Ioncell fibres from alternative cellulose sources for nonwovens

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Date
2024-06-11
Department
Major/Subject
Fibre and Polymer Engineering
Mcode
CHEM3024
Degree programme
Master's Programme in Chemical, Biochemical and Materials Engineering
Language
en
Pages
111
Series
Abstract
The textile and nonwoven industries are growing rapidly, rely heavily on non-renewable raw materials and have a low rate of recycling. To change this into a more sustainable direction, textile fibres made from renewable and recycled feedstocks must be developed. A potential solution is to increase usage of man-made cellulosic fibres that combine the renewable nature of natural fibres with added benefits related to synthetic fibres. The main raw material used for man-made cellulosic fibres is wood pulp. However, it is important to consider alternative sources of cellulose to avoid putting too much pressure on forest ecosystems and ensuring a wide enough availability of sustainably produced cellulose to fit growing demands. The Ioncell process is an emerging technology for producing regenerated cellulosic fibres using ionic liquids as solvents. A variety of raw materials have successfully been used for production of fibres with the Ioncell process, including wood pulp and cotton, as well as many recycled materials such as cardboard, newsprint, and textile waste. This study examined the possibility of using cellulosic raw materials other than wood to produce regenerated fibres with the Ioncell process for production of nonwovens. The studied raw materials were recycled nonwovens and straw pulp. Both raw materials were successfully processed into regenerated fibres and the fibres could be used to produce new nonwovens. The recycled nonwoven could also be upcycled into yarn and a knitted textile sample was produced. Two chemical pre-treatments were applied to the recycled nonwoven to allow sufficient spinnability and improve fibre properties: NaOH for removing binders, and H2SO4 for removing a TiO2 mattifying agent. Sufficient spinnability for production of fibres for nonwovens could be reached by using only the NaOH-treatment, and the H2SO4-treatment can be added for production of fibres for knitted or woven textiles or ifthinner fibres are required. The produced fibres from both starting materials showed a slightly lowered tenacity compared to standard Ioncell fibres, but still reached competitive values compared to commercially available man-made cellulosic fibres. Thus, it can be concluded that both recycled nonwovens and straw pulp can be processed into regenerated fibres suitable for production of new nonwovens with the Ioncell process.

Tekstiili- ja kuitukangasteollisuudet ovat nopeasti kasvavia ja vahvasti riippuvaisia ei-uusiutuvista raaka-aineista ja niillä on matala kierrätysaste. Jotta tämä voi muuttua kestävämpään suuntaan, tekstiilikuituja täytyy kehittää uusiutuvista raaka-aineista ja kierrätetyistä materiaaleista. Mahdollinen ratkaisu tähän on regeneroidut selluloosakuidut, jotka yhdistävät luonnonkuitujen uusiutuvuuden synteettisten kuitujen hyötyihin. Regeneroitujen selluloosakuitujen yleisin raaka-aine on puupohjainen sellu. On kuitenkin tärkeää harkita vaihtoehtoisia lähteitä selluloosalle, jotta vältetään asettamasta liikaa painetta metsäekosysteemeille ja taataan riittävä saatavuus kestävästi valmistetulle selluloosalle täyttämään sen kasvava kysyntä. Ioncell-menetelmä on lupaava teknologia, jolla valmistetaan regeneroituja selluloosakuituja käyttäen ionisia nesteitä liuottimina. Ioncell-menetelmää on onnistuneesti käytetty kuitujen valmistukseen monista eri raaka-aineista, kuten puupohjaisesta sellusta ja puuvillasta, sekä kierrätetyistä materiaaleista kuten pahvista, sanomalehdistä ja tekstiilijätteestä. Tässä työssä tutkittiin puulle vaihtoehtoisia selluloosan lähteitä regeneroitujen kuitujen valmistukseen Ioncell-menetelmällä kuitukankaita varten. Tutkittavat materiaalit olivat kierrätetty kuitukangas ja olkisellu. Molemmista materiaaleista oli mahdollista valmistaa regeneroituja kuituja ja niistä pystyttiin valmistamaan kuitukankaita. Kierrätetystä kuitukankaasta oli myös mahdollista valmistaa lankaa ja neulottu kangaspala. Kuitujen kehrättävyyden ja ominaisuuksien parantamiseksi kierrätettyä kuitukangasta muokattiin kahdella esikäsittelyllä. NaOH-käsittelyllä poistettiin kankaasta sidosaineita ja H2SO4-käsittelyllä poistettiin mattaisuutta tuovaa TiO2-pigmenttiä. Pelkällä NaOH-käsittelyllä saavutettiin riittävän hyvä kehrättävyys kuitukankaita varten, ja lisäämällä H2SO4-käsittely kehrättävyyttä pystyttiin parantamaan riittävälle tasolle valmistaa ohuempia kuituja ja kuituja langanvalmistusta varten. Molemmista raaka-aineista valmistetut kuidut olivat hieman heikompia kuin tavanomaiset Ioncell-kuidut, mutta ne olivat silti kilpailukykyisiä verrattuna kaupallisesti saatavilla oleviin regeneroituihin selluloosakuituihin. Täten voidaan sanoa, että sekä kierrätetty kuitukangas ja olkisellu sopivat kuitujen valmistukseen Ioncell-menetelmällä ja kuituja voidaan käyttää uusien kuitukankaiden valmistukseen.
Description
Supervisor
Hummel, Michael
Thesis advisor
Nygren, Nicole
Keywords
cellulose, Ioncell, nonwovens, straw, textile recycling, textiles
Other note
Citation