موسسه DITF با به کارگیری لیگنین به عنوان پیش ماده موفق به توسعه یک فرایند زیست سازگار و اقتصادی برای تولید الیاف کربن شده است.
به گزارش سرویس اطلاع‌رسانی نساجی امروز، تولید الیاف کربن در مقیاس صنعتی معمولا با استفاده از پلی اکریلونیتریل به عنوان پیش ماده انجام می شود. فرایند تثبیت و کربونیزاسیون الیاف معمولا در کوره های با دمای بالا و در یک زمان توقف طولانی انجام می گردد. این روش تولید نیازمند صرف مقادیر زیادی از انرژی بوده و الیاف حاصل نیز الیاف گران قیمتی هستند. علاوه بر آن باید در طول فرایند تولید محصولات جانبی سمی را جداسازی کرد که خود فرایندی گران و انرژی بر است.
مرکز آلمانی DITF Denkendorf(موسسات تحقیقاتی الیاف و نساجی آلمان) موفق به توسعه فرایند جدیدی شده است که باعث صرفه جویی چشمگیری در مصرف انرژی در تمامی مراحل فرایند می شود. در این روش از لیگنین به جای پلی اکریلو نیتریل در تولید الیاف پیش ماده استفاده می شود و در مرحله بعدی این الیاف به الیاف کربن تبدیل می شوند. استفاده از لیگنین به عنوان ماده اولیه در تولید صنعتی الیاف کربن تا کنون چندان مورد توجه نبوده است. لیگنین یک ماده اولیه خام ارزان قیمت است که در مقادیر زیادی در دسترس بوده و در واقع محصول ضایعاتی در فرایند تولید کاغذ به شمار می رود.
فرایند جدید تولید الیاف لیگنین بر پایه محلول آبی لیگنین است. برای این منظور چوب را به اجزای تشکیل دهنده آن یعنی لیگنین و سلولز جداسازی می کنند. با استفاده از فرایند سولفیت، لیگنوسولفونات تولید می شود که در آب قابل حل می باشد. سپس از محلول آبی لیگنین به عنوان ماده اولیه برای ریسیدن الیاف با استفاده از یک فرایند ریسندگی خشک استفاده می شود.
در طول فرایند ریسندگی، اکسترودر توده مورد نظر را از طریق یک نازل با فشار به درون شفت ریسندگی حرارت دهی شده هل می دهد. در شفت ریسندگی الیاف مداوم حاصل به سرعت و به طور یکنواخت خشک می شوند. فرایند ریسندگی الیاف لیگنین از محلول آبی کاملا جدید و دوستدار محیط زیست است و نیاز به استفاده از هیچ گونه حلال یا افزودنی های سمی ندارد.
مراحل تولید الیاف کربن برای مثال تثبیت در هوای داغ و پس از آن کربونیزاسیون در کوره با دمای بالا مشابه مراحل تولید الیاف کربن با استفاده از پلی اکریلونیتریل به عنوان پیش ماده است. با این حال در این قسمت نیز الیاف لیگنین مزایای خاص خود را دارند چون فرایند تثبیت آن ها در آون با هوای داغ به سرعت انجام می شود و برای کربونیزاسیون نیز به دمای نسبتا پایینی نیاز است. این فرایند در مقایسه با فرایند تولید الیاف کربن با پلی اکریلونیتریل باعث صرفه جویی حدود 50 درصدی در مصرف انرژی می شود و دارای مزایای واقعا رقابت پذیری است.
مزایای فنی الیاف لیگنین ریسیده شده از آب
در فرایند ریسندگی خشک امکان ریسندگی در سرعت های بالا وجود دارد. در نتیجه در زمان کوتاه تر مواد اولیه بیشتری در مقایسه با روش پلی اکریلونیتریل تولید می شود. این یکی دیگر از مزایای رقابت پذیر این روش است که تاثیری نیز بر کیفیت الیاف لیگنین نخواهد گذاشت. الیاف لیگنین حاصل بسیار یکنواخت بوده و دارای سطح نرم و بدون چسبندگی می باشند. این ویژگی های ساختاری امکان پردازش بیشتر الیاف کربن و همچنین کامپوزیت های لیفی را تسهیل می کند.
به طور خلاصه الیاف لیگنین به دست آمده در فرایند ریسندگی جدید در مقایسه با الیاف پلی اکریلونیتریل به وضوح دارای مزایای قیمتی و محیط زیستی هستند. از سوی دیگر خواص مکانیکی الیاف کربن تهیه شده از آن ها نیز تقریبا مشابه است. استحکام، مقاوت و سبکی الیاف کربن تهیه شده از لیگنین به همان اندازه ای است که در محصولات تجاری در دسترس باید باشد.
احتمالا الیاف کربن تهیه شده از الیاف لیگنین ریسیده شده از آب در بخش های ساخت و ساز و خودروسازی مورد توجه قرار می گیرد چون باعث کاهش محسوس هزینه ها در فرایندهای تولیدی می شود.