Biobasierte Faserwerkstoffe

Transkript

1 Institut für Textil- und Verfahrenstechnik Präsentation Netzwerktreffen BioPro Biobasierte Faserwerkstoffe Martin Dauner, Sven Oberhoffner

2 Vortragsthemen Anforderungen der Textilindustrie an Polymere zur Fasererzeugung Faserwerkstoffe auf Basis nachwachsender Rohstoffe Fasern aus biobasierten Rohstoffen Welchen Stellenwert haben Biokunststoffe in der Textilindustrie? Anwendungsgebiete Eigene Erfahrungen beim Einsatz biobasierter Kunststoffe

3 Spinnanlagen Barmag Extruder Barmag Craft Winder Dienes Galetten Hills Spinnkopf 4 fädig Anlagensteuerung: ITV

4 Spinnanlagen Quelle:

5 Anforderungen an faserbildende Polymere Definiertes Molekulargewicht und MWD; PA: i.v. > 0,4 dl/g; PES > 0,5 dl/g)* (Fließverhalten, Faserbildung, Scherung, Düsendruck) Hohe Reinheit und Homogenität: Faserdurchmesser µm Anlage: Filterfeinheit < 50 µm, Spinnkapillardurchmesser ~ 200 µm Geringer Verzweigungsgrad Scher- und thermostabil (Zersetzungstemperatur > T S + 30K)* Spinnstabilität * grobe Anhaltswerte

6 Anforderungen an faserbildende Polymere Kristallisierfähig bei Verstreckung (Ausnahmen: starke Wasserstoffbrückenbindungen oder T G > Anwendungstemperatur) Festigkeit und E-Modul nach Verstreckung ca. Faktor 10 über Spritzgussformteilen Anfärbbarkeit (Spinnmasse oder separater Färbeprozess am Garn) Verarbeitbar auf Standardanlagen

7 Weltproduktion an Chemiefasern Polyesterfasern Polyamidfasern Polyacrylfasern/Polypropylen Sonstige synthetische Fasern Synthetische Fasern gesamt Cellulosische Fasern Chemiefasern insgesamt Angaben in 1000 Tonnen Quelle: 07/2011

8 Chemiefaserproduktion in Deutschland 20% der biobasierten Kunststoffe gehen in die Faserproduktion to von to (2008) nahezu völlig in Fasern aus Cellulosederivate!? Quelle: Andreas Schütte, FNR, Biobasierte Werkstoffe, 15./16. Juni 2010

9 Faserwerkstoffe auf Basis nachwachsender Rohstoffe > Jahre Einsatz von Naturfasern (Kurz- oder Stapelfasern): Haare, Wolle, Seide Baumwolle, Cellulose, Leinen, Flachs, Hanf, Jute... > 100 Jahre: Regenerat-Fasern (auch endlos, d.h. Filamente) Cellulose-Acetat, Viskose, Lyocell

10 Faserwerkstoffe auf Basis nachwachsender Rohstoffe Biobasierte Polymere, degradierbar Polymilchsäure (Cargill/Natureworks, USA; Pyramid Bioplastics, D) Polyhydroxybuttersäure (Metabolix, USA; Biomer, D)

11 Faserwerkstoffe auf Basis nachwachsender Rohstoffe Anwendung Medizintechnik (Implantate) H 3 C O C O O C Lactid O CH 3 O O C C O Glykolid O Butyrate/Valeriate Seide Collagen Alginat

12 Medizinische resorbierbare Polymere Chirurgisches Nahtmaterial Geflochtenes Multifilament Monofilament

13 Faserwerkstoffe auf Basis nachwachsender Rohstoffe Biobasierte Polymere, nicht degradierbar Polyamid 11 (Arkema); PA 4/10* (DSM); PA 6/10* (DuPont, Evonik); PA 10/10 (DuPont, EMS, Evonik) Polyester PTT* (DuPont) Stärke (Novamont (I), Mater-Bi) Polyurethane* (BASF, BAYER, Apinat) * teilweise biobasiert

14 Chemiefasern aus biobasierten Rohstoffen (ohne PA) Viskose Produktion seit Anfag 20. Jhdt., Lyocell* (*Lenzing; Kelheim Fibers; Cordenka GmbH; Enka GmbH) Cellulose-Acetat (Rhodia) Cellulosische Produkte: ca. 10% der Chemiefaserproduktion Polylactid (PHP; Trevira; Radici (I); Unitika (J); Teijin (J)...) Poly-4-hydroxybuttersäure Tepha, USA (Medizin) Polyester PTT (DuPont, USA: Sorona)

15 Polyamid-Fasern aus biobasierten Rohstoffen 1935: W.H. Carothers: Erfindung des Nylon Multifilamente: PA 11: Polymer Rilsan (Arkema, F); Faserhersteller: Sofila, F; Unitika, J Monofilamente: PA11; PA 1010; PA 6.10: MA.RE S.p.A. (I); FIL.VA SRL (I);...

16 Polyamid-Fasern aus biobasierten Rohstoffen PA 11 Vorzüge von Rilsan lt. Arkema: 100% biobasiert; Basis Rizinusöl leicht (1,04 g/cm³), weich, bakteriostatisch, verschleiß- und abriebfest 15% geringerer Energiebedarf und 75% geringerer CO 2 -Ausstoß verglichen mit erdölbasierten Polyamiden Spezielle Fasertype Anwendung: Schuh, Bekleidung, Koffer Quelle: Press_kit_techtextil_va_2009.pdf, 07/2011

17 Polyamid-Fasern aus biobasierten Rohstoffen Greenfil (Sofila) auf Basis PA 11 Zusammenarbeit Arkema (F) + Radici (I) + Sofila (F) Entwicklung eines spinnfähigen Polymers (Viskosität) Anpassung der Spinntechnologie (Feuchtigkeit, Filterung) Festigkeit bis 38 cn/tex; Dehnung 25% bis 38%; hohes Arbeitsvermögen Quelle: Vortrag Grosjean, Bona, Chhun, Int. Chemiefasertagung Dornbirn, 2009

18 Polyamid-Fasern aus biobasierten Rohstoffen Greenfil auf Basis PA 11 (2) Feuchtigkeitsaustausch Intrinsische bakteriostatische Eigenschaften Geringe Beeinträchtigung der Nahrungsmittelkette und der Umwelt: Non edible crops Non GMO Use few pesticides Grown on poor soil Low water consumption Quelle: Vortrag Grosjean, Bona, Chhun, Int. Chemiefasertagung Dornbirn, 2009

19 Polyamid-Fasern aus biobasierten Rohstoffen Greenfil auf Basis PA 11 (3) Quelle:

20 Polyamid-Fasern aus biobasierten Rohstoffen Greenfil auf Basis PA 11 (4) Filtertest (Radici) Quelle: Vortrag Grosjean, Bona, Chhun, Int. Chemiefasertagung Dornbirn, 2009

21 Anwendungsgebiete biobasierter Fasern Medizintechnik (resorbierbar) Geo-/Agrotextilien (abbaubar) Angelschüre (Monofil), Kunstrasen Teppichböden PGA, PLA, PHB PLA PA PA PTT, PA, PLA, Viskose

22 Anwendungsgebiete biobasierter Fasern (2) Filter (Monofil, Vliesstoff); Automobil Bekleidung Bettwaren PA, PLA, Cellulose-Acetat PTT, PA, (PLA!) Viskose, CA, PA, PTT, PLA Viskose, (PLA!)

23 Aspekte für Fasern aus biobasierten Polymeren Biobasiert Biodegradierbar Biobasiert degradierbar/kompostierbar oder stabil Eingriff in Nahrungsmittelkette? Hoher Preis schlechtere Eigenschaften (?)

24 Aspekte für Fasern aus biobasierten Polymeren Quelle: Schneller, BASF

25 Erfahrungen am ITV Nachwachsende Rohstoffe Filamentgarnerzeugung Entwicklung von Fasern auf Basis Polyglykolsäure, Polylactid, P-4-HB (Mater-Bi) PA 10/10

26 Zusammenfassung Biobasierte Rohstoffe werden seit jeher in Textilien eingesetzt, vor allem in Form von Naturfasern und cellulosischen Fasern. Herstellung von Chemiefasern hat erhöhte Anforderungen an die Polymere. Polyamide haben kleinen, und biobasierte Polyamide sehr kleinen Anteil an Faserwerkstoffen. Textilmarkt ist sehr stark preisgetrieben PA-Fasern sind nur durch besondere Eigenschaften vermarktbar. Verbrauchermarkt: stark Image abhängig

27 Wir stehen für Ihre Versuche zur Verfügung Vielen Dank!