Új eljárás ígéri a szénszálak költséghatékony és energiatakarékos előállítását ligninből. A Denkendorfi Német Textil és Szálkutató Intézet (DITF) fejlesztése az oldószerek használatát is elkerüli, és a poliakrilonitril (PAN) helyett a papírgyártásból származó lignint használja alapanyagként.
A fonási folyamat az úgynevezett száraz fonási eljárással történik, amely nagy fonási sebességet tesz lehetővé. A lignin prekurzor szálak rendkívül homogénnek, sima felületűnek és tapadásmentesnek tekinthetők. Az energiamegtakarítás ezekben a technológiai lépésekben a PAN-hoz képest körülbelül 50%-os.
A DITF-en új, környezetbarát és költségkímélő eljárást fejlesztettek ki a ligninből szénszálak előállítására. Nagy energiatakarékossági potenciál jellemzi. Az oldószerek elkerülése és a természetes nyersanyagok felhasználása környezetbaráttá teszi az eljárást.
Új nyersanyag válthatja fel a bevált eljárást
A szénszálakat ipari méretekben általában poliakrilnitrilből (PAN) állítják elő. A szálak stabilizálása és karbonizálása hosszú tartózkodási idővel, magas hőmérsékletű kemencékben történik. Ez sok energiába kerül és drágítja a szálakat. Ezenkívül mérgező melléktermékek keletkeznek, amelyeket a gyártási folyamatból költséges és energiaigényes eljárással kell leválasztani.
A DITF-en kifejlesztett új eljárás nagymértékű energiamegtakarítást tesz lehetővé mindezen eljárási lépésekben. A poliakrilonitrilt a lignin helyettesíti a prekurzorszálak előállításában, amelyeket egy második eljárási lépésben szénszálakká alakítanak át. A szénszálak előállításához szükséges kiindulási anyagként használt lignin eddig kevés figyelmet kapott az ipari termelésben. Ez egy olcsó, nagy mennyiségben rendelkezésre álló nyersanyag, amely a papírgyártás során keletkező hulladéktermék.
Új utak a szénszálakhoz
A ligninszálak előállítására szolgáló új eljárás a lignin vizes oldatán alapul. Ehhez a fát lignin és cellulóz alkotórészeire választják szét. Egy szulfitos feltárási folyamat lehetővé teszi a lignoszulfonát előállítását, amelyet vízben oldanak.
Magát a fonási folyamatot az úgynevezett száraz fonási eljárással végzik. Ebben az eljárásban egy extruder a fonótömeget egy fúvókán keresztül egy fűtött fonótengelybe préseli. A keletkező folytonos szálak gyorsan és egyenletesen száradnak a fonótengelyben. A vizes oldatból fonott ligninszálak – ez egy teljesen új és környezetbarát megközelítés, mivel az eljárás egyáltalán nem igényel oldószereket vagy mérgező adalékanyagokat.
A szénszálak előállításának következő lépései, nevezetesen a forró levegőn történő stabilizálás és az azt követő karbonizálás a magas hőmérsékletű kemencében, hasonlóak a szokásos eljáráshoz, amikor PAN-t használnak prekurzor szálként. A ligninszálak azonban itt is megmutatják előnyeiket, mivel a forró levegővel működő kemencében különösen gyorsan stabilizálhatók, és a karbonizálás során csak viszonylag alacsony hőmérsékletet igényelnek. Az energiamegtakarítás ezekben a technológiai lépésekben a PAN-hoz képest körülbelül 50%-os, és ez valódi versenyelőnyt jelent.
A vizes oldatból fonott ligninszálak technikai előnyöket kínálnak
A ligninszálak előállítására szolgáló új eljárás során a fát először szétválasztják lignin és cellulóz alkotórészeire. Egy szulfitos feltárási folyamat lehetővé teszi a vízben oldott lignoszulfonát előállítását. A lignin vizes oldata ezután a szálak fonásának kiindulási anyaga.
A száraz fonási eljárás nagy fonási sebességet tesz lehetővé. Ennek eredményeként sokkal több anyag állítható elő rövidebb idő alatt, mint a PAN szálak esetében. Ez egy újabb versenyelőny, amely mindazonáltal nem teszi lehetővé, hogy a lignin prekurzor szálak minőségében kompromisszumokat kössenek: Ezek valójában rendkívül homogének, sima felületűek és nincsenek tapadások. Ezek a szerkezeti jellemzők megkönnyítik a további feldolgozást szénszálakká és végső soron szálkompozitokká.
Összefoglalva, az új fonási eljárással nyert prekurzor ligninszálak költséghatékonyság és környezetbarát jelleg tekintetében egyértelmű előnyöket mutatnak a PAN-nal szemben. A belőlük előállított szénszálak mechanikai tulajdonságai viszont szinte összehasonlíthatóak – ugyanolyan erősek, ellenállóak és könnyűek, mint a kereskedelmi forgalomban kapható termékekből ismertek.
A vízzel fonott ligninszálakból készült szénszálak valószínűleg különösen érdekesek lesznek az építőiparban és az autóiparban történő alkalmazásokban, amelyek nagy hasznát veszik a gyártási folyamat költségcsökkentésének.
szerk/ford: Tóth János, forrás: DITF
