Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Anpassung des Viskoseprozesses/der Viskosefaserherstellung an den Einsatz von low-alpha Papierzellstoff aus heimischen Rohstoffen

Anschrift
Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung (IAP)
Geiselbergstr. 69
14476 Potsdam
Kontakt
Dr. rer. nat. Horst Ebeling
Tel: +49 331 568-1810
E-Mail: horst.ebeling@iap.fraunhofer.de
FKZ
22003307
Anfang
01.07.2007
Ende
31.07.2009
Ergebnisdarstellung
Modifizierte Papierzellstoffe wurden im Vergleich zu Chemiezellstoffen bis zur Faser verarbeitet. Papierzellstoffe unterscheiden sich insbesondere durch den hohen Gehalt an Hemicellulosen sowie einen deutlichen erhöhten Gehalt an Silizium und Magnesium von den Chemiezellstoffen. Um signifikante Änderungen im Hemigehalt zu erreichen, wurden hemihaltige Tauchlaugen eingesetzt. Der resultierende Hemigehalt wurde in den einzelnen Prozessstufen bis zur Faser verfolgt. Hierbei wurden für die Papierzellstoffe deutliche höhere Anteile gefunden. Die unter Einsatz der Papierzellstoffe hergestellten Viskosen waren durch hohe Filterwerte gekennzeichnet, die diese Viskosen als nicht filtrierbar und damit auch als nicht verspinnbar einstufen. Höhermolekulare Anteile in der AC wurden als Ursache gesehen. Für die Papierzellstoffe konnte ein deutlich negativer Einfluss der Hemicellulosen in der Tauchlauge, aber auch bei Verwendung hemihaltiger Löselauge auf die Filterwerte nachgewiesen werden. Die auf Basis des Papierzellstoffs hergestellten Fasern, sofern eine Verspinnung möglich war, unterscheiden sich nicht von den unter gleichen Bedingungen gesponnenen Fasern auf Basis der Chemiezellstoffe. Es hatte sich gezeigt, dass das in den Papierzellstoffen enthaltene Talkum, woraus sich auch die hohen Magnesium- und Siliziumwerte erklären, neben den Hemicellulosen wesentlich zum schlechten Filtrationsverhalten der Viskose beiträgt. Als Ergänzung wurde von ZPR ein talkumfreier Zellstoff hergestellt. Es konnte gezeigt werden, dass bei Einsatz dieses Zellstoffs die Filtrierbarkeit verbessert werden kann. Gute Viskosen aus Papierzellstoff kann man erhalten, wenn man die Alkalisierungsbedingungen in Richtung tieferer Temperaturen verschiebt und in der Sulfidierung mit höherem CS2-Einsatz arbeitet. Durchgeführte ökonomische Betrachtungen zeigen, dass zwischen Chemiezellstoff und Papierzellstoff mindestens ein Preisvorteil von 100 EUR notwendig ist, um prozessbedingte Mehrkosten zu kompensieren.
Aufgabenbeschreibung
Zielstellung des Vorhabens war es, aufbauend auf den Erkenntnissen des abgeschlossenen Vorläuferprojekts die Nutzung von Sulfatzellstoff für die Viskoseherstellung weiter voranzutreiben. Im Vorläuferprojekt konnte nachgewiesen werden, dass die Viskosefaser- und Viskosefilamentherstellung aus Papierzellstoff prinzipiell möglich ist. Als kritische Prozessgröße hatte sich die Filtrierbarkeit der als Zwischenprodukt auftretenden Viskose herauskristallisiert. Es gab erste Hinweise, dass der erhöhte Gehalt an Hemicellulose im Papierzellstoff die mögliche Ursache für die negative Beeinflussung des Filtrationsverhaltens ist. Der daraus abgeleitete Arbeitsschwerpunkt des Projekts waren Untersuchungen zum Einfluss der Hemicellulosen in den einzelnen Prozessstufen der Viskosefaserherstellung. Grundsätzlich sollten die Arbeiten auch den Wissensstand zum Viskoseprozess erweitern. Unter diesem Aspekt sind die Untersuchungen zur Substituentenverteilung der Cellulosexanthogenate durch NMR-Spektroskopie am Cellulosering zu sehen. Seitens des Zellstoffherstellers ZPR wurden modifizierte Zellstoffe bereitgestellt, die vergleichend zu drei Chemiezellstoffen umfassend charakterisiert und bis zu Viskosefilamenten verarbeitet wurden. Die Aktivierung der Zellstoffe erfolgte unter Einsatz von hemihaltigen Tauchlaugen. In den Zwischenprodukten sowie auch in der Faser wurde der Gehalt an Hemicellulosen analytisch verfolgt. Die hergestellten Viskosen wurden insbesondere hinsichtlich des Filtrationsverhaltens untersucht und auf der Filamentspinnanlage des IAP zu Filamenten nach einem Standardspinnprozess verarbeitet und die mechanischen Kennwerte der Fasern bestimmt. Ausgewählte Versuche wurden auf der Technikumsspinnanlage der LAG nachgestellt. Basierend auf den Erkenntnissen der 1. Projektphase wurde eine weitere Zellstoffmodifizierung durch ZPR durchgeführt und der resultierende Zellstoff unter optimierten Prozessbedingungen verarbeitet.

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