Enzymaktivierung von Chemiezellstoffen aus Recyclingfasern und Reststoffen für die Verbesserung der Kreislauffähigkeit in technischen Regeneratfaser-Prozessen
Projektleiter: Christoph Kindler
Projektnummer: BMWK / IGF, 22918 BR
Laufzeit: 01.07.2023 – 30.06.2025
Aufgabenstellung
Cellulose-Regeneratfasern wie Lyocell werden bislang überwiegend aus speziell aufbereiteten Holzzellstoffen hergestellt, an die enge Anforderungen hinsichtlich Molekularmasse, Kristallinität und Reaktivität gestellt werden. Viele alternative Rohstoffquellen, insbesondere landwirtschaftliche Reststoffe sowie recycelte Baumwolltextilien, erfüllen diese Anforderungen nicht und sind daher für etablierte Lyocell-Prozesse nur eingeschränkt nutzbar. Dies begrenzt die stoffliche Nutzung verfügbarer Cellulosepotenziale und die Etablierung regionaler, nachhaltiger Wertschöpfungsketten. Ziel des Projektes ist es, mittels enzymatischer Behandlungsstrategien die Eigenschaften alternativer und recycelter Cellulosepulpen gezielt anzupassen, um deren Eignung für den Lyocell-Spinnprozess zu verbessern und neue Rohstoffquellen für die Faserherstellung zu erschließen.
Ergebnisse
Im Projekt konnten alternative cellulosehaltige Rohstoffe erfolgreich für den Einsatz im Lyocell-Verfahren erschlossen werden. Durch gezielte enzymatische Aktivierung wurden Zellstoffe aus Hanf, Öllein und Recycling-Baumwolle so modifiziert, dass stabile, homogene Celluloselösungen hergestellt werden konnten. Diese Lösungen erwiesen sich sowohl im Batchbetrieb als auch im kontinuierlichen Lyocell-Prozess als zuverlässig verspinnbar.
Die Verspinnungsversuche zeigten, dass durch geeignete Einstellung von Massestrom, Düsentemperatur, Kapillaranzahl und Verstreckungsverhältnis eine hohe Prozessstabilität erreicht werden kann. Insbesondere Recycling-Baumwolle erwies sich als vergleichsweise robust gegenüber Parameteränderungen. Der erfolgreiche Transfer in einen kontinuierlichen Spinnprozess mit hoher Kapillaranzahl bestätigte die Skalierbarkeit der entwickelten Konzepte. Die Auswahl geeigneter Filterfeinheiten ermöglichte lange Filterstandzeiten bei gleichzeitig geringer Druckbelastung.
Die hergestellten Lyocell-Fasern und -Filamente zeigten textilphysikalische Kennwerte auf dem Niveau konventioneller Lyocell-Fasern. Zugfestigkeiten von über 40 cN/tex konnten reproduzierbar erreicht werden. Mikroskopische Untersuchungen sowie WAXS-Analysen bestätigten eine typische Lyocell-Morphologie und Kristallstruktur ohne Nachweis von Fremdphasen. Insgesamt belegen die Ergebnisse die grundsätzliche Eignung alternativer und recycelter Rohstoffe für die Herstellung hochwertiger Lyocell-Fasern.
Anwendung
Die Projektergebnisse ermöglichen den Einsatz alternativer und recycelter Celluloserohstoffe im industriell relevanten Lyocell-Prozess und leisten damit einen konkreten Beitrag zur textilen Kreislaufwirtschaft. Durch die stoffliche Nutzung landwirtschaftlicher Reststoffe sowie von Recycling-Baumwolle können fossile und primäre Rohstoffe substituiert, regionale Wertschöpfungsketten gestärkt und textile Abfallströme hochwertig zurückgeführt werden. Dies unterstützt die Entwicklung nachhaltiger, ressourceneffizienter Faserlösungen für zukünftige textile Anwendungen.
