Lyocell
Lyocell, ursprünglich 1982 unter dem Namen Tencel bekannt, ist eine Form von Rayon. Es besteht aus Zellulosefasern, die durch Auflösen von Zellstoff und anschließende Rekonstituierung durch trockenes Jet-Net-Spinnen hergestellt werden. Die Faser wird zur Herstellung von Textilien für Bekleidung und andere Zwecke verwendet. Im Gegensatz zu Zellwolle, die nach dem Viskoseverfahren hergestellt wird, wird bei der Herstellung von Lyocell kein schädlicher Schwefelkohlenstoff verwendet, der für Arbeitnehmer und Umwelt giftig ist. ⓘ
"Lyocell" ist zu einer generischen Marke geworden, die sich auf das Lyocell-Verfahren zur Herstellung von Zellulosefasern bezieht. Die U.S. Federal Trade Commission definiert Lyocell als "eine Faser, die aus Cellulose besteht, die aus einer organischen Lösung ausgefällt wird, in der keine Substitution der Hydroxylgruppen stattfindet und keine chemischen Zwischenprodukte gebildet werden". Sie stuft die Faser als eine Unterkategorie von Rayon ein. ⓘ
Lyocell (CLY) ist eine aus Cellulose bestehende, industriell hergestellte Cellulose-Regeneratfaser, die nach dem Direkt-Lösemittelverfahren hergestellt wird. Sie wird vor allem im Bereich der Textilindustrie, aber auch für Vliesstoffe (Nonwovens) und technische Anwendungen genutzt. Lyocell ist die generische Faserbezeichnung und wird von der Lenzing AG unter den Markennamen TENCEL™ und TENCEL™ × REFIBRA™ angeboten. ⓘ
Bezeichnungen
Andere geschützte Namen für Lyocellfasern sind Lenzing Lyocell (Lenzing), Newcell (Akzo Nobel) und Seacell (Zimmer AG). Die Firma Birla vertreibt sie auch unter dem Markennamen Excel. ⓘ
Geschichte
Die Entwicklung von Tencel wurde durch Umweltbelange motiviert; die Forscher versuchten, Zellwolle mit weniger schädlichen Mitteln als die Viskosemethode herzustellen. ⓘ
Das Lyocell-Verfahren wurde 1972 von einem Team in der inzwischen aufgelösten amerikanischen Enka-Faserfabrik in Enka, North Carolina, entwickelt. Im Jahr 2003 verlieh die American Association of Textile Chemists and Colorists (AATCC) Neal E. Franks ihren Henry E. Millson Award for Invention für Lyocell. In den Jahren 1966-1968 untersuchte D. L. Johnson von Eastman Kodak Inc. NMMO-Lösungen. In den Jahren 1969 bis 1979 versuchte die amerikanische Enka erfolglos, das Verfahren zu kommerzialisieren. Der Betriebsname für die Faser innerhalb der Enka-Organisation lautete "Newcell", und die Entwicklung wurde bis zum Pilotanlagenmaßstab vorangetrieben, bevor die Arbeit eingestellt wurde. ⓘ
Das grundlegende Verfahren zur Auflösung von Zellulose in NMMO wurde erstmals 1981 in einem Patent von Mcorsley für Akzona Incorporated (die Holdinggesellschaft von Akzo) beschrieben. In den 1980er Jahren wurde das Patent von Akzo an Courtaulds und Lenzing lizenziert. ⓘ
Die Faser wurde in den 1980er Jahren von Courtaulds Fibres unter dem Markennamen "Tencel" entwickelt. Im Jahr 1982 wurde in Coventry, Großbritannien, eine Pilotanlage mit einer Kapazität von 100 kg/Woche errichtet, und 1984 wurde die Produktion um das Zehnfache (auf eine Tonne/Woche) gesteigert. Im Jahr 1988 wurde in der Pilotanlage in Grimsby, UK, eine halbkommerzielle Produktionslinie mit einer Kapazität von 25 Tonnen/Woche in Betrieb genommen. ⓘ
Das Verfahren wurde erstmals in den Zellwollfabriken von Courtaulds in Mobile, Alabama (1990), und im Werk in Grimsby (1998) kommerziell genutzt. Im Januar 1993 erreichte die Tencel-Anlage in Mobile ihr volles Produktionsniveau von 20.000 Tonnen pro Jahr. Zu diesem Zeitpunkt hatte Courtaulds 100 Millionen Pfund und 10 Jahre in die Entwicklung von Tencel investiert. Die Tencel-Einnahmen für 1993 wurden auf 50 Millionen Pfund geschätzt. Eine zweite Anlage in Mobile wurde geplant. Bis 2004 hatte sich die Produktion auf 80.000 Tonnen vervierfacht. ⓘ
Lenzing begann 1990 mit einer Pilotanlage und 1997 mit einer kommerziellen Produktion von 12 Tonnen/Jahr in einer Anlage in Heiligenkreuz im Lafnitztal, Österreich. Als das Werk 2003 von einer Explosion heimgesucht wurde, produzierte es 20.000 Tonnen/Jahr und plante eine Verdoppelung der Kapazität bis Ende des Jahres. Im Jahr 2004 produzierte Lenzing 40.000 Tonnen [sic, wahrscheinlich metrische Tonnen]. 1998 einigten sich Lenzing und Courtaulds in einem Patentstreit. ⓘ
1998 wurde Courtaulds vom Konkurrenten Akzo Nobel übernommen, der die Tencel-Sparte mit anderen Faserabteilungen unter dem Namen Accordis zusammenfasste und dann an das Private-Equity-Unternehmen CVC Partners verkaufte. Im Jahr 2000 verkaufte CVC die Tencel-Sparte an die Lenzing AG, die sie mit ihrem "Lenzing Lyocell"-Geschäft zusammenlegte, aber den Markennamen Tencel beibehielt. Sie übernahmen die Werke in Mobile und Grimsby und waren 2015 mit 130.000 Tonnen/Jahr der größte Lyocell-Hersteller. ⓘ
2004 übernahm Lenzing die Unternehmensgruppe Tencel. Tencel betrieb nach der Übernahme je eine Anlage in den Vereinigten Staaten (Mobile, Alabama), in Großbritannien (Grimsby) und in Österreich (Heiligenkreuz) sowie eine Pilot- und Forschungsanlage am Standort Lenzing. Die Gesamtnennkapazität betrug 2016 rund 200.000 Jahrestonnen. ⓘ
2014 nahm die Lenzing AG am Standort Lenzing die weltweit größte Tencel-Produktionsanlage mit einer Jahreskapazität von rd. 67.000 Tonnen in Betrieb. Eine geplante Anlage in Mobile, Alabama, die 2018 in Betrieb genommen werden sollte, wurde aufgrund der unsicheren Zollsituation in den USA vorerst gestoppt. Eine Tencel-Anlage mit einer Kapazität von 100.000 Tonnen pro Jahr soll 2021 in der Nähe von Bangkok in Betrieb gehen. Sie soll die weltgrößte Anlage dieser Art sein. ⓘ
Verwendet
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Lyocell wird in vielen alltäglichen Textilien verwendet. Stapelfasern werden in Kleidungsstücken wie Denim, Chino, Unterwäsche, Freizeitkleidung und Handtüchern verwendet. Filamentfasern, die im Allgemeinen länger und glatter als Stapelfasern sind, werden für Artikel verwendet, die ein seidigeres Aussehen haben, wie z. B. Damen- und Herrenhemden. Lyocell kann mit einer Vielzahl anderer Fasern wie Seide, Baumwolle, Viskose, Polyester, Leinen, Nylon und Wolle gemischt werden. Lyocell wird auch für Förderbänder, Spezialpapiere und medizinische Verbände verwendet. ⓘ
Eigenschaften
Lyocell hat viele Eigenschaften mit anderen Fasern wie Baumwolle, Leinen, Seide, Ramie, Hanf und Viskose (mit der es chemisch sehr eng verwandt ist) gemeinsam. Lyocell ist 50 % saugfähiger als Baumwolle und hat im Vergleich zu Modalstoffen ähnlicher Webart eine längere Dochtweite. ⓘ
Im Vergleich zu Baumwolle fühlen sich Lyocell-Fasern nach Ansicht der Verbraucher oft weicher und "luftiger" an, weil sie Feuchtigkeit besser aufnehmen können. Die Behauptungen der Industrie, dass Lyocell eine höhere Knitterfestigkeit aufweist, haben sich bisher nicht bestätigt. Lyocellgewebe kann in der Maschine gewaschen oder chemisch gereinigt werden. Er lässt sich gut drapieren und kann in vielen Farben gefärbt werden, wobei etwas weniger Farbstoff als bei Baumwolle benötigt wird, um die gleiche Farbtiefe zu erzielen. ⓘ
Herstellungsverfahren
Bei der Herstellung von Lyocell wird ein direktes Lösungsmittel verwendet und keine indirekte Auflösung wie bei der Xanthation-Regeneration im Viskoseverfahren. Lyocellfasern werden aus auflösbarem Zellstoff hergestellt, der Cellulose in hoher Reinheit mit wenig Hemicellulose und ohne Lignin enthält. Laubholzstämme (wie Eiche und Birke) werden in etwa briefmarkengroße Quadrate zerkleinert. Die Hackschnitzel werden chemisch aufgeschlossen, entweder im Vorhydrolyse-Kraft-Verfahren oder im Sulfitverfahren, um Lignin und Hemizellulose zu entfernen. Der Zellstoff wird gebleicht, um die verbleibenden Ligninspuren zu entfernen, zu einer Endlosbahn getrocknet und auf Spulen gerollt. Der Zellstoff hat die Konsistenz von dickem Plakatpapier und wird in Rollen mit einem Gewicht von etwa 230 kg (500 lb) geliefert. ⓘ
In der Lyocellfabrik werden die Zellstoffrollen in Quadrate von einem Zoll Größe zerbrochen und in N-Methylmorpholin-N-oxid (NMMO) aufgelöst, so dass eine Lösung entsteht, die "Dope" genannt wird. Die gefilterte Zelluloselösung wird dann durch Spinndüsen gepumpt, Geräte, die bei einer Vielzahl von Kunstfasern verwendet werden. Die Spinndüse ist mit kleinen Löchern versehen, die einem Duschkopf ähneln; wenn die Lösung durch sie hindurchgepresst wird, treten Endlosfasern aus. Die Fasern werden an der Luft gezogen, um die Zellulosemoleküle auszurichten, wodurch die Lyocellfasern ihre charakteristische hohe Festigkeit erhalten. Anschließend werden die Fasern in ein Wasserbad getaucht, in dem sich die Faserstränge durch Desolvatisierung der Cellulose verfestigen. Das Bad enthält etwas verdünntes Aminoxid in einer konstanten Konzentration. Anschließend werden die Fasern mit entmineralisiertem Wasser gewaschen. Anschließend kommt die Lyocellfaser in einen Trocknungsbereich, wo das Wasser aus ihr verdampft wird. ⓘ
Die Herstellung erfolgt dann auf die gleiche Weise wie bei anderen Fasern, z. B. Viskose. Die Stränge kommen in einen Veredelungsbereich, wo ein Gleitmittel aufgetragen wird, bei dem es sich um Seife, Silikon oder ein anderes Mittel handeln kann, je nach der späteren Verwendung der Faser. Bei diesem Schritt handelt es sich im Wesentlichen um eine Entwirrung, bevor die Fasern kardiert und zu Garn gesponnen werden. In diesem Stadium liegen die getrockneten, fertigen Fasern in einer Form vor, die als Werg bezeichnet wird, d. h. ein großes, ungedrehtes Bündel von Endlosfasern. Die Faserbündel werden zu einem Kräusler gebracht, einer Maschine, die die Fasern komprimiert und ihnen Struktur und Volumen verleiht. Die gekräuselten Fasern werden von mechanischen Kardierern kardiert, die einen kammähnlichen Vorgang ausführen, um die Stränge zu trennen und zu ordnen. Die kardierten Stränge werden geschnitten und zu Ballen gepresst, die dann an eine Textilfabrik geliefert werden. Der gesamte Herstellungsprozess, vom Abrollen der Rohzellulose bis zum Pressen der Fasern, dauert etwa zwei Stunden. Danach kann das Lyocell auf verschiedene Weise weiterverarbeitet werden. Es kann mit einer anderen Faser, wie Baumwolle oder Wolle, versponnen werden. Das daraus entstehende Garn kann wie jedes andere Gewebe gewebt oder gestrickt werden und kann mit verschiedenen Veredelungen versehen werden, von weich und wildlederartig bis hin zu seidig. ⓘ
Das Aminoxid, das zum Auflösen der Zellulose und zur Verfestigung der Faser nach dem Spinnen verwendet wird (NMMO), wird recycelt. In der Regel werden 99 Prozent des Aminooxids zurückgewonnen. NMMO baut sich biologisch ab, ohne schädliche Produkte zu erzeugen. Da nur wenig Abfallprodukt anfällt, ist dieses Verfahren relativ umweltfreundlich, wenn auch energieintensiv. ⓘ
Verwendung
Die Faser wird in vielen Bereichen genutzt, etwa für die Herstellung von Denim, Blusenstoffen, Unterwäsche, Funktionstextilien im Sportbereich, für Arbeitsbekleidung, Bettwäsche und -decken sowie als Nonwovens-Produkt (Vliesstoff) für Hygiene- und Kosmetikartikel. Außerdem findet die Faser Verwendung bei Textilien im medizinischen Bereich und für Industrieprodukte. Der Einsatz erfolgt häufig in Mischung mit verschiedenen Fasern wie Baumwolle oder Viskose (Modal) und auch mit synthetischen Fasern wie Polyester und Polyamid. ⓘ
Biologischer Abbau
Lyocell ist eine modifizierte Cellulose-Faser und entsprechend durch Mikroorganismen biologisch abbaubar. Der biologische Abbau im Boden, im Kompost und auch im Seewasser ist nach Angaben von Lenzing nach den gültigen Richtlinien EN 14046 (2003) und ISO 14855 (2005) geprüft und durch ein Vinçotte-Siegel zertifiziert. Auf der Basis von Zerfallsexperimenten konnte ein Gewichtsverlust und damit ein biologischer Abbau von Lyocell-Geweben von etwa 75 % innerhalb von 60 Tagen nachgewiesen werden, womit der biologische Abbau schneller ablief als bei den biologisch abbaubaren Kunststoffen PHBV, PBS und PLA sowie verschiedenen Kompositen aus diesen Materialien mit Lyocellfasern. Lenzing selbst gibt eine Zerfalldauer von 100 % in 16 Wochen an. ⓘ