Production and characterization of Ioncell® fibers from paper-grade pulps
No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Author
Date
2024-06-11
Department
Major/Subject
Biomass Refining
Mcode
CHEM21
Degree programme
Master's Programme in Chemical, Biochemical and Materials Engineering
Language
en
Pages
76+1
Series
Abstract
The increasing need for more sustainable textiles to replace fossil-based textiles, such as polyester and water-intensive cotton production, has resulted in new innovative methods to produce man-made cellulose fibers (MMCF). Ioncell® technology utilizes superbase-based ionic liquids (IL) as cellulose solvents for spinning solution (dope) formation that is dry-jet wet spun to form Ioncell® fibers. In this work, eucalyptus, and pine kraft pulps are dissolved into the ionic liquid [mTBDH][OAc]. Successful Ioncell® spinning requires a constant intrinsic viscosity of the pulp in the range of 420 to 500 mL·g-1. Since paper-grade pulps have a significantly higher intrinsic viscosity, a controlled adjustment of the intrinsic viscosity, expressed as the degree of polymerization (DPv), is required as a pretreatment in this target range. The DP adjustment is conducted by acid hydrolysis in 0.1 M sulfuric acid at 80 °C and a duration determined by preliminary kinetic tests. Spinning dopes are produced from both untreated and DP-adjusted pulps. The rheological examination of the dopes shows optimum viscoelastic behavior for the spinning dopes produced from the DP-adjusted pulps. Successful spinning is achieved in two different scales, in single filament spin-ning and multifilament spinning with 200 holes. The fibers resulting from multifilament spinning have superior strength properties compared to other commercial regenerated fibers with a tenacity of around 45 cN·tex-1 and a linear density of 1.6 dtex, which is achieved with a draw ratio (DR) of 8. The produced fibers are spun into Ioncell® yarn and knitted into a textile fabric.Ympäristöystävällisille tekstiileille on kova tarve, jotta fossiilisista raaka-aineista valmistettujen tekstiilien kuten polyesterin ja runsaasti vettä kuluttavan puuvillan määrää voisi vähentää. Uusia innovatiivisia prosesseja, joilla selluloosamuuntokuituja voidaan valmistaa, on kehitetty lisää. Ioncell® teknologia hyödyntää superemäksistä valmistettuja ionisia liuottimia muodostaen selluloosan kanssa korkeaviskoosisen liuoksen, joka puristetaan filamenteiksi dry-jet wet -menetelmällä. Tässä työssä raaka-aineena käytettävää eukalyptus- ja mäntysulfaattisellua liuotetaan [mTBDH][OAc] ioniseen liuottimeen. Raaka-aineen viskositeetti täytyy olla 420–500 mL·g-1 laadukkaiden Ioncell® -kuitujen valmistamiseksi. Koska sulfaattisellukuitujen viskositeetti on tyypillisesti korkea, täytyy viskositeettia alentaa kontrolloiduissa olosuhteissa. Happohydrolyysi toteutetaan käyttäen 0.1 M rikkihappoa 80 °C lämpötilassa esimääritettyjen reaktioaikojen mukaan. Sekä happohydrolysoiduista että hydrolysoimattomista eukalyptus- ja mäntyselluista muodostetaan liuokset, joiden reologia-analyysien perusteella hydrolysoiduilla selluilla on optimaaliset viskoelas-tiset ominaisuudet kuitujen tuottamiseen. Kahdella erikokoisella laitteistolla onnistutaan tuottamaan muuntokuituja: yksittäiskuitulaitteistolla ja isolla 200 kuidun laitteistolla. Suurella laitteistolla valmistetuilla kuiduilla on erinomaiset kestävyysominaisuudet, kuten vetolujuus 45 cN·tex-1 ja lineaarinen tiheys 1.6 dtex vetosuhteella 8 verrattuna muihin kaupallisiin muuntokuituihin. Tuotetuista Ioncell® kuiduista kehrätään lankaa, josta koneellisesti neulotaan tekstiilipala.Description
Supervisor
Hummel, MichaelThesis advisor
Lê Huy, QuangFang, Wenwen
Keywords
paper-grade pulp, kraft pulp, Ioncell®, regenerated fibers, acid hydrolysis, MMCF
