Projektnummer: 22003207
Projektträger: BMELV
Laufzeit: 01.03.2007 - 28.02.2009
Partner: Fraunhofer Institut für angewandte Polymerforschung, Potsdam-Golm; Toho Tenax Europe GmbH, Wuppertal; Smart Fiber AG, Rudolstadt

Zielstellung des Projekts war die Modifizierung des Cellulosecarbamatprozesses, die Herstellung und Charakterisierung von Spinnlösungen in NMMO, die Stabilisierung der Spinnlösungen und deren Verspinnung zu Fasern und Filamenten.
Durch die Optimierung von Temperatur, Verweilzeit, Rohstoffeinsatz und Ansatzkonzentration konnten Carbamate mit unterschiedlichem Substitutionsgrad (DS bis ca. 0,5) und DP bis ca. 320 hergestellt werden. Es wurden Spinnlösungen im Konzentrationsbereich bis 30% hergestellt und rheologisch sowie mikroskopisch untersucht. Die Carbamatgruppe konnte mittels ¹³C-NMR-Spektroskopie verifiziert werden (Abb. 1). Bei höheren Konzentrationen bzw. höheren DP-Werten entstehen flüssigkristalline Lösungen.
Lösungen von Cellulosecarbamat in NMMO sind hinsichtlich ihrer Stabilität vergleichbar zu Cellulose-NMMO-Lösungen, wobei mit dem System NaOH-NH₂OH-Gallussäurepropylester die besten Effekte erreicht wurden. Ein Problem für die Spinnsicherheit war die hydrolytische Spaltung der Carbamatbindung. Sich hierbei bildendes CO₂ und NH₃ führen an der Düse zu Fadenabrissen. Die N-Werte reduzierten sich von 2,5-3% auf ca. 0,5%. Die Absenkung des pH-Wertes im Koagulationsbad mit Essigsäure ergab eine Zunahme des Stickstoff-Gehaltes auf ca. 1%. Durch die alleinige Anwendung von Propylgallat und Gallussäure konnte der pH-Wert in der Spinnlösung auf ca. 6,7 verringert werden. Diese schwach saure Stabilisierung wirkt sich positiv auf den Stickstoff-Gehalt bzw. die Stabilität der Carbamat-Gruppen aus. Bei der Verwendung von Propylgallat konnten ca. 1,2% Stickstoff, mit Gallussäure ca. 1,5% im Filament gemessen werden. Jedoch kam es hierbei zu einer Verschlechterung der Onset-Temperatur und stärkerem DP-Abbau.
Die hergestellten Fasern zeichnen sich durch hohe Festigkeit aus. Hergestellte Fasermuster wurden hinsichtlich ihrer Eignung als Precursoren für die C-Faser-Herstellung getestet. Die Masseausbeuten bei der thermischen Behandlung der Carbamatfaser sind etwas höher ist als bei kommerziell verfügbaren Rayonfasern.

Nachweis der Carbamatgruppe mittels 13C-NMR-Spektroskopie