Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Spinnkopf mit integrierter Membran für die Herstellung funktionalisierter Filamente

Die Herstellung funktionalisierter Fasern erfolgt in einem mehrstufigen Prozess, indem zuerst die Faser per Schmelz- oder Nassspinnen hergestellt und anschließend in einem oder mehreren Nachbehandlungsschritten funktionalisiert wird. Insbesondere neue technische Fasern aus Proteinen sind mit herkömmlichen kontinuierlichen Nassspinnverfahren schwierig herzustellen, da die Verfestigung von Proteinen im Vergleich zu Polymeren langsamer abläuft.

Mit diesem Forschungsvorhaben soll die Herstellung von funktionalisierten Polymer- und Proteinfasern mit einem Spinnkopf, in dem eine Membran integriert ist, etabliert werden. Durch die Eigenschaften des neuen Spinnkopfs werden ein kontrolliertes Ausfällen und eine nachgeschaltete Funktionalisierung der Faser bereits im Spinnkopf ermöglicht. Somit können funktionalisierte Vollfasern im Einschritt-Verfahren hergestellt werden. Durch das Einschritt-Verfahren können funktionalisierte Fasern in kontinuierlichen Prozessen ressourcenschonender hergestellt, sowie Fasern mit neuartiger Funktionalisierung entwickelt werden. Funktionalisierte Fasern finden Einsatz in verschiedenen Bereichen der Textilindustrie wie Bekleidung und Medizintechnik sowie auch in der Filtertechnik für die Wasseraufbereitung.

Anwendungen von Fasern mit neuartiger Funktionalisierung werden in enger Zusammenarbeit mit den Firmen im projektbegleitenden Ausschuss entwickelt.

Die kontinuierliche Herstellung von Fasern aus Proteinen ermöglicht es dem KMU aus dem Bereich der Verarbeitung von Biopolymeren eine wichtige Erweiterung des Produktspektrums. Der Einsatz von Membranen im neuen Spinnkopf bietet dem KMU aus dem Bereich der Membrantechnik die Möglichkeit Kunden aus dem Bereich des Textilmaschinenbaus zu gewinnen. Neuartig funktionalisierte PAN-Fasern können in Filtermedien eingesetzt werden und bieten für das KMU aus dem Bereich der Anwendungsberatung die Möglichkeit neue Kunden, die an Wasseraufbereitung interessiert sind, zu gewinnen.

Ergebniszusammenfassung:

Ein neues Nassspinnverfahren wurde in diesem Forschungsvorhaben entwickelt, das die Verfestigung und Funktionalisierung einzeln und parallelgesponnener Filamente in einem Prozessschritt im Spinnkopf ermöglicht. Das neue Verfahren kann mit etablierten Spinnanlagen durchgeführt werden. Dabei ist die Verwendung von Koagulations- und Funktionalisierungsbädern nicht mehr nötig. Somit sind die Voraussetzungen für einen schnellen Transfer in industrielle Anwendungen erfüllt.

In diesem Forschungsvorhaben wurden geeignete Spinnparameter für die Herstellung von Filamenten aus unterschiedlichen Stoffsystemen identifiziert. Mit einem Spinnkopf mit integrierter Membran wurden Alginat, Chitosan und PAN-Filamente erfolgreich hergestellt. Die Erweiterung des Spinnkopfs um ein Funktionalisierungssegment ermöglichte die erfolgreiche Herstellung funktionalisierter Alginat und Chitosanfilamente in einem Prozessschritt. Durch die Verwendung von Spinnköpfen mit mehreren integrierten Membranen konnte das parallelisierte Spinnen von Filamenten für das Stoffsystem Alginat gezeigt werden. Die Herstellung parallelgesponnener, funktionalisierter Filamente konnte ebenfalls gezeigt werden. Der Transfer der Erfahrungen aus Spinnversuchen mit einem Kunststoff-Spinnkopfprototypen auf das Spinnen mit einem Edelstahlspinnkopf und integrierter keramischer Membran wurde erfolgreich durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen somit die Anwendbarkeit des neuen Verfahrens auf das industrielle Spinnen mit organischen Lösemitteln. Wir sehen das erfolgreiche Forschungsvorhaben als einen sehr guten Ausgangspunkt für KMUs der Filamentherstellung diese Methode für etablierte und neue Stoffsysteme umsetzten zu können.

• Entwicklung einer neuen Methode zur Herstellung von funktionalisieren Filamenten in einem Prozessschritt.

• Geeignete Spinnkopfgeometrien und Spinnparameter wurden entwickelt.

• Die gewonnenen Erkenntnisse wurden erfolgreich auf das Verspinnen der Polymersysteme Alginat, Chitosan und Polyacrylnitril