cellulose content of 90% by weight or less, preferably 85% by weight or less and a hemicellulosic content of at least 7% by weight, characterized in that the ratio of C5 / xylan to C6 / mannan fraction (C5 / C6 ratio) present in the hemicellulose ranges from 125: 1 to 1: 3, in a suitable solvent, and forming the solution into a lyocell molded article.
  • the method of embodiment 16, wherein the lyocell molded article is obtained by a lyocell spinning process.
  • Figure 1 shows the correlation of crystallinity and water retention of lyocell fibers of the present invention and standard lyocell fiber.
  • Figure 2 shows the ratio of xylan to mannan in sulfite pulp as a function of H-factor when using beech wood.
  • Fig. 3 shows the ratio of xylan to mannan in sulfite pulp as a function of H-factor when using spruce wood.
  • the main constituents of non-cellulosic material in the raw material wood are the hemicelluloses (mainly polyoses from the sugar monomers xylose, arabinose, mannose, galactose, glucose and rhamnose), lignin and accessory components.
  • Cellulose It represents the skeletal substance of the cell walls in the wood and serves mainly the tensile strength.
  • the long molecular chains of glucose units are assembled in so-called fibrils several times in a helical structure. This helical arrangement in the cell wall ensures a good bending strength of the tree, e.g. at a wind load or wood z. B. in a roof construction.
  • Cellulose is hydrophilic but not water-soluble due to its high crystallinity.
  • Lignin binder for the solid composite of cellulose in the form of an amorphous matrix.
  • lignin is mainly responsible for the compressive strength, on the other hand, is less flexible and hydrophobic in contrast to cellulose. It is responsible for the stamina of the tree. Plants that do not store lignin only reach low stature heights. Lignin is biologically relatively stable and biologically degradable only slowly.
  • Hemicellulose in the context of the present invention are components present in wood in the form of short-chain polymers of C5 and / or C6 sugars. In contrast to cellulose, they have side groups and can therefore form crystals only to a much lesser extent. Their basic building blocks are mannose, xylose, glucose, rhamnose, galactose.
  • the side groups preferably consist of arabinose groups, acetyl groups and galactose residues, as well as O-acetyl groups and 4-O-methylglucuronic acid side groups. It is known that mannans are preferably associated with cellulose, while xylans are more likely to associate with lignin.
  • the composition of hemicelluloses varies greatly depending on the type of wood used. In the process of manufacturing pulp, side chains are partially separated and the polymer chains split. In the context of this invention, the term hemicelluloses encompasses those in their native structure as well as those modified by their processing and also those which have been adjusted by specific chemical modification for the particular intended use. Also included are short chain celluloses and other polyoses with a DP of up to 500.
  • Accessory ingredients are organic and inorganic non-ligninous wood pulp, cellulose and hemicellulose, and commonly include salts and low molecular weight organic compounds having up to about 100 atoms, such as tannins, resins, fats and waxes , Tanning and humic substances, terpenes, terpenoids and phenolic compounds, pectins, suberines, polyphenols and polyoses.
  • a proportion of hemicelluloses of at least 7 wt .-% is present, wherein that the ratio of sugars with five carbon atoms such.
  • B. xylan to sugars with six carbon atoms such. Mannan (hereinafter called C5 / C6 ratio) is in the range of 125: 1 to 1: 3.
  • the large-scale production of lyocell products can be realized with such a pulp, although the cellulose content in the pulp is lowered.
  • the pulps used here which are preferably used in the context of the present invention, show, as already stated, a relatively high content of hemicelluloses with the composition defined here.
  • the pulps preferably used in the context of the present invention also show further differences, which are listed below.
  • the pulps preferably used in the context of the present invention show a rather fluffy view. This results after milling (during the preparation of starting materials for the production of spinning solutions for the lyocell process) in a particle size distribution with a high proportion of larger particles. As a result, the bulk density is much lower, compared to standard pulps with a low hemicellulose content. Such a low bulk density requires adaptations in terms of metering parameters (e.g., metering using at least two reservoirs) in the preparation of the spinning solutions.
  • the pulps preferably used in the context of the present invention show an impregnation behavior with respect to NMMO, which, in comparison with standard cell materials, shows that impregnation is more difficult here.
  • the pulp used for the production of lyocell products preferably fibers, as described herein, exhibits a SCAN viscosity in the range from 300 to 440 ml / g, in particular 320 to 420 ml / g, more preferably 320 to 400 ml / g.
  • the SCAN viscosity is determined in accordance with SCAN-CM 15:99 using a Cupriethylendiaminaims, a method which is known in the art and which can be carried out with commercially available devices, such as with the device Auto PulpIVA PSLRheotek, available from the company PSL-Reotek.
  • the SCAN viscosity is on important parameter influencing in particular the processing of pulps in the production of spinning solutions. Even if two pulps show great agreement with respect to their composition, etc., different SCAN viscosities result in completely different behavior during processing.
  • a direct solution spinning process such as the lyocell process
  • the pulp is dissolved in NMMO as such.
  • NMMO as such.
  • the specifications for the viscosity of a raw pulp are typically in a small target window for the lyocell process. Otherwise problems can occur during production.
  • the pulp viscosity is preferably as previously described.
  • Lower viscosities lead to a worsening of the mechanical properties of the lyocell products.
  • Higher viscosities may in particular lead to an increased viscosity of the spinning solution, so that spinning is slower overall.
  • With lower spinning speeds lower draw ratios are obtained, which again can have a significant influence on the fiber structure and the fiber properties (Cabohydrate Polymers 2018, 181, 893-901). This would require process adaptations that would lead to a capacity reduction.
  • the use of pulps with the viscosities defined herein, on the other hand, allows for easy processing and the production of high quality products.
  • lyocell process refers to a direct dissolution process of wood pulp cellulose or other cellulose based feedstocks in a polar solvent (eg N-methylmorpholine -n-oxide (NMMO, NMO) or ionic liquids).
  • a polar solvent eg N-methylmorpholine -n-oxide (NMMO, NMO) or ionic liquids.
  • NMMO N-methylmorpholine -n-oxide
  • ionic liquids eg N-methylmorpholine -n-oxide (NMMO, NMO) or ionic liquids.
  • this tech is technology used by a group of cellulosic staple fibers to manufacture, Austria used under the brand name TENCEL ® or TENCEL TM), the very widespread in the textile industry or the nonwoven Industry commercially available from Lenzing AG, Lenzing.
  • Other cellulosic molds obtained by the lyocell technology have already been manufactured.
  • the cellulose solution is usually extruded in a so-called dry-wet-spinning method, using a molding tool, and the molded solution obtained, for example, after passing an air-gap into a precipitation bath where the molded body is obtained by the precipitation of the cellulose.
  • the shaped article is washed and optionally dried, after further treatment steps.
  • a process for the production of lyocell fibers is described, for example, in US 4246221, WO 93/19230, WO 95/02082 or WO 97/38153.
  • the fiber properties are greatly influenced by the type and by the assembly of the polymers. It is also known that cellulosic fibers produced by the lyocell process have a very high crystallinity of about 44 to 47%, while fibers from the viscose process have a crystallinity of about 29 to 34%.
  • the crystallinity describes the alignment of the cellulosic polymers to each other and thus, for example, their ability to absorb, swell and store water.
  • the polymer chains are more ordered in the non-crystalline regions of the lyocell fibers than in the viscose fibers. As a result, ordinary lyocell fibers swell less and are less suitable for highly absorbent products than viscose fibers.
  • celluloses according to the invention By using the celluloses according to the invention with reduced cellulose content, a completely different type of aggregation of the polymers and thus a different structure of the lyocell fibers is unexpectedly made possible.
  • Their crystallinity is significantly lower, typically 40% or less, such as 39% or less and, for example, in the range of 38% to 30%, such as in the range of 37 to 33%.
  • the values for WRV for fibers in accordance with the present invention, isolated or in combination with the other preferred embodiments described herein, preferably in combination with the values for the crystallinity of the fiber described herein, are preferably 70% or more, especially 75 % or more, like 80% or more, eg from 70 to 85%. It is known from the literature that xylans also form a crystal structure, provided that their side chains were split off in the course of the production process and they are precipitated from a pure xylan solution (Fengel, Wegener p 113, Fengel D, Wegener G (1989) : Wood, Chemistry, Ultrastructure, Reactions, Walter de Gruyter Verlag). The same applies to Mannan (ibid., P.119).
  • the polymers including the cellulose are present in a mixture in the dope and are thus spun out and precipitated. Furthermore, the hemicelluloses still have side groups, since the glucuronic acid side groups of xylan are comparatively stable under the conditions of acid digestion (Sixta H (Ed.) (2006): Handbook of Pulp Vol. 1, Wiley VCH P. 418).
  • the hemicelluloses thus fulfill all conditions to disrupt the crystallization of the cellulose and thus form a more disordered structure compared to standard lyocell fibers. Thus, those skilled in the art would expect that higher hemicellulose content and reduced cellulose content would give useless products, especially fibers.
  • the qualities of the new Lyocell fibers with a reduced proportion of those of conventional cellulose TENCEL ® fibers are similar. It is clear that under which the TENCEL ® fibers, the fiber strengths are easily measured in the examples as strength and working capacity. At the same time, the cellulose content could be significantly reduced, recorded in the examples as glucan value. The uptake of other wood constituents reduces the crystallinity by up to 21% and the absorbency increases significantly by up to 27%, measured in the examples as crystallinity index and water retention capacity.
  • the crystallinities are lyocell fibers of the new invention is between those of conventional ® TENCEL fibers and nonwovens Lenzing Viscose ® fibers, at the same time, the WRV is in the range of Lenzing Viscose ®.
  • the WRV increases more than would be explained by the decreasing crystallinity of the fibers.
  • the other ingredients as in particular Hemicelluloses, but also lignin and accessory components from the wood not only ensure a significant increase in yield, ie improved sustainability, but also a significant improvement in product properties, such as water retention capacity.
  • the pulp of the invention is characterized by a reduced cellulose content, a minimum amount of hemicelluloses and a certain C5 / C6 ratio with regard to the composition of the hemicellulose.
  • the pulp which may also be a mixture of different pulps (as long as the essential conditions are met), a pulp of a Hemicelluloseanteil of from 7 to 50 wt .-%, preferably 7 to 30 wt. %, more preferably 15 to 25 wt%, such as 10 to 20 wt%.
  • the pulp to be used according to the invention is furthermore preferably a pulp which has a xylan content of at least 9% by weight, preferably a fraction of at least 10% by weight.
  • the proportion of mannan can, in combination or independently, be chosen within a wide range, as long as the ratio defined according to the invention is fulfilled. Suitable mannan contents are in the range of 0.1 to 10% by weight, such as from 0.1 to 9% by weight and in embodiments from 0.1 to 6% by weight, from 0.1 to 4% by weight. %, from 5 to 10% by weight, from 6 to 10% by weight, etc.
  • the Mannangehalt in the range of 0.1 to 1 wt .-%, preferably in combination with a xylan content of at least 9 wt. -%, preferably at least 10 wt .-%. In other embodiments, the Mannangehalt is higher, preferably in the range of 6 wt .-% or more.
  • the cellulose content in the pulp is in a range of equal to or less than 90% by weight to 50% by weight, preferably in the range of 90% Wt% to 60 wt%, such as from 85 wt% to 70 wt%.
  • the weight ratio of cellulose to hemicellulose may range from 1: 1 to 20: 1.
  • the level of accessory constituents may be more than 0.05% by weight, preferably more than 0.2% by weight, more preferably more than 0.5% by weight. It has unexpectedly been found that with such proportions of accessory constituents in the pulp of the invention, the effect can be promoted that the C5 / C6 ratio also in the produced lyocell products, in particular fibers, stable and the hemicellulose content is not essential changed (ie the content does not decrease in the lyocell product or only slightly in comparison to the pulp).
  • such a high retention capacity is achieved by the inventive C5 / C6 ratio that at the same time a proportion of metal compounds, generally present as their oxides and hydroxides of up to 25 wt .-% based on the Weight of the lyocell product (eg, Mg (OH) 2 0 of the AI (OH) 3ZU flame retardant), which further substantially reduces the cellulose content.
  • metal compounds are in particular PO 2, Al 2 O 3, MgO, SiO 2, CeO 2, Mg (OH) 2, Al (OH) 3, BN, ZnO and originate in part from the mineral constituents of the wood or can be used as functional additives (flame retardancy, Matting agent, biocide ...) are added.
  • lyocell fibers having a cellulose content reduced to less than 70% can be produced which not only meet the practical requirements in comparison with the known lyocell fibers (mechanical strengths, etc.), but also due to the new properties resulting according to the invention even better for some applications.
  • the investigations have shown that fibers in the proposed composition have, in particular, an increased water retention capacity and a rapid biodegradability during composting.
  • the ratio of C5 / C6 sugars of the non-cellulosic polymers has been shown to be an important factor for adjusting the fiber composition and its resulting properties. Through targeted adjustment of this ratio, also in combination with the content of hemicelluloses, desired product properties can be adjusted in a targeted manner.
  • the person skilled in the art is aware of how he can control or adjust the C5 / C6 ratio. This can be achieved by a mixture of different pulps such. As softwood pulps with a higher Mannananteil be achieved with hardwood pulps with a higher xylan content. Attempts have confirmed another very effective way to adjust accordingly. By a targeted adjustment of cooking parameters such. As the H-factor, the ratio of C5 to C6 sugars can be controlled. This is shown in Figures 2 and 3. The H factor is considered to be an essential parameter for the control of sulfite boiling (Sixta (Vol. 1 2006) p. 432). He summarizes cooking temperature and cooking time as one size.
  • Figure 2 shows the influence of H factor in sulfite boiling on the Hemicellulose ratio in hardwood using the example of beech.
  • H factor For deciduous trees, xylan content is inherently higher.
  • xylan degrades more than mannan.
  • the ratio C5 / C6 decreases.
  • Another way to adjust the pulp composition according to the invention is the admixing of C5 and / or C6 sugars, which were previously obtained in other processes or process steps, such as. B. in an alkaline extraction, be it a cold alkali extraction or an E-stage or the like.
  • an alkaline extraction be it a cold alkali extraction or an E-stage or the like.
  • the viscose process takes place in the aqueous medium and the hemicelluloses are correspondingly alkali-soluble, so the cellulose xanthogenate and the dissolved hemicelluloses can be mixed together and spun together.
  • the solution of the pulp in the lyocell process takes place in NMMO or similar solvents, so here no alkaline or aqueous solutions can be added. You would dilute the solvent and reduce the solubility or even lead to unwanted precipitation.
  • the hemicelluloses can not be added in the form of solutions in spinning solution production, but must be introduced differently in the process.
  • One possibility is the addition in the pulp manufacturing process, so that the mixture can then be dried with the pulp.
  • the exact consideration of the hemicellulose composition is a crucial point for the industrial production of lyocell moldings, in particular fibers.
  • a co-utilization of hemicellulose in the fiber structure is only possible if the proportion of the C5 fraction is correlated with the proportion of the C6 fraction.
  • the ratio of xylan to mannan is between 18: 1 to 1: 3, preferably 9: 1 to 1: 2.
  • such a mixing ratio allows the incorporation of 0.5-5% by weight of lignin (and / or other accessory Constituents) into the fiber structure without adversely affecting the desired properties.
  • the fibers provided according to the invention have conventional fiber titers, such as 7 dtex or less, for example 2.2 dtex or less, such as 1.3 dtex, or less, possibly even lower, such as 0.9 dtex or less, in Dependence on the desired application.
  • fiber titers such as 7 dtex or less, for example 2.2 dtex or less, such as 1.3 dtex, or less, possibly even lower, such as 0.9 dtex or less, in Dependence on the desired application.
  • For applications in the Nonwovens are particularly titers of 1, 5 to 1, 8 dtex typical, while for textile applications lower titers, such as 1, 2 to 1, 5 dtex are suitable.
  • the present invention also includes fibers having even lower titers, as well as fibers having significantly higher titers, such as 10 dtex or less, such as 9 dtex or less, or even 7 dtex or less.
  • Suitable lower limits for fiber titers are values of 0.5 dtex or more, such as 0.8 dtex or more, and in embodiments, 1, 3 dtex or more.
  • the upper and lower limits disclosed herein may be combined and the regions formed thereby, such as from 0.5 to 9 dtex, are also included.
  • the present invention enables the production of fibers with titers, which allows use in the entire spectrum of fiber applications, including textile applications as well as nonwoven applications.
  • the determination of the crystallinity index is carried out by means of Raman spectroscopy. This method is calibrated with data from the X-ray wide-angle method (WAX) and was used by Röder et al. (2009) (Röder T, Moosbauer J, Kliba G, Schiader S, Zucker Toor G, and Sixta H (2009): Comparative Characterization of Man-Made Regenerated Cellulose Fibers. Lenzinger Berichte Vol. 87, pp. 98 ff.).
  • WAX X-ray wide-angle method
  • the sample is allowed to swell at 20 ⁇ 0.1 ° C overnight. After further dilution, the sample is centrifuged in a centrifuge according to Zellcheming leaflet IV / 33/57 at 3000 times the gravitational acceleration. The water retention capacity is then calculated as follows: ⁇ (Weight of moist sample - weight of dry sample),
  • Table 1 shows the results of setting the C5 / C6 ratio for two species of wood, using the example of H-factor variation in magnesium bisulfite digestion.
  • Table 1 Adjustment of the xylan-mannan ratio in the magnesium bisulfite boiling of Fagus sylvatica (beech) and Picea abies (spruce) using the H-factor.
  • Table 3 summarizes the salaries of the sugar monomers of the starting pulps for lyocell fiber production.
  • Table 4 shows mechanical characteristics for standard fibers (lyocell and viscose) compared with characteristics obtained with lyocell fibers made with pulps of the invention. The results clearly demonstrate the advantages of the present invention.
  • the new lyocell fibers according to the invention thus combine the respective advantageous properties of hitherto commercially available lyocell or viscose fibers.
  • 'Abeile 4 properties of conventional cellulose and reduced lyocell fibers as compared to a standard viscose fiber.

Abstract

The present invention describes special cellulose compositions which make it possible to stably produce a lyocell fiber with a reduced cellulose content on a large scale, and to the lyocell fiber thereby obtained.

Description

Zellstoff und Lyocellformkörper mit reduziertem Cellulosegehalt  Cellulose and lyocell moldings with reduced cellulose content
[0001] Die vorliegende Erfindung beschreibt spezielle Zellstoffzusammensetzungen, die es erlauben eine Lyocellfaser mit reduziertem Zelluloseanteil grosstechnisch stabil herzustellen, sowie die daraus hergestellte Lyocellfaser. The present invention describes special pulp compositions which make it possible to produce a lyocell fiber with a reduced cellulose content in a technically stable manner, as well as the lyocell fiber produced therefrom.
Stand der Technik State of the art
[0002] Lyocellfasern werden in einer Vielzahl an Anwendungen verwendet. Dabei wird häufig aufgereinigte Zellulose als Rohstoff verwendet, mit einem sehr geringen Anteil an von Zellulose verschiedenen Bestendteilen. Lyocell fibers are used in a variety of applications. Purified cellulose is often used as a raw material, with a very low content of cellulose endings.
[0003] Zellstoff wird aus Holz gewonnen, das nur zu 40-44 Gew. % aus Zellulose besteht. Da im Allgemeinen ein hoher Gehalt an Zellulose im Zellstoff von über 95 Gew. % für die Herstellung von Lyocellform körpern gefordert wird, geht ein Großteil des Rohstoffes für die stoffliche Nutzung während der Kochung und Bleiche verloren. Bekannt sind hierbei eine Vielzahl an Möglichkeiten insbesondere den Anteil an Hemizellulosen gezielt zu verringern, sowohl bei der Zellstoffgewinnung auf dem Weg des Holzes zum Zellstoff bzw. zum Lyocell-Endprodukt: Pulp is obtained from wood, which consists only to 40-44 wt.% Of cellulose. Since in general a high content of cellulose in the pulp of more than 95% by weight is required for the production of lyocell mold bodies, a large part of the raw material is lost for the material utilization during the cooking and bleaching. In this connection, a large number of possibilities are known, in particular to purposefully reduce the proportion of hemicelluloses, both in the pulp production on the way of the wood to the pulp or to the lyocell end product:
a) Aufschluss: Ein Großteil der Hemizellulosen geht in der Sulfit-Kochung verloren; während im alkalischen Aufschluss die Vorhydrolyse speziell zur Entfernung der Hemizellulosen der Kochung vorgeschaltet wird. a) digestion: a large part of the hemicelluloses is lost in the sulphite boiling; while in the alkaline digestion the prehydrolysis is preceded especially for the removal of the hemicelluloses of the cooking.
b) Bleiche: in der Regel zur Eliminierung von Rest-Lignin und/ oder zur optischen Aufhellung, zerstört aber auch Hemizelluloseanteile b) bleaching: usually for the elimination of residual lignin and / or for optical brightening, but also destroys hemicellulose components
c) Teilweise Unlöslichkeit von verzweigten Hemizelluloseanteilen im Lyocell-Lösungsmittel d) Abbau im DOPE mit nachfolgender Auflösung im Spinnbad c) Partial insolubility of branched hemicellulose moieties in the lyocell solvent. d) Degradation in the DOPE with subsequent dissolution in a spin bath
[0004] Zwar gibt es starke Bestrebungen, diese anderen Bestandteile auch stofflich als Nebenprodukte zu nutzen. Die Umsetzung erfolgt aber nur in geringen Mengen aufgrund bekannter technischer Restriktionen. In den Ablaugen der Zellstoffgewinnung liegen diese weiteren Holzbestandteile in der Form einer Vielzahl verschiedenster Abbauprodukte vor, noch dazu in Mischung mit starken Säuren oder Laugen, was die Auftrennung und Weiterverarbeitung extrem erschwert. Die WO 98/16682 beschreibt ein Herstellungsverfahren für eine Cellulosezusammensetzung, geeignet zur Faserherstellung. Dabei wird eine Ausgangsmischung, die als nicht geeignet zur Faserherstellung angesehen wird (sondern lediglich zur Papierherstellung) so bearbeitet, dass sich der Hemicellulosegehalt, insbesondere der Gehalt an Xylan verringert. Die WO 99/47733 beschreibt Lyocell Fasern und die WO 2010/132151 A2 offenbart eine Pulpe mit einer Cellulose mit geringemPolymerisationsgrad. [0005] Dennoch wurden in den vergangenen Jahren Anstrengungen unternommen, um die Rohstoffbasis für Lyocellprodukte zu verbreitern, durch den Einsatz von Zellulosen mit einem erhöhten Anteil an Lignin und/oder Hemizellulosen. Although there are strong efforts to use these other ingredients as a by-product as well. However, the reaction takes place only in small quantities due to known technical restrictions. In the waste liquors of pulp extraction, these other wood components are in the form of a variety of different degradation products before, even in mixture with strong acids or alkalis, which makes the separation and processing extremely difficult. WO 98/16682 describes a preparation process for a cellulosic composition suitable for fiber production. In this case, a starting mixture, which is considered not suitable for fiber production (but only for paper production) is processed so that the hemicellulose content, in particular the content of xylan decreases. WO 99/47733 describes lyocell fibers and WO 2010/132151 A2 discloses a pulp with a cellulose having a low degree of polymerization. However, in recent years, efforts have been made to broaden the raw material base for lyocell products by using celluloses with an increased level of lignin and / or hemicelluloses.
Beispielhaft beschreiben die US 6440523 und die US 6444314 derartige Ansätze: By way of example, US Pat. No. 4,640,523 and US Pat. No. 6,444,314 describe such approaches:
[0006] Der in diesen Schriften verfolgte Ansatz besteht im Wesentlichen darin, dass sie entweder den entsprechenden Zellstoff (Pulp) und/oder die daraus hergestellten Lyocellprodukte beschreiben, die neben dem Zelluloseanteil auch einen Hemizellulosenanteil von mehr als 5 Gew. % aufweisen. Allerdings wird in allen diesen Schriften es als wesentlich angesehen, dass die dort beschriebenen höheren Hemizelluloseanteile nur dann möglich sind, wenn gleichzeitig eine Reihe an weiteren wesentlichen Bedingungen erfüllt werden. Diese sind beispielsweise eine bestimmte Viskosität des Zellstoffes, eine maximale Kupferzahl und/oder eine maximale Kappazahl. Essentially, the approach pursued in these publications consists of describing either the corresponding pulp and / or the lyocell products prepared therefrom, which in addition to the cellulose content also have a hemicellulose content of more than 5% by weight. However, it is considered essential in all of these documents that the higher hemicellulose levels described therein are only possible if a number of other essential conditions are simultaneously met. These are, for example, a certain viscosity of the pulp, a maximum copper number and / or a maximum kappa number.
[0007] Obwohl in diesen Schriften Lyocellprodukte beschrieben werden ist es bemerkenswert, dass die auf diesen Schutzrechten beruhenden Entwicklungen bis heute nicht großtechnisch realisiert wurden, obwohl der Einsatz insbesondere von Zellstoffen mit höherem Hemizellulosegehalt deutliche Kosten- und damit Wettbewerbsvorteile bringen sollte. Dies könnte wohl den Schwierigkeiten beim up-scaling aus dem Labormaßstab und den erzielbaren Fasereigenschaften, die den Erwartungen des Textil- und Nonwovens-marktes nicht entsprechen, geschuldet sein. Die US 2015/0184338 A1 offenbart Kraft Pulp mit einem geringen Gehalt an Hemicellulosen. Although lyocell products are described in these documents, it is noteworthy that developments based on these patent rights have not yet been realized on an industrial scale, although the use, in particular of pulps with a higher hemicellulose content, should bring significant costs and thus competitive advantages. This may well be due to the difficulties of upscaling from the laboratory scale and the achievable fiber properties, which do not meet the expectations of the textile and nonwovens market. US 2015/0184338 A1 discloses force pulp with a low content of hemicelluloses.
Aufgabe der Erfindung Object of the invention
[0008] I m Sinne einer möglichst hohen Ressourcenausnutzung wäre es wünschenswert, aus dem Rohstoff Holz möglichst viele stoffliche Anteile zur Herstellung einer Lyocellfaser verwenden zu können. Das vorrangige Ziel im Streben nach möglichst umfassender Nachhaltigkeit und einem wirklich effektiven Bioraffinerie-Konzept muss sein, das natürliche Rohmaterial Holz von Anfang an so umfassend wie möglich für das Hauptprodukt, nämlich Lyocellformkörper, zu nutzen. Die Gewinnung von Nebenprodukten bleibt dabei von hoher Wichtigkeit, insgesamt bleibt dies aber nachrangig. Die bisherigen Bemühungen dahingehend sind gescheitert, da die Reduktion des Zellullosegehaltes in der Faser entweder zu einer massiven Veränderung der Material- und Eigenschaftsparameter der resultierenden (Lyocell-)Faser (oder anderer Varianten von Formkörpern) geführt hat oder andererseits keine stabile grosstechnische Produktion möglich war. Im Gegenteil, für die großtechnische Anwendung eines Chemiezellstoffes im Lyocell-Verfahren wird in einer Vielzahl von Patenten und Publikationen gefordert, dass der Gehalt an Lignin, Hemizellulosen und akzessorischen Bestandteilen äußerst gering sein soll. In the sense of the highest possible resource utilization, it would be desirable to be able to use as much material as possible from the raw material wood for the production of a lyocell fiber. The primary goal in the pursuit of maximum sustainability and a truly effective biorefinery concept must be to harness the natural raw material of wood as fully as possible from the outset for the main product, namely lyocell moldings. The extraction of by-products remains of great importance, but overall this remains subordinate. The efforts to date have failed because the reduction of the cellulose content in the fiber either led to a massive change in the material and property parameters of the resulting (lyocell) fiber (or other variants of moldings) or on the other hand, no stable large-scale production was possible. On the contrary, for the large-scale application of a chemical pulp in the lyocell process is required in a variety of patents and publications that the content of lignin, hemicelluloses and accessory components should be extremely low.
[0009] Aus diesen Gründen ist es wünschenswert, grosstechnisch einsetzbare Technologien zur Verfügung zu stellen, die eine Verminderung des Zelluloseanteils in der Fertigfaser durch For these reasons, it is desirable to provide large-scale technology available that a reduction in the cellulose content in the finished fiber
Erhöhung des Anteils anderer Holzbestandteile, insbesondere von Hemizellulosen, aber auch Lignin, ohne wesentliche Einschränkungen in Bezug zu den resultierenden Materialparametern ermöglichen. Derzeit sind trotz der Vielzahl an Ansätzen im Stand der Technik keine Increase in the proportion of other wood constituents, in particular of hemicelluloses, but also of lignin, without significant restrictions in relation to the resulting material parameters. Currently, despite the large number of approaches in the prior art no
grosstechnisch brauchbaren Verfahren zur Herstellung derartiger Lyocell-Produkte mit industrially useful method for producing such Lyocell products with
vermindertem Zelluloseanteil bekannt. reduced cellulose content known.
Kurze Beschreibung der Erfindung Brief description of the invention
[0010] Die vorstehend genannten Probleme aus dem Stand der Technik werden durch die vorliegende Erfindung überwunden. Die vorliegende Erfindung stellt einen Zellstoff gemäß Anspruch 1 zur Verfügung, ein Lyocellprodukt gemäß Anspruch 9, sowie die Verfahren nach Anspruch 16 und 18. Bevorzugt Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben sowie der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung. The above problems of the prior art are overcome by the present invention. The present invention provides a pulp according to claim 1, a lyocell product according to claim 9, and the methods according to claims 16 and 18. Preferred embodiments of the invention are given in the subclaims and the following detailed description of the invention.
[0011] Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung die folgenden Aspekte zur Verfügung, sowie die in den Unteransprüchen als auch der Beschreibung angeführten bevorzugten Ausführungsformen. In particular, the present invention provides the following aspects, as well as the preferred embodiments recited in the subclaims as well as in the description.
1. Zellstoff, geeignet zur Herstellung von Lyocellformkörpern, mit einem Anteil an Zellulose von 90 Gew.-% oder weniger, bevorzugt 85 Gew.-% oder weniger und einem Anteil an Hemizellulosen von mindestens 7 Gew.-%, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der in der Hemizellulose vorliegenden C5/Xylan- zur C6 / Mannan-Fraktion (C5/C6-Verhältnis) im Bereich von 125:1 bis 1 :3 liegt. 1. Pulp, suitable for the production of Lyocellformkörpern, with a content of cellulose of 90 wt .-% or less, preferably 85 wt .-% or less and a content of hemicelluloses of at least 7 wt .-%, characterized in that the Ratio of present in the hemicellulose C5 / xylane to C6 / mannan fraction (C5 / C6 ratio) in the range of 125: 1 to 1: 3.
2. Zellstoff nach Ausführungsform 1 , wobei das C5/C6-Verhältnis im Bereich von 25:1 bis 1 :2 liegt. A pulp according to embodiment 1, wherein the C5 / C6 ratio is in the range of 25: 1 to 1: 2.
3. Zellstoff nach Ausführungsform 1 und/oder 2, wobei der Anteil an Hemizellulosen 10 Gew.- % oder mehr beträgt. Zellstoff nach mindestens einer der vorstehenden Ausführungsformen, dessen Hemizellulosen in nativem Zustand vorliegen, durch Verarbeitungsprozesse chemisch verändert oder in einem separaten Prozessschritt chemisch modifiziert bzw. funktionalisiert wurden. Zellstoff nach mindestens einer der vorstehenden Ausführungsformen, mit einem Ligningehalt von mehr als 1 Gew.-%. Zellstoff nach mindestens einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei der Zellulosegehalt durch das Vorhandensein von Lignin, akzessorischen Bestandteilen aus dem Holz und/oder die Zugabe von metallischen Verbindungen weiter reduziert wird. Zellstoff nach mindestens einer der vorstehenden Ausführungsformen, mit einem Xylananteil von 9 Gew.-% oder mehr und/oder einem Mannangehalt von 6 Gew.-% oder mehr. Zellstoff nach Ausführungsform 7, mit einem Xylangehalt von 9 Gew.-% oder mehr und einem Mannangehalt von 1 Gew.-% oder weniger. Lyocellformkörper, hergestellt unter Verwendung des Zellstoffs nach einer der Ausführungsformen 1 bis 8. Lyocellformkörper nach Ausführungsform 9, wobei der Formkörper ausgewählt ist unter Fasern, Filamenten, Stapelfasern, Nonwoven-Gewirken, Filmen und Pulvern in spherischer Form. 3. pulp according to embodiment 1 and / or 2, wherein the proportion of hemicelluloses is 10% by weight or more. Pulp according to at least one of the preceding embodiments, the hemicelluloses are in the native state, chemically modified by processing processes or chemically modified or functionalized in a separate process step. Pulp according to at least one of the preceding embodiments, with a lignin content of more than 1 wt .-%. Pulp according to at least one of the preceding embodiments, wherein the cellulose content is further reduced by the presence of lignin, accessory constituents from the wood and / or the addition of metallic compounds. Pulp according to at least one of the preceding embodiments, having a xylan content of 9% by weight or more and / or a mannan content of 6% by weight or more. A pulp according to Embodiment 7, having a xylene content of 9% by weight or more and a mannan content of 1% by weight or less. A lyocell molded body prepared by using the pulp according to any one of Embodiments 1 to 8. The lyocell molded body according to Embodiment 9, wherein the shaped body is selected from fibers, filaments, staple fibers, nonwoven knits, films and powders in spherical form.
Lyocellformkörper nach mindestens einer der Ausführungsformen 9 und/oder 10, wobei der Formkörper eine Faser, ein Filament oder eine Stapelfaser ist, mit einem Zellulosegehalt von weniger als 90 Gew.-%, einem Hemizellulosegehalt von mehr als 5 Gew.-% und einem C5/C6-Verhältnis von 125:1 bis 1 :3, bevorzugt 25:1 bis 1 :2. Lyocellformkörper nach mindestens einer der Ausführungsformen 9 bis 11 , wobei der Hemizellulosegehalt mehr als 10 Gew.-% beträgt. Lyocellformkörper according to at least one of embodiments 9 and / or 10, wherein the shaped body is a fiber, a filament or a staple fiber having a cellulose content of less than 90 wt .-%, a hemicellulose content of more than 5 wt .-% and a C5 / C6 ratio of 125: 1 to 1: 3, preferably 25: 1 to 1: 2. Lyocellformkörper according to at least one of embodiments 9 to 11, wherein the hemicellulose content is more than 10 wt .-%.
Lyocellformkörper nach mindestens einer der Ausführungsformen 9 bis 12, wobei der Formkörper eine Faser, ein Filament oder eine Stapelfaser ist mit einem WRV von größer als 70%, bevorzugt größer als 75%, insbesondere größer als 80%. Lyocellformkörper nach mindestens einer der Ausführungsformen 9 bis 13, wobei der Formkörper eine Kristallinität von 40% oder weniger aufweist. Lyocellformkörper according to at least one of embodiments 9 to 12, wherein the shaped body is a fiber, a filament or a staple fiber with a WRV of greater than 70%, preferably greater than 75%, in particular greater than 80%. The lyocell molding according to at least one of embodiments 9 to 13, wherein the molding has a crystallinity of 40% or less.
Lyocellformkörper nach mindestens einer der Ausführungsformen 9 bis 14, mit einem Ligningehalt von mehr als 0 Gew.-% bis zu 5 Gew.-%. Verfahren zur Herstellung eines Lyocellformkörpers, umfassend die Auflösung eines Zellstoffs mit einem Anteil an Zellulose von 90 Gew.-% oder weniger, bevorzugt 85 Gew.-% oder weniger und einem Anteil an Hemizellulosen von mindestens 7 Gew.-%, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der in der Hemizellulose vorliegenden C5/Xylan- zur C6 / Mannan-Fraktion (C5/C6-Verhältnis) im Bereich von 125:1 bis 1 :3 liegt, in einem geeigneten Lösungsmittel, und Formung der Lösung zu einem Lyocellformkörper. Verfahren nach Ausführungsform 16, wobei der Lyocellformkörper durch ein Lyocell- Spinnverfahren erhalten wird. Verfahren zur Herstellung eines Zellstoffs nach einer der Ausführungsformen 1 bis 8, wobei das Verfahren mindestens einen der folgenden Schritte umfasst: Lyocellformkörper according to at least one of embodiments 9 to 14, with a lignin content of more than 0 wt .-% up to 5 wt .-%. A process for the preparation of a lyocell-shaped body comprising dissolving a pulp with a cellulose content of 90% by weight or less, preferably 85% by weight or less and a hemicellulosic content of at least 7% by weight, characterized in that the ratio of C5 / xylan to C6 / mannan fraction (C5 / C6 ratio) present in the hemicellulose ranges from 125: 1 to 1: 3, in a suitable solvent, and forming the solution into a lyocell molded article. The method of embodiment 16, wherein the lyocell molded article is obtained by a lyocell spinning process. A process for producing a pulp according to any one of embodiments 1 to 8, said process comprising at least one of the following steps:
a) Mischen eines reinen Zellstoffs mit Xylan und/oder Mannan; a) mixing a pure pulp with xylan and / or mannan;
b) Behandeln eines Zellstoffs mit einem Hemizelluloseanteil einschließlich Mannan, durch chemische und/oder physikalische Verfahren, um den Hemizellulosenanteil und/oder die Zusammensetzung der enthaltenen Hemizellulose zu modifizieren; b) treating a pulp with a hemicellulosic moiety, including mannan, by chemical and / or physical means to modify the hemicellulosic content and / or the composition of the hemicellulose contained;
c) Herstellung eines Zellstoffs unter Einsatz von Nadel und/oder Laubhölzern; c) production of a pulp using needle and / or hardwoods;
d) Mischen eines Mannan freien Zellstoffs mit einem Hemicellulose reichen Zellstoff und optional anschließende chemische und/oder physikalische Behandlung der Mischung zur Einstellung des Hemizellulosegehalts und/oder der Zusammensetzung des Hemizellulo- seanteils; d) mixing a mannan-free pulp with a hemicellulose-rich pulp and optionally subsequent chemical and / or physical treatment of the mixture to adjust the hemicellulose content and / or the composition of the hemicellulose moiety;
e) Mischen zweier Zellstoffe mit unterschiedlichem Hemicellulosegehalt und/oder Hemicel- lulosenzusammensetzung, und optional anschließende chemische und/oder physikali- sche Behandlung der Mischung zur Einstellung des Hemizellulosegehalts und/oder der Zusammensetzung des Hemizelluloseanteils. e) mixing two pulps with different hemicellulose content and / or hemicellulosic composition, and optionally subsequent chemical and / or physical treatment of the mixture for adjusting the hemicellulose content and / or the composition of the hemicellulose fraction.
Verfahren nach Ausführungsform 18, wobei die unterschiedlichen Zellstoffe ausgewählt werden unter Laub- und Nadelholz basierten Zellstoffen. Kurze Beschreibung der Figuren The method of embodiment 18, wherein the different pulps are selected from deciduous and softwood based pulps. Brief description of the figures
[0012] Abb.1 zeigt die Korrelation von Kristallinität und Wasserrückhaltevermögen von Lyocellfasern der vorliegenden Erfindung sowie von Standard-Lyocellfaser. Figure 1 shows the correlation of crystallinity and water retention of lyocell fibers of the present invention and standard lyocell fiber.
Abb.2 zeigt das Verhältnis von Xylan zu Mannan in Sulfitzellstoff in Abhängigkeit vom H-Faktor beim Einsatz von Buchenholz. Figure 2 shows the ratio of xylan to mannan in sulfite pulp as a function of H-factor when using beech wood.
Abb.3 zeigt das Verhältnis von Xylan zu Mannan in Sulfitzellstoff in Abhängigkeit vom H-Faktor beim Einsatz von Fichtenholz. Fig. 3 shows the ratio of xylan to mannan in sulfite pulp as a function of H-factor when using spruce wood.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung Detailed description of the invention
[0013] Wenn im Lyocellprozess der Anteil an Zellulose reduziert wird, bedeutet dies, dass die Einsparung durch andere Stoffe aus dem Holzrohstoff wettgemacht werden soll. Dabei stellt sich das Problem der Prozesstabilität oder der Eigenschaftsveränderung, wenn der Zelluloseanteil gesenkt wird, wie bereits vorstehend ausgeführt. Die wesentlichen Anteile von nichtzellulosischem Material beim Rohstoff Holz sind die Hemizellulosen (im Wesentlichen Polyosen aus den Zuckermonomeren Xylose, Arabinose, Mannose, Galactose, Glucose und Rhamnose), Lignin und akzessorischen Bestandteile. If the content of cellulose is reduced in the lyocell process, this means that the savings should be made up for by other materials from the wood raw material. This raises the problem of process stability or property change when the cellulose content is lowered, as already explained above. The main constituents of non-cellulosic material in the raw material wood are the hemicelluloses (mainly polyoses from the sugar monomers xylose, arabinose, mannose, galactose, glucose and rhamnose), lignin and accessory components.
[0014] Zellulose: Sie stellt die Gerüstsubstanz der Zellwände im Holz dar und dient vorwiegend der Zugfestigkeit. Die langen Molekülketten aus Glukoseeinheiten sind in sogenannten Fibrillen mehrfach in helikaler Struktur zusammengelagert. Diese helikale Anordnung in der Zellwand sorgt für eine gute Biegefestigkeit des Baumes z.B. bei einer Windbelastung oder des Holzes z. B. in einer Dachkonstruktion. Zellulose ist hydrophil, aber aufgrund seiner hohen Kristallinität nicht wasserlöslich. Cellulose: It represents the skeletal substance of the cell walls in the wood and serves mainly the tensile strength. The long molecular chains of glucose units are assembled in so-called fibrils several times in a helical structure. This helical arrangement in the cell wall ensures a good bending strength of the tree, e.g. at a wind load or wood z. B. in a roof construction. Cellulose is hydrophilic but not water-soluble due to its high crystallinity.
[0015] Lignin: Bindemittel für den festen Verbund der Zellulose in Form einer amorphen Matrix. Damit ist Lignin hauptsächlich für die Druckfestigkeit verantwortlich, ist andererseits wenig flexibel und im Gegensatz zur Zellulose hydrophob. Es ist für das Stehvermögen des Baumes zuständig. Pflanzen, die kein Lignin einlagern, erreichen nur geringe Wuchshöhen. Lignin ist biologisch relativ stabil und biologisch nur langsam abbaubar. [0016] Hemizellulose im Sinne der vorliegenden Erfindung sind im Holz vorliegende Komponenten in Form kurzkettiger Polymere aus C5 und/oder C6-Zuckern. Im Gegensatz zu Zellulose weisen sie Seitengruppen auf und können daher nur in viel geringerem Ausmaß Kristalle bilden. Ihre Grundbausteine sind Mannose, Xylose, Glucose, Rhamnose, Galactose. Die Seitengruppen bestehen vorzugsweise aus Arabinosegruppen, Acetylgruppen und Galactoseresten sowie O- Acetylgruppen und 4-O-Methylglucuronsäureseitengruppen. Es ist bekannt, dass sich Mannane vorzugsweise mit Zellulose assoziiert finden, während Xylane eher mit Lignin assoziieren. Die Zusammensetzung der Hemicellulosen ist je nach verwendeter Holzart stark unterschiedlich. Im Laufe des Verarbeitungsprozesses bei der Herstellung von Zellstoff werden Seitenketten zum Teil abgetrennt und die Polymerketten aufgespalten. Im Rahmen dieser Erfindung umfasst die Bezeichnung Hemizellulosen solche in ihrer nativen Struktur wie auch solche, die durch ihre Verarbeitung verändert wurden und ebenfalls solche, die durch gezielte chemische Modifikation für den jeweiligen Verwendungszweck eingestellt wurden. Ebenfalls umfasst sind auch kurzkettige Zellulosen und andere Polyosen mit einem DP von bis zu 500. Lignin: binder for the solid composite of cellulose in the form of an amorphous matrix. Thus, lignin is mainly responsible for the compressive strength, on the other hand, is less flexible and hydrophobic in contrast to cellulose. It is responsible for the stamina of the tree. Plants that do not store lignin only reach low stature heights. Lignin is biologically relatively stable and biologically degradable only slowly. Hemicellulose in the context of the present invention are components present in wood in the form of short-chain polymers of C5 and / or C6 sugars. In contrast to cellulose, they have side groups and can therefore form crystals only to a much lesser extent. Their basic building blocks are mannose, xylose, glucose, rhamnose, galactose. The side groups preferably consist of arabinose groups, acetyl groups and galactose residues, as well as O-acetyl groups and 4-O-methylglucuronic acid side groups. It is known that mannans are preferably associated with cellulose, while xylans are more likely to associate with lignin. The composition of hemicelluloses varies greatly depending on the type of wood used. In the process of manufacturing pulp, side chains are partially separated and the polymer chains split. In the context of this invention, the term hemicelluloses encompasses those in their native structure as well as those modified by their processing and also those which have been adjusted by specific chemical modification for the particular intended use. Also included are short chain celluloses and other polyoses with a DP of up to 500.
[0017] Akzessorische Bestandteile: Akzessorische Bestandteile sind organische und anorganische Begleitstoffe aus dem Holz, die nicht Lignin, Zellulose und Hemizellulose sind, und üblicher Weise Salze und niedermolekulare organische Verbindungen mit bis zu etwa 100 Atomen umfassen, wie Tannine, Harze, Fette und Wachse, Gerb- und Huminstoffe, Terpene, Terpenoide und phenolische Verbindungen, Pektine, Suberine, Polyphenole und Polyosen. Accessory Components: Accessory ingredients are organic and inorganic non-ligninous wood pulp, cellulose and hemicellulose, and commonly include salts and low molecular weight organic compounds having up to about 100 atoms, such as tannins, resins, fats and waxes , Tanning and humic substances, terpenes, terpenoids and phenolic compounds, pectins, suberines, polyphenols and polyoses.
[0018] Wenn nun der Zelluloseanteil wie gewünscht in einem Zell Stoff material gesenkt wird und andere Bestandteile des Rohstoffes Holz diese Reduktion kompensieren sollen, hat sich überraschenderweise gezeigt, dass es nur durch die Kombination von verschiedenen Zuckerarten in einem bestimmten Verhältnis möglich ist, einen Zellstoff anzugeben, der trotz seines verringerten Zelluloseanteils eine grosstechnische Herstellung von Lyocellprodukten sicher ermöglicht, wobei diese Produkte ebenfalls einen verringerten Zelluloseanteil aufweisen, dennoch aber zufriedenstellende Produkteigenschaften aufweisen. Now, if the cellulose content is lowered as desired in a cell material and other components of the raw material wood to compensate for this reduction, it has surprisingly been found that it is only possible by the combination of different sugars in a certain ratio, a pulp which, despite its reduced cellulose content, reliably enables a large-scale production of lyocell products, these products likewise having a reduced cellulose content but nevertheless having satisfactory product properties.
[0019] Erfindungsgemäß ist wesentlich, dass bei einem reduzierten Zelluloseanteil im Zellstoff von weniger als 90 Gew.-% ein Anteil an Hemizellulosen von mindestens 7 Gew.-% vorliegt, wobei dass das Verhältnis von Zuckern mit fünf C-Atomen wie z. B. Xylan zu Zuckern mit sechs C-Atomen wie z. B. Mannan (im Folgenden C5/C6-Verhältnis genannt) im Bereich von 125:1 bis 1 :3 liegt. According to the invention it is essential that at a reduced cellulose content in the pulp of less than 90 wt .-%, a proportion of hemicelluloses of at least 7 wt .-% is present, wherein that the ratio of sugars with five carbon atoms such. B. xylan to sugars with six carbon atoms such. Mannan (hereinafter called C5 / C6 ratio) is in the range of 125: 1 to 1: 3.
[0020] Mit einem derartigen Zellstoff lässt sich überraschenderweise die grosstechnische Herstellung von Lyocellprodukten sicher realisieren, obwohl der Zelluloseanteil im Zellstoff abgesenkt ist. [0021] Die hier verwendeten Zellstoffe, die bevorzugt im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein- gesetzt werden, zeigen, wie bereits ausgeführt, einen relativ hohen Gehalt an Hemizellulosen mit der hier definierten Zusammensetzung. Im Vergleich mit Standardzellstoffen mit geringen Hemizel- lulosengehalt, verwendet insbesondere im Stand der Technik für die Herstellung von Standard Lyocellfasern, zeigen die bevorzugt im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzten Zellstoffe auch noch weitere Unterschiede, die nachfolgend aufgeführt sind. Surprisingly, the large-scale production of lyocell products can be realized with such a pulp, although the cellulose content in the pulp is lowered. The pulps used here, which are preferably used in the context of the present invention, show, as already stated, a relatively high content of hemicelluloses with the composition defined here. In comparison with standard pulps with low hemicellulose content, used in particular in the state of the art for the production of standard lyocell fibers, the pulps preferably used in the context of the present invention also show further differences, which are listed below.
Im Vergleich mit Standardzellstoffen zeigen die bevorzugt im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzten Zellstoffe eine eher fluffige Anschauung. Dies resultiert nach der Vermahlung (während der Herstellung von Startmaterialien für die Herstellung von Spinnlösungen für den Lyocellprozess) in einer Partikelgrößenverteilung mit einem hohen Anteil an größeren Partikeln. Resultierend daraus ist die Schüttdichte viel geringer, im Vergleich mit Standardzellstoffen mit einem geringen Hemizel- lulosengehalt. Eine derart niedrige Schüttdichte erfordert Adaptionen im Hinblick auf Dosierungspa- rameter (z.B. Dosierung unter Verwendung von mindestens zwei Vorratsbehältern) bei der Herstel- lung der Spinnlösungen. Zusätzlich zeigen die im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise eingesetzten Zellstoffe ein Imprägnierungsverhalten gegenüber NMMO, das im Vergleich mit Stan- dard zell stoffen zeigt, dass hier die Imprägnierung schwieriger ist. Dies kann überprüft werden durch die Evaluierung des Imprägnierungsverhaltens mit der Cobb-Evaluierung. Während Standardzell- stoffe typischerweise einen Cobb-Wert von mehr als 2,8 g/g zeigen (bestimmt in Übereinstimmung mit DIN EN ISO 535 mit Adaptionen im Hinblick auf die Verwendung einer wässrigen Lösung von 78% NMMO bei 75°C mit einer Imprägnierungszeit von zwei Minuten) zeigen die vorzugsweise im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzten Zellstoffe Cobb-Werte von etwa 2,3 g/g. Dies er- fordert Adaptionen während der Herstellung von Spinnlösungen, wie erhöhte Lösungszeit (z.B. er- läutert in WO 94/28214 und WO 96/33934) und/oder Temperaturanpassung und/oder erhöhte Sche- rung während der Auflösung (z.B. WO 96/33221 , WO 98/05702 und WO 94/8217). Dies ermöglicht die Herstellung von Spinnlösungen die es ermöglichen, die hier beschriebenen Zellstoffe in einem Standardlyocellverfahren einzusetzen). In comparison with standard pulps, the pulps preferably used in the context of the present invention show a rather fluffy view. This results after milling (during the preparation of starting materials for the production of spinning solutions for the lyocell process) in a particle size distribution with a high proportion of larger particles. As a result, the bulk density is much lower, compared to standard pulps with a low hemicellulose content. Such a low bulk density requires adaptations in terms of metering parameters (e.g., metering using at least two reservoirs) in the preparation of the spinning solutions. In addition, the pulps preferably used in the context of the present invention show an impregnation behavior with respect to NMMO, which, in comparison with standard cell materials, shows that impregnation is more difficult here. This can be verified by evaluating the impregnation behavior with the Cobb evaluation. While standard celluloses typically show a Cobb value of more than 2.8 g / g (determined in accordance with DIN EN ISO 535 with adaptations with respect to the use of an aqueous solution of 78% NMMO at 75 ° C. with an impregnation time of two minutes), the pulps preferably used in the present invention show Cobb values of about 2.3 g / g. This requires adaptations during the production of spinning solutions, such as increased dissolution time (eg explained in WO 94/28214 and WO 96/33934) and / or temperature adaptation and / or increased disruption during dissolution (eg WO 96/33221 WO 98/05702 and WO 94/8217). This allows the production of spinning solutions which make it possible to use the pulps described herein in a standard lyocell method).
[0022] In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt der Zellstoff, ver- wendet für die Herstellung von Lyocellprodukten, vorzugsweise Fasern, wie hier beschrieben, eine SCAN-Viskosität im Bereich von 300 bis 440 ml/g, insbesondere 320 bis 420 ml/g, stärker bevorzugt 320 bis 400 ml/g. Die SCAN-Viskosität wird in Übereinstimmung mit SCAN-CM 15:99 bestimmt, unter Verwendung einer Cupriethylendiaminlösung, einer Methode die dem Fachmann bekannt ist und die mit kommerziell erhältlichen Vorrichtungen durchgeführt werden kann, wie mit der Vorrich- tung Auto PulpIVA PSLRheotek, erhältlich von der Firma PSL-Reotek. Die SCAN-Viskosität ist ein wichtiger Parameter der insbesondere die Verarbeitung der Zellstoffe bei der Herstellung von Spinn- lösungen beeinflusst. Selbst wenn zwei Zellstoffe eine große Übereinstimmung im Hinblick auf ihre Zusammensetzung etc. zeigen, führen unterschiedliche SCAN-Viskositäten zu einem vollständig verschiedenen Verhalten während der Verarbeitung. In einem direkten Lösungsspinnverfahren, wie dem Lyocellverfahren wird der Zellstoff in NMMO als solches aufgelöst. Es existiert kein Reifungs- schritt, vergleichbar beispielsweise mit dem Viskoseverfahren, wo der Polymerisationsgrad der Zel- lulose an die Bedürfnisse des Verfahrens angepasst werden kann. Daher sind die Spezifikationen für die Viskosität eines Rohzellstoffes typischerweise für den Lyocellprozess in einem kleinen Ziel- fenster. Ansonsten können Probleme während der Produktion auftreten. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wurde gefunden, dass die Zellstoffviskosität vorzugsweise wie zuvor be- schrieben ist. Geringere Viskositäten führen zu einer Verschlechterung der mechanischen Eigen- schaften der Lyocellprodukte. Höhere Viskositäten können insbesondere zu einer erhöhten Viskosi- tät der Spinnlösung führen, so dass das Spinnen insgesamt langsamer wird. Mit geringeren Spinn- geschwindigkeiten werden auch geringere Zugverhältnisse erhalten, was erneut einen signifikanten Einfluss auf die Faserstruktur und die Fasereigenschaften haben kann (Cabohydrate Polymers 2018, 181 , 893-901 ). Dies würde Verfahrensadaptionen erfordern, die zu einer Kapazitätsverringe- rung führen würden. Die Verwendung von Zellstoffen mit den hier definierten Viskositäten ermöglicht dem gegenüber eine einfache Verarbeitung und die Herstellung von Produkten hoher Qualität. In a preferred embodiment of the present invention, the pulp used for the production of lyocell products, preferably fibers, as described herein, exhibits a SCAN viscosity in the range from 300 to 440 ml / g, in particular 320 to 420 ml / g, more preferably 320 to 400 ml / g. The SCAN viscosity is determined in accordance with SCAN-CM 15:99 using a Cupriethylendiaminlösung, a method which is known in the art and which can be carried out with commercially available devices, such as with the device Auto PulpIVA PSLRheotek, available from the company PSL-Reotek. The SCAN viscosity is on important parameter influencing in particular the processing of pulps in the production of spinning solutions. Even if two pulps show great agreement with respect to their composition, etc., different SCAN viscosities result in completely different behavior during processing. In a direct solution spinning process, such as the lyocell process, the pulp is dissolved in NMMO as such. There is no maturing step, comparable for example with the viscose process, where the degree of polymerisation of the cellulose can be adapted to the needs of the process. Therefore, the specifications for the viscosity of a raw pulp are typically in a small target window for the lyocell process. Otherwise problems can occur during production. In accordance with the present invention, it has been found that the pulp viscosity is preferably as previously described. Lower viscosities lead to a worsening of the mechanical properties of the lyocell products. Higher viscosities may in particular lead to an increased viscosity of the spinning solution, so that spinning is slower overall. With lower spinning speeds, lower draw ratios are obtained, which again can have a significant influence on the fiber structure and the fiber properties (Cabohydrate Polymers 2018, 181, 893-901). This would require process adaptations that would lead to a capacity reduction. The use of pulps with the viscosities defined herein, on the other hand, allows for easy processing and the production of high quality products.
[0023] Der Ausdruck„Lyocellprozess“, bzw. die Ausdrücke„Lyocelltechnologie“ und„Lyocellverfah- ren“, sowie sie hier verwendet werden, benennen einen Direktlösungsprozess von Holzcellulosezell- stoff oder anderen Zellulose basierten Ausgangsmaterialien in einem polaren Lösungsmittel (z.B. N- Methylmorpholin-n-oxid(NMMO, NMO) oder ionischen Flüssigkeiten). Kommerziell wird diese Tech- nologie verwendet um eine Gruppe an Cellulosestapelfasern herzustellen, kommerziell erhältlich von der Lenzing AG, Lenzing, Österreich unter der Marke TENCEL® oder TENCEL™), die weit ver- breitet in der Textilindustrie oder der Nonwoven-Industry verwendet werden. Andere Celluloseform- körper erhalten durch die Lyocelltechnologie wurden auch bereits hergestellt. In Übereinstimmung mit diesem Verfahren wird die Celluloselösung üblicherweise in einem sogenannten dry-wet-spin- ning-Verfahren extrudiert, unter Verwendung eines Formungswerkzeugs und die geformte Lösung erreicht z.B. nach dem Passieren eines Air-Gaps in ein Fällbad, wo der geformte Körper erhalten wird durch das Ausfällen der Cellulose. Der Formkörper wird gewaschen und optionale getrocknet, nach weiteren Behandlungsschritten. Ein Verfahren für die Herstellung von Lyocellfasern ist z.B. beschrieben in US 4246221 , WO 93/19230, WO 95/02082 oder WO 97/38153. Soweit die vorlie- gende Erfindung die Nachteile des Standes der Technik diskutiert, und auf die einzigartigen Eigen- schaften der neuen Produkte, hier offenbart und beansprucht, diskutiert, insbesondere im Kontext des Einsatzes von Laborausrüstungen (insbesondere im Stand der Technik) oder im Zusammen- hang von (semi-kommerziellen) Pilotanlagen und kommerziellen Faserspinneinheiten ist die vorlie- gende Erfindung so zu verstehen, dass sie auf Einheiten verweist, die im Hinblick auf ihre respekti- ven Produktionskapazitäten wie folgt definiert werden können: The term "lyocell process", or the terms "lyocell technology" and "lyocell process", as used herein, refers to a direct dissolution process of wood pulp cellulose or other cellulose based feedstocks in a polar solvent (eg N-methylmorpholine -n-oxide (NMMO, NMO) or ionic liquids). Commercially this tech is technology used by a group of cellulosic staple fibers to manufacture, Austria used under the brand name TENCEL ® or TENCEL ™), the very widespread in the textile industry or the nonwoven Industry commercially available from Lenzing AG, Lenzing. Other cellulosic molds obtained by the lyocell technology have already been manufactured. In accordance with this method, the cellulose solution is usually extruded in a so-called dry-wet-spinning method, using a molding tool, and the molded solution obtained, for example, after passing an air-gap into a precipitation bath where the molded body is obtained by the precipitation of the cellulose. The shaped article is washed and optionally dried, after further treatment steps. A process for the production of lyocell fibers is described, for example, in US 4246221, WO 93/19230, WO 95/02082 or WO 97/38153. As far as the present invention discusses the disadvantages of the prior art, and discusses the unique properties of the novel products disclosed and claimed herein, particularly in the context of the use of laboratory equipment (especially in the prior art) or in combination. In the case of (semi-commercial) pilot plants and commercial fiber spinning units, the present invention should be understood to refer to units that can be defined in terms of their respective production capacities as follows:
Semi-kommerzielle Pilotanlage: etwa 1 kt/a Semi-commercial pilot plant: about 1 kt / a
Kommerzielle Einheit größer 30 kt/a Commercial unit greater than 30 kt / a
[0024] I m Rahmen der vorliegenden Erfindung hat sich gezeigt, dass insbesondere bei der Faserherstellung im Rahmen eines Lyocellprozesses eine Orientierung in Produktionsrichtung und eine Verstreckung der Fasern stattfindet. Aus einem anfänglichen mehr oder weniger orientierungslosen Mix von verschiedenen Polymeren und anderen Bestandteilen im Dope wird durch die starke Querschnittverengung an der Spinndüse eine erste Orientierung der Polymere in Produktionsrichtung erreicht. Durch die zusätzliche Verstreckung im Luftspalt nach der Spinndüse und während der folgenden Prozessschritte entsteht eine verstreckte orientierte Faserstruktur der Polymere. Diese Vorgänge sind aus der Fachliteratur gut bekannt. In the context of the present invention, it has been shown that, in particular during fiber production in the context of a lyocell process, an orientation takes place in the direction of production and a stretching of the fibers. From an initial, more or less disoriented mix of different polymers and other constituents in the dope, a first orientation of the polymers in the production direction is achieved by the strong cross-sectional constriction at the spinneret. The additional stretching in the air gap after the spinneret and during the following process steps results in a stretched oriented fiber structure of the polymers. These processes are well known in the literature.
[0025] Dabei werden die Fasereigenschaften von der Art und von der Zusammenlagerung der Polymere stark beeinflusst. Es ist weiterhin bekannt, dass zellulosische Fasern, die nach dem Lyocell-Prozeß hergestellt sind, eine sehr hohe Kristallinität von ca. 44 bis 47% aufweisen, während Fasern aus dem Viskoseprozess eine Kristallinität von ca. 29 bis 34% aufweisen. Die Kristallinität beschreibt die Ausrichtung der Zellulosepolymere zu einander und damit z.B ihre Fähigkeit Wasser aufzusaugen, zu quellen und einzulagern. Zusätzlich sind die Polymerketten in den nicht-kristallinen Bereichen der Lyocellfasern stärker geordnet als bei Viskosefasern. Dadurch quellen gewöhnliche Lyocellfasern weniger und sind weniger für stark saugfähige Produkte geeignet als Viskosefasern. The fiber properties are greatly influenced by the type and by the assembly of the polymers. It is also known that cellulosic fibers produced by the lyocell process have a very high crystallinity of about 44 to 47%, while fibers from the viscose process have a crystallinity of about 29 to 34%. The crystallinity describes the alignment of the cellulosic polymers to each other and thus, for example, their ability to absorb, swell and store water. In addition, the polymer chains are more ordered in the non-crystalline regions of the lyocell fibers than in the viscose fibers. As a result, ordinary lyocell fibers swell less and are less suitable for highly absorbent products than viscose fibers.
[0026] Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Zellstoffe mit vermindertem Zellulosegehalt wird unerwarteter Weise eine ganz andere Art der Aggregierung der Polymere und damit eine andere Struktur der Lyocell-Fasern ermöglicht. Deren Kristallinität liegt deutlich niedriger, typischer Weise 40% oder weniger, wie 39% oder weniger und beispielsweise im Bereich von 38% bis 30%, wie beispielsweise im Bereich von 37 bis 33%. By using the celluloses according to the invention with reduced cellulose content, a completely different type of aggregation of the polymers and thus a different structure of the lyocell fibers is unexpectedly made possible. Their crystallinity is significantly lower, typically 40% or less, such as 39% or less and, for example, in the range of 38% to 30%, such as in the range of 37 to 33%.
[0027] Die Werte für WRV für Fasern in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, isoliert oder in Kombination mit den hier beschriebenen anderen bevorzugten Ausführungsformen, bevorzugt in Kombination mit denhier beschrieben Werten für die Kristallinität der Faser, betragen bevorzugt 70% oder mehr, insbesondere 75% oder mehr, wie 80% oder mehr, z.B. von 70 bis 85%. [0028] Es ist aus der Literatur bekannt, dass auch Xylane eine Kristallstruktur ausbilden, sofern ihre Seitenketten im Verlauf des Produktionsprozesses abgespalten wurden und sie aus einer reinen Xylanlösung ausgefällt werden (Fengel, Wegener S. 113; Fengel D, Wegener G (1989): Wood, Chemistry, Ultrastructure, Reactions; Walter de Gruyter Verlag). Das gleiche gilt für Mannan (ebenda; S.119). In der vorliegenden Erfindung zeigen sich jedoch entgegengesetzte Effekte. Die Polymere einschließlich der Zellulose liegen im Dope in einer Mischung vor und werden so auch ausgesponnen und ausgefällt. Weiterhin weisen die Hemizellulosen noch Seitengruppen auf, da die Glucuronsäure-Seitengruppen des Xylans unter den Bedingungen des sauren Aufschlusses vergleichsweise stabil sind (Sixta H (Ed.) (2006): Handbook of Pulp Vol. 1 ; Wiley VCH S. 418). Die Hemizellulosen erfüllen also alle Bedingungen, um die Kristallbildung der Zellulose zu stören und somit eine im Vergleich zu Standard-Lyocell-Fasern ungeordnetere Struktur zu bilden. Somit würde der Fachmann erwarten, dass bei höherem Hemicellulosengehalt und verringertem Zellulosegehalt unbrauchbare Produkte, insbesondere Fasern entstehen. Es hat sich jedoch unerwartet gezeigt, dass durch den Gehalt an Hemizellulosen in Kombination mit dem C5/C6-Verhältnis Produkteigenschaften gezielt gesteuert werden können. Durch diese Mischung verschiedener Zuckerpolymere werden immer noch Kristallinitätswerte erreicht, die über den Kristallinitätswerten von Viskosefasern liegen, dennoch erhöht sich nun die Zugänglichkeit der Faser insgesamt für Wasser, so dass das Wasserrückhaltevermögen (WRV) deutlich gesteigert werden kann. Diese verbesserte Saugfähigkeit ist für verschiedene Einsatzbereiche von entscheidendem Vorteil, z. B. für den Einsatz im Nonwovens-Bereich. Dieser Zusammenhang zwischen sinkender Kristallinität und steigendem Wasserrückhaltevermögen für Lyocell Fasern ist in Abbildung 1 dargestellt und kann wie oben beschrieben durch die gezielte Reduktion des Zellulosegehalts in der Faser eingestellt werden. The values for WRV for fibers in accordance with the present invention, isolated or in combination with the other preferred embodiments described herein, preferably in combination with the values for the crystallinity of the fiber described herein, are preferably 70% or more, especially 75 % or more, like 80% or more, eg from 70 to 85%. It is known from the literature that xylans also form a crystal structure, provided that their side chains were split off in the course of the production process and they are precipitated from a pure xylan solution (Fengel, Wegener p 113, Fengel D, Wegener G (1989) : Wood, Chemistry, Ultrastructure, Reactions, Walter de Gruyter Verlag). The same applies to Mannan (ibid., P.119). In the present invention, however, opposite effects are exhibited. The polymers including the cellulose are present in a mixture in the dope and are thus spun out and precipitated. Furthermore, the hemicelluloses still have side groups, since the glucuronic acid side groups of xylan are comparatively stable under the conditions of acid digestion (Sixta H (Ed.) (2006): Handbook of Pulp Vol. 1, Wiley VCH P. 418). The hemicelluloses thus fulfill all conditions to disrupt the crystallization of the cellulose and thus form a more disordered structure compared to standard lyocell fibers. Thus, those skilled in the art would expect that higher hemicellulose content and reduced cellulose content would give useless products, especially fibers. However, it has unexpectedly been shown that the content of hemicelluloses in combination with the C5 / C6 ratio allows targeted control of product properties. By this mixture of different sugar polymers still crystallinity values are reached, which are above the crystallinity values of viscose fibers, nevertheless the accessibility of the fiber as a whole for water increases, so that the water retention capacity (WRV) can be increased significantly. This improved absorbency is crucial for various applications, such. B. for use in the nonwovens sector. This relationship between decreasing crystallinity and increasing water retention for lyocell fibers is shown in Figure 1 and can be adjusted as described above by the targeted reduction of the cellulose content in the fiber.
[0029] Wie in den Beispielen gezeigt, sind die Qualitäten der neuen Lyocell Fasern mit reduziertem Zelluloseanteil denen herkömmlicher TENCEL® Fasern ähnlich. Es wird deutlich, dass die Faserfestigkeiten leicht unter denen der TENCEL® Fasern liegen, in den Beispielen als Festigkeit und Arbeitsvermögen gemessen. Gleichzeitig konnte der Zellulosegehalt deutlich gesenkt werden, in den Beispielen als Glucanwert erfasst. Durch die Aufnahme anderer Holzbestandteile sinkt die Kristallinität um bis zu 21 % und die Saugfähigkeit steigt um bis zu 27% deutlich an, in den Beispielen als Kristallinitätsindex und Wasserrückhaltevermögen gemessen. Interessanter Weise liegen die Kristallinitäten der neuen erfindungsgemäßen Lyocellfasern zwischen denen herkömmlicher TENCEL® Fasern und Nonwovens Lenzing Viscose® Fasern, gleichzeitig liegt das WRV im Bereich der Lenzing Viscose®. Das WRV steigt also stärker an als es durch die sinkenden Kristallinität der Fasern zu erklären wäre. Das ist ein deutliches Anzeichen der unerwarteten Eigenschaften, die sich mit der vorliegenden Erfindung realisieren lassen. Die weiteren Bestandteile wie insbesondere Hemizellulosen, aber auch Lignin und akzessorische Bestandteile aus dem Holz sorgen also nicht nur für eine deutliche Ausbeuteerhöhung, also eine verbesserte Nachhaltigkeit, sondern ebenso für eine deutliche Verbesserung der Produkteigenschaften, wie des Wasserrückhaltevermögens. [0029] As shown in the examples, the qualities of the new Lyocell fibers with a reduced proportion of those of conventional cellulose TENCEL ® fibers are similar. It is clear that under which the TENCEL ® fibers, the fiber strengths are easily measured in the examples as strength and working capacity. At the same time, the cellulose content could be significantly reduced, recorded in the examples as glucan value. The uptake of other wood constituents reduces the crystallinity by up to 21% and the absorbency increases significantly by up to 27%, measured in the examples as crystallinity index and water retention capacity. Interestingly, the crystallinities are lyocell fibers of the new invention is between those of conventional ® TENCEL fibers and nonwovens Lenzing Viscose ® fibers, at the same time, the WRV is in the range of Lenzing Viscose ®. Thus, the WRV increases more than would be explained by the decreasing crystallinity of the fibers. This is a clear indication of the unexpected properties that can be realized with the present invention. The other ingredients as in particular Hemicelluloses, but also lignin and accessory components from the wood not only ensure a significant increase in yield, ie improved sustainability, but also a significant improvement in product properties, such as water retention capacity.
Ausführungsformen embodiments
[0030] Wie in Anspruch 1 definiert, ist der erfindungsgemäße Zellstoff durch einen verminderten Zellulosegehalt, einen Mindestgehat an Hemizellulosen und ein bestimmtes C5/C6-Verhältnis im Hinblick auf die Zusammensetzung der Hemizellulose gekennzeichnet. As defined in claim 1, the pulp of the invention is characterized by a reduced cellulose content, a minimum amount of hemicelluloses and a certain C5 / C6 ratio with regard to the composition of the hemicellulose.
[0031] In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Zellstoff, der auch eine Mischung unterschiedlicher Zellstoffe sein kann (solange die wesentlichen Bedingungen eingehalten werden), ein Zellstoff der einen Hemicelluloseanteil von von 7 bis 50 Gew.-% , bevorzugt 7 bis 30 Gew.-%, weiter bevorzugt 15 bis 25 Gew.-%, wie 10 bis 20 Gew.-%. In a preferred embodiment, the pulp, which may also be a mixture of different pulps (as long as the essential conditions are met), a pulp of a Hemicelluloseanteil of from 7 to 50 wt .-%, preferably 7 to 30 wt. %, more preferably 15 to 25 wt%, such as 10 to 20 wt%.
[0032] Der erfindungsgemäß zu verwendende Zellstoff ist weiterhin vorzugsweise ein Zellstoff, der einen Xylananteil von mindestens 9 Gew.-% aufweist, bevorzugt einen Anteil von mindestens 10 Gew.-%. Der Anteil an Mannan kann, in Kombination oder unabhängig davon in einem weiten Bereich gewählt werden, solange das erfindungsgemäß definierte Verhältnis erfüllt ist. Geeignete Mannangehalte liegen im Bereich von 0,1 bis 10 Gew.-%, wie von 0,1 bis 9 Gew.-% und in Ausführungsformen von 0,1 bis 6 Gew.-%, von 0,1 bis 4 Gew.-%, von 5 bis 10 Gew.-%, von 6 bis 10 Gew.-% etc. In Ausführungsformen liegt der Mannangehalt im Bereich von 0,1 bis 1 Gew.-%, vorzugsweise in Kombination mit einem Xylangehalt von mindestens 9 Gew.-%, bevorzugt mindestens 10 Gew.-%. In anderen Ausführungsformen ist der Mannangehalt höher, vorzugsweise im Bereich von 6 Gew.-% oder mehr. The pulp to be used according to the invention is furthermore preferably a pulp which has a xylan content of at least 9% by weight, preferably a fraction of at least 10% by weight. The proportion of mannan can, in combination or independently, be chosen within a wide range, as long as the ratio defined according to the invention is fulfilled. Suitable mannan contents are in the range of 0.1 to 10% by weight, such as from 0.1 to 9% by weight and in embodiments from 0.1 to 6% by weight, from 0.1 to 4% by weight. %, from 5 to 10% by weight, from 6 to 10% by weight, etc. In embodiments, the Mannangehalt in the range of 0.1 to 1 wt .-%, preferably in combination with a xylan content of at least 9 wt. -%, preferably at least 10 wt .-%. In other embodiments, the Mannangehalt is higher, preferably in the range of 6 wt .-% or more.
[0033] In einer bevorzugten Ausführungsform, isoliert oder in Kombination mit den vorstehend und nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen, liegt der Celluloseanteil im Zellstoff in einem Bereich von gleich oder weniger als 90 Gew.-% bis 50 Gew.-%, bevorzugt im Bereich von 90 Gew.- % bis 60 Gew.-%, wie von 85 Gew.-% bis 70 Gew.-%. In a preferred embodiment, isolated or in combination with the embodiments described above and below, the cellulose content in the pulp is in a range of equal to or less than 90% by weight to 50% by weight, preferably in the range of 90% Wt% to 60 wt%, such as from 85 wt% to 70 wt%.
[0034] Das Gewichstverhältnis von Cellulose zu Hemizellulose kann im Bereich von 1 :1 bis 20:1 liegen. Der Anteil an akzessorischen Bestandteilen kann mehr als 0,05 Gew. % betragen, bevorzugt mehr als 0,2 Gew.-%, stärker bevorzugt mehr als 0,5 Gew.-%. Es hat sich unerwarteter Weise gezeigt, dass mit derartigen Anteilen an akzessorischen Bestandteilen im erfindungsgemäßen Zellstoff der Effekt unterstützt werden kann, dass das C5/C6-Verhältnis auch in den hergestellten Lyocellprodukten, insbesondere Fasern, stabil und der Hemizellulosegehalt sich nicht wesentlich verändert (d.h. der Gehalt sinkt im Lyocellprodukt nicht oder nur in geringem Maße ab im Vergleich zum Zellstoff). The weight ratio of cellulose to hemicellulose may range from 1: 1 to 20: 1. The level of accessory constituents may be more than 0.05% by weight, preferably more than 0.2% by weight, more preferably more than 0.5% by weight. It has unexpectedly been found that with such proportions of accessory constituents in the pulp of the invention, the effect can be promoted that the C5 / C6 ratio also in the produced lyocell products, in particular fibers, stable and the hemicellulose content is not essential changed (ie the content does not decrease in the lyocell product or only slightly in comparison to the pulp).
[0035] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird durch das erfindungsgemässe C5/C6- Verhältnis ein derart hohes Rückhaltevermögen erreicht, dass gleichzeitig ein Anteil von Metallverbindungen, in der Regel vorliegend als deren Oxyde und Hydroxyde von bis zu 25 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des Lyocellprodukts (z.B. Mg(OH)2 0derAI(OH)3ZU Flammschutzzwecken) ermöglicht wird, was den Zelluloseanteil weiterhin substanziell reduziert. Solche Metallverbindungen sind insbesondere PO2, AI2O 3, MgO, S1O2, Ce02, Mg(OH)2, AI(OH)3, BN, ZnO und stammen teilweise aus den mineralischen Bestandteilen des Holzes bzw. können der Zelluloselösung als funktionelle Additive (Flammschutz, Mattierungsmittel, Biozid...) zugesetzt werden. In a further preferred embodiment, such a high retention capacity is achieved by the inventive C5 / C6 ratio that at the same time a proportion of metal compounds, generally present as their oxides and hydroxides of up to 25 wt .-% based on the Weight of the lyocell product (eg, Mg (OH) 2 0 of the AI (OH) 3ZU flame retardant), which further substantially reduces the cellulose content. Such metal compounds are in particular PO 2, Al 2 O 3, MgO, SiO 2, CeO 2, Mg (OH) 2, Al (OH) 3, BN, ZnO and originate in part from the mineral constituents of the wood or can be used as functional additives (flame retardancy, Matting agent, biocide ...) are added.
[0036] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind Lyocellfasern mit einem auf bis zu unter 70% reduzierten Zelluloseanteil herstellbar, die den praktischen Anforderungen im Vergleich mit den bekannten Lyocellfasern (mechanische Festigkeiten etc.) nicht nur entsprechen, sondern bedingt durch die erfindungsgemäß resultierenden neuen Eigenschaften für manche Anwendungen sogar noch besser geeignet sind. Die entsprechenden Untersuchungen haben ergeben, dass Fasern in der vorgeschlagenen Zusammensetzung insbesondere ein erhöhtes Wasserrückhaltevermögen und eine rasche, biologische Abbaubarkeit bei der Kompostierung aufweisen. In a further preferred embodiment, lyocell fibers having a cellulose content reduced to less than 70% can be produced which not only meet the practical requirements in comparison with the known lyocell fibers (mechanical strengths, etc.), but also due to the new properties resulting according to the invention even better for some applications. The investigations have shown that fibers in the proposed composition have, in particular, an increased water retention capacity and a rapid biodegradability during composting.
[0037] Erfindungsgemäß hat sich das Verhältnis von C5/C6-Zuckern der nicht-zellulosischen Polymere als ein wichtiger Faktor zur Einstellung der Faserzusammensetzung und ihrer daraus resultierenden Eigenschaften gezeigt. Durch gezielte Einstellung dieses Verhältnisses, auch in Kombination mit dem Gehalt an Hemizellulosen lassen sich so gewünschte Produkteigenschaften gezielt einstellen. According to the invention, the ratio of C5 / C6 sugars of the non-cellulosic polymers has been shown to be an important factor for adjusting the fiber composition and its resulting properties. Through targeted adjustment of this ratio, also in combination with the content of hemicelluloses, desired product properties can be adjusted in a targeted manner.
[0038] Dem Fachmann ist in diesem Zusammenhang bekannt, wie er das C5/C6-Verhältnis steuern bzw. einstellen kann. Dies kann durch eine Mischung von verschiedenen Zellstoffen wie z. B. Nadelholzzellstoffen mit einem höheren Mannananteil mit Laubholzzellstoffen mit einem höheren Xylananteil erreicht werden. Versuche haben eine weitere sehr wirkungsvolle Möglichkeit zur entsprechenden Einstellung bestätigt. Durch eine gezielte Einstellung der Kochparameter wie z. B. dem H-Faktor, kann das Verhältnis von C5- zu C6-Zuckern gesteuert werden. Dies wird in den Abbildungen 2 und 3 dargestellt. Der H-Faktor gilt als ein wesentlicher Parameter zur Steuerung der Sulfitkochung (Sixta (Vol. 1 2006) S. 432). Er fasst Kochtemperatur und Kochzeit als eine Größe zusammen. The person skilled in the art is aware of how he can control or adjust the C5 / C6 ratio. This can be achieved by a mixture of different pulps such. As softwood pulps with a higher Mannananteil be achieved with hardwood pulps with a higher xylan content. Attempts have confirmed another very effective way to adjust accordingly. By a targeted adjustment of cooking parameters such. As the H-factor, the ratio of C5 to C6 sugars can be controlled. This is shown in Figures 2 and 3. The H factor is considered to be an essential parameter for the control of sulfite boiling (Sixta (Vol. 1 2006) p. 432). He summarizes cooking temperature and cooking time as one size.
[0039] Abbildung 2 zeigt den Einfluss des H-Faktors in der Sulfitkochung auf das Hemizellulosenverhältnis bei Laubholz am Beispiel von Buche. Bei Laubhölzern ist von Natur aus der Gehalt an Xylan höher. Mit zunehmendem H-Faktor wird Xylan stärker abgebaut als Mannan. Das Verhältnis C5/C6 sinkt. Figure 2 shows the influence of H factor in sulfite boiling on the Hemicellulose ratio in hardwood using the example of beech. For deciduous trees, xylan content is inherently higher. As H-factor increases, xylan degrades more than mannan. The ratio C5 / C6 decreases.
[0040] Bei Einsatz von Nadelholz ist das Hemizellulosenverhältnis anders herum. Der Anteil von Mannan im Holz und im Zellstoff ist höher. Hier wird entgegen der Erwartung Mannan schneller abgebaut als Xylan wie aus Figur 3 ersichtlich ist. When using softwood, the hemicellulose ratio is reversed. The proportion of mannan in wood and pulp is higher. Contrary to expectations, mannan is broken down faster than xylan as can be seen from FIG.
[0041] Eine weitere Möglichkeit, die erfindungsgemäße Zellstoffzusammensetzung einzustellen, ist das Zumischen von C5- und/oder C6-Zuckern, die vorher in anderen Prozessen bzw. Prozessschritten gewonnen wurden, wie z. B. in einer alkalischen Extraktion, sei es eine Kalt- Alkaliextraktion oder eine E-Stufe oder ähnliches. Für die Herstellung von Viskose sind die Zugabe von Hemizellulosen in gelöster Form zur Spinnmasse und die anschließende gemeinsame Ausspinnung bekannt (WO2014086883). Dadurch können Viskosefasern mit einem reduzierten Zellulosegehalt produziert werden. Dies ist nur möglich, weil der Viskoseprozess im wässrigen Medium stattfindet und die Hemizellulosen entsprechend alkalilöslich sind, so können das Zellulosexanthogenat und die gelösten Hemizellulosen zusammen gemischt werden und zusammen ausgesponnen werden. Im Gegensatz dazu erfolgt die Lösung des Zellstoffes im Lyocellprozess in NMMO oder ähnlichen Lösungsmitteln, hier können also keine alkalischen oder wässrigen Lösungen zugegeben werden. Sie würden das Lösungsmittel verdünnen und die Löslichkeit herabsetzen oder gar zu ungewollten Ausfällungen führen. Die Hemizellulosen könne also nicht in der Form von Lösungen bei der Spinnlösungsherstellung zugegeben werden, sondern müssen anders in das Verfahren eingeführt werden. Eine Möglichkeit ist die Zugabe im Zellstoffherstellungsprozess, so dass die Mischung dann mit dem Zellstoff getrocknet werden kann. Another way to adjust the pulp composition according to the invention is the admixing of C5 and / or C6 sugars, which were previously obtained in other processes or process steps, such as. B. in an alkaline extraction, be it a cold alkali extraction or an E-stage or the like. For the production of viscose, the addition of hemicelluloses in dissolved form to the spinning mass and the subsequent co-spinning are known (WO2014086883). As a result, viscose fibers can be produced with a reduced cellulose content. This is only possible because the viscose process takes place in the aqueous medium and the hemicelluloses are correspondingly alkali-soluble, so the cellulose xanthogenate and the dissolved hemicelluloses can be mixed together and spun together. In contrast, the solution of the pulp in the lyocell process takes place in NMMO or similar solvents, so here no alkaline or aqueous solutions can be added. You would dilute the solvent and reduce the solubility or even lead to unwanted precipitation. Thus, the hemicelluloses can not be added in the form of solutions in spinning solution production, but must be introduced differently in the process. One possibility is the addition in the pulp manufacturing process, so that the mixture can then be dried with the pulp.
[0042] Es wurde überraschenderweise gefunden, dass die genaue Beachtung der Hemizellulose- Zusammensetzung ein entscheidender Punkt für die technische Produktion von Lyocellformkörpern, insbesondere Fasern, darstellt. Eine grosstechnisch umsetzbare Mitverwendung von Hemizellulose in der Faserstruktur ist nur dann möglich, wenn der Anteil der C5-Fraktion mit dem Anteil der C6- Fraktion in Korrelation gebracht wird. Bevorzugt ist das Verhältnis von Xylan zu Mannan zwischen 18:1 bis 1 :3, bevorzugt 9:1 bis 1 :2., Gleichzeitig ermöglicht ein solches Mischungsverhältnis den Einbau von 0,5-5 Gew.% Lignin (und/oder anderer akzessorischer Bestandteile) in die Faserstruktur, ohne die gewünschten Eigenschaften in nachteiligem Ausmaß zu beeinträchtigen. It has surprisingly been found that the exact consideration of the hemicellulose composition is a crucial point for the industrial production of lyocell moldings, in particular fibers. A co-utilization of hemicellulose in the fiber structure is only possible if the proportion of the C5 fraction is correlated with the proportion of the C6 fraction. Preferably, the ratio of xylan to mannan is between 18: 1 to 1: 3, preferably 9: 1 to 1: 2. At the same time, such a mixing ratio allows the incorporation of 0.5-5% by weight of lignin (and / or other accessory Constituents) into the fiber structure without adversely affecting the desired properties.
[0043] Die erfindungsgemäß bereitgestellten Fasern weisen übliche Fasertiter auf, wie 7 dtex oder weniger, beispielsweise 2,2 dtex oder weniger, wie 1 ,3 dtex, oder weniger, ggf. auch noch geringer, wie 0,9 dtex oder weniger, in Abhängigkeit von der gewünschten Anwendung. Für Anwendungen im Nonwoven-Bereich sind insbesondere Titer von 1 ,5 bis 1 ,8 dtex typisch, während für Textilanwendungen geringere Titer, wie 1 ,2 bis 1 ,5 dtex geeignet sind. Die vorliegende Erfindung umfasst aber auch Fasern mit noch geringeren Titern ebenso wie Fasern mit deutlich höheren Titern, wie 10 dtex oder weniger, wie 9 dtex oder weniger, oder auch 7 dtex oder weniger. Geeignete untere Grenzen für Fasertiter sind Werte von 0,5 dtex oder mehr, wie 0,8 dtex oder mehr und in Ausführungsformen 1 ,3 dtex oder mehr. Die hier offenbarten oberen und unteren Grenzwerte könne kombiniert werden und die dadurch geformten Bereiche, wie von 0,5 bis 9 dtex, sind ebenfalls mit umfasst. Überraschend ermöglicht die vorliegende Erdfindung die Herstellung von Fasern mit Titern, die den Einsatz im gesamten Spektrum der Faseranwendungen ermöglicht, umfassend Textilanwendungen als auch Nonwoven Anwendungen. The fibers provided according to the invention have conventional fiber titers, such as 7 dtex or less, for example 2.2 dtex or less, such as 1.3 dtex, or less, possibly even lower, such as 0.9 dtex or less, in Dependence on the desired application. For applications in the Nonwovens are particularly titers of 1, 5 to 1, 8 dtex typical, while for textile applications lower titers, such as 1, 2 to 1, 5 dtex are suitable. However, the present invention also includes fibers having even lower titers, as well as fibers having significantly higher titers, such as 10 dtex or less, such as 9 dtex or less, or even 7 dtex or less. Suitable lower limits for fiber titers are values of 0.5 dtex or more, such as 0.8 dtex or more, and in embodiments, 1, 3 dtex or more. The upper and lower limits disclosed herein may be combined and the regions formed thereby, such as from 0.5 to 9 dtex, are also included. Surprisingly, the present invention enables the production of fibers with titers, which allows use in the entire spectrum of fiber applications, including textile applications as well as nonwoven applications.
[0044] Soweit in dieser Anmeldung auf Parameter Bezug genommen wird, werden diese wie hierbeschrieben bestimmt. Dabei ist wesentlich, dass diese Parameter erhalten werden mit den Fasern als solches, umfassend maximal 1 Gew.-% Additive, wie Mattierungsmittel etc. Allerdings können die hier beschriebenen Fasern selbstverständlich konventionelle Additive in üblichen Mengen ausweisen, soweit dies nicht die Herstellung von Spinnlösungen und/oder das Herstellungsverfahren der Fasern beeinträchtigt. As far as parameters are referred to in this application, they are determined as described herein. It is essential that these parameters are obtained with the fibers as such, comprising a maximum of 1 wt .-% additives, such as matting agent, etc. However, the fibers described here can of course conventional additives in conventional amounts, unless this is the production of spinning solutions and / or affects the manufacturing process of the fibers.
Die nachfolgenden Beispiele illustrieren Aspekte der vorliegenden Erfindung. The following examples illustrate aspects of the present invention.
Methoden methods
[0045] Bestimmung des Kristallinitätsindex [%] Determination of crystallinity index [%]
Die Bestimmung des Kristallinitätsindex erfolgt mittels Raman-Spektroskopie. Diese Methode wird mit Daten aus der Röntgenweitwinkelmethode (WAX) kalibriert und wurde von Röder et al. (2009) (Röder T, Moosbauer J, Kliba G, Schiader S, Zuckerstätter G, und Sixta H (2009): Comparative Characterisation of Man-Made Regenerated Cellulose Fibers. Lenzinger Berichte Vol. 87, S. 98 ff.) beschrieben.  The determination of the crystallinity index is carried out by means of Raman spectroscopy. This method is calibrated with data from the X-ray wide-angle method (WAX) and was used by Röder et al. (2009) (Röder T, Moosbauer J, Kliba G, Schiader S, Zuckerstätter G, and Sixta H (2009): Comparative Characterization of Man-Made Regenerated Cellulose Fibers. Lenzinger Berichte Vol. 87, pp. 98 ff.).
Bestimmung des Wasserrückhaltevermögens [%] Determination of water retention [%]
Die Probe wird bei 20 ±0, 1 °C über Nacht quellen gelassen. Nach weiterer Verdünnung wird die Probe gemäß Zellcheming-Merkblatt IV/33/57 bei 3000-facher Erdbeschleunigung in einer Zentrifuge abgeschleudert. Das Wasserrückhaltevermögen berechnet sich dann wie folgt: ^ (Gewicht feuchte Pr obe - Gewicht trockene Probe) , The sample is allowed to swell at 20 ± 0.1 ° C overnight. After further dilution, the sample is centrifuged in a centrifuge according to Zellcheming leaflet IV / 33/57 at 3000 times the gravitational acceleration. The water retention capacity is then calculated as follows: ^ (Weight of moist sample - weight of dry sample),
WRV = - - - x 100 WRV = - - - x 100
Gewicht trockene Probe  Weight dry sample
Beispiele Examples
[0046] Beispiel zur Einstellung des Xylan-Mannan-Verhältnisses Example for adjusting the xylan-mannan ratio
Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse der Einstellung des C5/C6-Verhältnisses, für zwei Holzarten, am Beispiel der Variation des H-Faktors im Magnesium-Bisulfit-Aufschluss.  Table 1 shows the results of setting the C5 / C6 ratio for two species of wood, using the example of H-factor variation in magnesium bisulfite digestion.
Figure imgf000018_0001
Figure imgf000018_0001
Tabelle 1 : Einstellung des Xylan-Mannan-Verhältnisses in der Magnesium-Bisulfit-Kochung von Fagus sylvatica (Buche) und Picea abies (Fichte) mit Hilfe des H-Faktors.  Table 1: Adjustment of the xylan-mannan ratio in the magnesium bisulfite boiling of Fagus sylvatica (beech) and Picea abies (spruce) using the H-factor.
[0047] Beispiel eines Eukalyptus-Kraft-Zellstoffes Example of a Eucalyptus kraft pulp
Im Technikum wurde ein neuer erfindungsgemäßer Kraft-Chemiezellstoff aus Eukalyptusholz nach dem VisCBC-Verfahren hergestellt. Der H-Faktor betrug 1200, das Effektivalkali in der Kochlauge lag bei 25 g/l. Die Bleiche erfolgte nach einer TCF-Sequenz. Relevante Prozessinformationen und Produkteigenschaften sind in Tabelle 2 angegeben.
Figure imgf000019_0001
Lyocell-Faser.
In the pilot plant, a new Kraft-Chemie pulp of eucalyptus wood according to the invention was produced by the VisCBC process. The H-factor was 1200, the effective alkali in the cooking liquor was 25 g / l. Bleaching was done after a TCF sequence. Relevant process information and product properties are given in Table 2.
Figure imgf000019_0001
Lyocell fiber.
Bei diesem neuen Chemizellstoff mit reduziertem Zellulosegehalt wurde das Xylan-zu-Mannan- Verhältnis extrem in die Höhe getrieben, nämlich auf 121 in der fertigen Faser, und gleichzeitig der Zellulosegehalt mit ca. 85% sehr niedrig gehalten werden. Dieser neue Zellstoff erfüllt in jeder Hinsicht die Anforderungen des Lyocell-Verfahrens zur Herstellung der neuen Lyocell-Faser mit reduziertem Zellulosegehalt. With this new chemical pulp with reduced cellulose content, the xylan-to-mannan ratio has been pushed extremely high, namely to 121 in the finished fiber, while keeping the cellulose content at about 85% very low. This new pulp meets in every respect the requirements of the Lyocell process for the production of the new lyocell fiber with reduced cellulose content.
[0048] Beispiel der Fasereiqenschaften bei Einsatz der neuen zellulosereduzierten Zellstoffe Example of Fasereiqenschaften when using the new celluloserreduced pulps
In Tabelle 3 sind die Gehälter der Zuckermonomere der Ausgangszellstoffe für die Lyocell- Faserherstellung zusammengefasst.
Figure imgf000020_0001
Table 3 summarizes the salaries of the sugar monomers of the starting pulps for lyocell fiber production.
Figure imgf000020_0001
Tabelle 3: Zuckergehälter zellulosereduzierter Zellstoffe im Vergleich zu einem Standard-Lyocell-Zellstoff Table 3: Sugar content of cellulosic reduced pulps compared to a standard lyocell pulp
Tabelle 4 zeigt mechanische Kennwerte für Standard Fasern (Lyocell und Viskose) im Vergleich mit Kennwerten, die mit Lyocellfasern erreicht wurden, die mit erfindungsgemäßen Zellstoffen hergestellt wurde. Die Ergebnisse demonstrieren eindrücklich die Vorteile der vorliegenden Erfindung. Table 4 shows mechanical characteristics for standard fibers (lyocell and viscose) compared with characteristics obtained with lyocell fibers made with pulps of the invention. The results clearly demonstrate the advantages of the present invention.
Sowohl bei Technikumsversuchen als auch bei grosstechnisch hergestellten Lyocellfasern in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt sich, dass für kommerziell relevante Titer akzeptable Werte für Festigkeit und Arbeitsvermögen realisiert werden können, trotz erheblich abgesenktem Zelluloseanteil. Gleichzeitig erhöht sich das WRV drastisch, sodass derartige Fasern für neue Anwendungsbereiche interessant werden, die bislang von Viskosefasern besetzt sind. Im Vergleich mit kommerziell erhältlichen Viskosefasern können aber mit den erfindungsgemäßen Lyocellfasern deutlich höhere mechanische Kennwerte erreicht werden. Both pilot plant and large scale lyocell fibers in accordance with the present invention show that acceptable levels of strength and workability can be realized for commercially relevant titers, despite substantially reduced cellulose levels. At the same time, the WRV is drastically increasing, so that such fibers are interesting for new applications, which are so far occupied by viscose fibers. In comparison with commercially available viscose fibers, however, significantly higher mechanical characteristics can be achieved with the lyocell fibers according to the invention.
Die neuen, erfindungsgemäßen Lyocellfasern kombinieren also die jeweils vorteilhaften Eigenschaften bislang kommerziell erhältlicher Lyocell- bzw. Viskosefasern. The new lyocell fibers according to the invention thus combine the respective advantageous properties of hitherto commercially available lyocell or viscose fibers.
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Figure imgf000021_0001
' abeile 4: Eigenschaften herkömmlicher und zellulosereduzierter Lyocell-Fasern im Vergleich zu einer Standard-Viskosefaser. 'Abeile 4: properties of conventional cellulose and reduced lyocell fibers as compared to a standard viscose fiber.

Claims

Ansprüche claims
1. Zellstoff, geeignet zur Herstellung von Lyocellformkörpern, mit einem Anteil an Zellulose von 90 Gew.-% oder weniger und einem Anteil an Hemizellulosen von mindestens 7 Gew.-%, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der in der Hemizellulose vorliegenden C5/Xylan- zur C6 / Mannan-Fraktion (C5/C6-Verhältnis) im Bereich von 125:1 bis 1 :3 liegt. 1. Pulp, suitable for the production of Lyocellformkörpern, with a content of cellulose of 90 wt .-% or less and a content of hemicelluloses of at least 7 wt .-%, characterized in that the ratio of present in the hemicellulose C5 / xylan - to the C6 / mannan fraction (C5 / C6 ratio) in the range of 125: 1 to 1: 3.
2. Zellstoff nach Ausführungsform 1 , wobei das C5/C6-Verhältnis im Bereich von 25:1 bis 1 :2 liegt. A pulp according to embodiment 1, wherein the C5 / C6 ratio is in the range of 25: 1 to 1: 2.
3. Zellstoff nach Ausführungsform 1 und/oder 2, wobei der Anteil an Hemizellulosen 10 Gew.- % oder mehr beträgt. 3. pulp according to embodiment 1 and / or 2, wherein the proportion of hemicelluloses is 10% by weight or more.
4. Zellstoff nach mindestens einer der vorstehenden Ausführungsformen, dessen Hemizellulosen in nativem Zustand vorliegen, durch Verarbeitungsprozesse chemisch verändert oder in einem separaten Prozessschritt chemisch modifiziert bzw. funktionalisiert wurden. 4. pulp according to at least one of the preceding embodiments, the hemicelluloses are in the native state, chemically modified by processing processes or chemically modified or functionalized in a separate process step.
5. Zellstoff nach mindestens einer der vorstehenden Ausführungsformen, mit einem5. pulp according to at least one of the preceding embodiments, with a
Ligningehalt von mehr als 1 Gew.-%. Lignin content of more than 1 wt .-%.
6. Zellstoff nach mindestens einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei der6. Pulp according to at least one of the preceding embodiments, wherein the
Zellulosegehalt durch das Vorhandensein von Lignin, akzessorischen Bestandteilen aus dem Holz und/oder die Zugabe von metallischen Verbindungen weiter reduziert wird. Cellulose content is further reduced by the presence of lignin, accessory components from the wood and / or the addition of metallic compounds.
7. Zellstoff nach mindestens einer der vorstehenden Ausführungsformen, mit einem Xylananteil von 9 Gew.-% oder mehr und/oder einem Mannangehalt von 6 Gew.-% oder mehr. 7. pulp according to at least one of the preceding embodiments, with a xylan content of 9 wt .-% or more and / or a Mannangehalt of 6 wt .-% or more.
8. Zellstoff nach Ausführungsform 7, mit einem Xylangehalt von 9 Gew.-% oder mehr und einem Mannangehalt von 1 Gew.-% oder weniger. A pulp according to Embodiment 7, having a xylene content of 9% by weight or more and a mannan content of 1% by weight or less.
9. Lyocellformkörper, hergestellt unter Verwendung des Zellstoffs nach einer der Ausführungsformen 1 bis 8. 9. Lyocellformkörper, prepared using the pulp according to one of embodiments 1 to 8.
10. Lyocellformkörßer nach Ausführungsform 9, wobei der Formkörper ausgewählt ist unter Fasern, Filamenten, Stapelfasern, Nonwoven-Gewirken, Filmen und Pulvern in spherischer Form. The lyocell mold coater of embodiment 9, wherein the shaped body is selected from fibers, filaments, staple fibers, nonwoven knits, films and powders in spherical form.
1 1 . Lyocellformkörper nach mindestens einer der Ausführungsformen 9 und/oder 10, wobei der Formkörper eine Faser, ein Filament oder eine Stapelfaser ist, mit einem Zellulosegehalt von weniger als 90 Gew.-%, einem Hemizellulosegehalt von mehr als 5 Gew.-% und einem C5/C6-Verhältnis von 125:1 bis 1 :3, bevorzugt 25:1 bis 1 :2. 1 1. Lyocellformkörper according to at least one of embodiments 9 and / or 10, wherein the shaped body is a fiber, a filament or a staple fiber having a cellulose content of less than 90 wt .-%, a hemicellulose content of more than 5 wt .-% and a C5 / C6 ratio of 125: 1 to 1: 3, preferably 25: 1 to 1: 2.
12. Lyocellformkörper nach mindestens einer der Ausführungsformen 9 bis 11 , wobei der Hemizellulosegehalt mehr als 10 Gew.-% beträgt. 12. Lyocellformkörper according to at least one of embodiments 9 to 11, wherein the hemicellulose content is more than 10 wt .-%.
13. Lyocellformkörper nach mindestens einer der Ausführungsformen 9 bis 12, wobei der Formkörper eine Faser, ein Filament oder eine Stapelfaser ist mit einem WRV von größer als 70%, bevorzugt größer als 75%, insbesondere größer als 80%. 13. Lyocellformkörper according to at least one of embodiments 9 to 12, wherein the shaped body is a fiber, a filament or a staple fiber with a WRV of greater than 70%, preferably greater than 75%, in particular greater than 80%.
14. Lyocellformkörper nach mindestens einer der Ausführungsformen 9 bis 13, wobei der Formkörper eine Kristallinität von 40% oder weniger. 14. Lyocellformkörper according to at least one of embodiments 9 to 13, wherein the shaped body has a crystallinity of 40% or less.
15. Lyocellformkörper nach mindestens einer der Ausführungsformen 9 bis 14, mit einem Ligningehalt von mehr als 0 Gew.-% bis zu 5 Gew.-%. 15. Lyocellformkörper according to at least one of embodiments 9 to 14, with a lignin content of more than 0 wt .-% up to 5 wt .-%.
16. Verfahren zur Herstellung eines Lyocellformkörpers, umfassend die Auflösung eine Zellstoffs mit einem Anteil an Zellulose von 90 Gew.-% oder weniger und einem Anteil an Hemizellulosen von mindestens 7 Gew.-%, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der in der Hemizellulose vorliegenden C5/Xylan- zur C6 / Mannan-Fraktion (C5/C6-Verhältnis) im Bereich von 125:1 bis 1 :3 liegt, in einem geeigneten Lösungsmittel, und Formung der Lösung zu einem Lyocellformkörper. 16. A process for producing a lyocell molding, comprising dissolving a pulp with a content of cellulose of 90 wt .-% or less and a content of hemicelluloses of at least 7 wt .-%, characterized in that the ratio of present in the hemicellulose C5 / xylan to C6 / mannan fraction (C5 / C6 ratio) ranges from 125: 1 to 1: 3, in a suitable solvent, and forming the solution into a lyocell molded article.
17. Verfahren nach Ausführungsform 16, wobei der Lyocellformkörper durch ein Lyocell- Spinnverfahren erhalten wird. 17. The method of embodiment 16, wherein the lyocell molded article is obtained by a lyocell spinning process.
18. Verfahren zur Herstellung eines Zellstoffs nach einer der Ausführungsformen 1 bis 8, wobei das Verfahren mindestens einen der folgenden Schritte umfasst: 18. A process for the production of a pulp according to one of embodiments 1 to 8, wherein the process comprises at least one of the following steps:
f) Mischen eines reinen Zellstoffs mit Xylan und/oder Mannan;  f) mixing a pure pulp with xylan and / or mannan;
g) Behandeln eines Zellstoffs mit einem Hemizelluloseanteil einschließlich Mannan, durch chemische und/oder physikalische Verfahren, um den Hemizellulosenanteil und/oder die Zusammensetzung der enthaltenen Hemizellulose zu modifizieren; h) Herstellung eines Zellstoffs unter Einsatz von Nadel und/oder Laubhölzern; g) treating a pulp with a hemicellulosic moiety, including mannan, by chemical and / or physical means to modify the hemicellulosic content and / or the composition of the hemicellulose contained; h) production of a pulp using needle and / or hardwoods;
i) Mischen eines Mannan freien Zellstoffs mit einem Hemicellulose reichen Zellstoff und optional anschließende chemische und/oder physikalische Behandlung der Mischung zur Einstellung des Hemizellulosegehalts und/oder der Zusammensetzung des Hemizellulo- seanteils;  i) mixing a mannan-free pulp with a hemicellulose-rich pulp and optionally subsequent chemical and / or physical treatment of the mixture to adjust the hemicellulose content and / or the composition of the hemicellulosic portion;
j) Mischen zweier Zellstoffe mit unterschiedlichem Hemicellulosegehalt und/oder Hemicel- lulosenzusammensetzung, und optional anschließende chemische und/oder physikali- sche Behandlung der Mischung zur Einstellung des Hemizellulosegehalts und/oder der Zusammensetzung des Hemizelluloseanteils.  j) mixing two pulps with different hemicellulose content and / or hemicellulosic composition, and optionally subsequent chemical and / or physical treatment of the mixture to adjust the hemicellulose content and / or the composition of the hemicellulose portion.
19. Verfahren nach Ausführungsform 18, wobei die unterschiedlichen Zellstoffe ausgewählt werden unter Laub- und Nadelholz basierten Zellstoffen. 19. The method of embodiment 18, wherein the different pulps are selected from foliage and softwood based pulps.
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