Lyocell: Eine nachhaltige, starke Zellulosefaser für Mode und Industrie

Lyocell ist eine künstliche Faser, die aus Zellulose gewonnen wird und in den USA unter dem Markennamen Tencel vermarktet wird. Durch ein Lösungsmittel-Spinnverfahren bleibt die Zellulose chemisch unverändert, was zu einem außergewöhnlich starken Gewebe führt. Die Vielseitigkeit reicht von Automobilfiltern, Seilen, Schleifprodukten, Verbänden und Schutzkleidung bis hin zu Damenbekleidung als Hauptanwendungsbereich.

Hintergrund

Zellulosebasierte Textilien reichen bis ins mittlere 19. Jahrhundert zurück, doch die kommerzielle Produktion begann erst 1889. Der Schweizer Chemiker George Audemars erhielt 1855 ein englisches Patent für künstliche Seide aus Maulbeerrinde. Er ahmte die Methode des Seidenraupen nach, indem er die inneren Fasern der Rinde auflöste und anschließend mit einer Nadel Fäden formte. Der englische Chemiker Joseph W. Swan verfeinerte Audemars' Verfahren, indem er die Lösung durch feine Düsen presste, um Filamente für Glühlampen herzustellen. Obwohl Swan 1885 Zellulosegewebe vorstellte, fand es kein Interesse.

Der französische Chemiker Graf Hilaire de Chardonnet brach 1889 neues Terrain, indem er auf der Pariser Weltausstellung „künstliche Seide“ – später als Viskose bekannt – präsentierte. Ein Werk in Besançon, Frankreich, eröffnete 1891 und katapultierte Viskose in die Mainstream-Mode. In den USA begann die American Viscose Company, eine Tochter von Samuel Courtaulds & Co., 1910 mit der Viskoseproduktion und legte den Grundstein für das spätere Courtaulds PLC (heute Accordis Fibers).

Das 20. Jahrhundert brachte rasante Fortschritte bei künstlichen Fasern. Acetat debütierte 1924, Nylon 1939, Acryl und Polyester in den 1950er Jahren. Im Gegensatz zu synthetischen Polymeren auf petrochemischer Basis sind Viskose, Acetat und Lyocell zellulosebasiert – oft als „natürliche“ Fasern bezeichnet, obwohl sie industrielle Verarbeitung erfordern.

In den späten 1970ern und frühen 1980ern entwickelten Courtaulds Fibres und American Enka ein Lösungsmittel-Spinnverfahren, das den Prozess vereinfachte und umweltfreundlicher gestaltete. Herkömmliche Viskose, eine regenerierte Zellulosefaser, erfordert mehrere Schritte – Umwandlung der Zellulose in Xanthogenat, Lösung in Natronlauge, dann Regeneration. Beim Lösungsmittelspinnen hingegen wird ein ungiftiges Aminoxid verwendet, das vollständig recycelt wird, was die Umweltbelastung drastisch reduziert. Lyocell kam 1992 unter der Marke Tencel auf den US-Markt, der Gattungsname „Lyocell“ wurde 1996 eingeführt. Der österreichische Konzern Lenzing AG stieg nach der Übernahme von American Enkas Viskosebetrieb 1992 in den Markt ein.

Rohstoffe

Der Kernbestandteil ist Zellulose, ein natürliches Polymer, das in allen Pflanzenzellen vorkommt und die Primärquelle für Baumwolle, Hanf und Leinen ist. Für Lyocell wird Zellulose aus Hartholzzellstoff – meist Eiche und Birke – gewonnen, der auf bewirtschafteten Plantagen wächst, die für andere Landwirtschaft ungeeignet sind. Das Verfahren nutzt ein Aminoxid-Lösungsmittel und Wasser, Veredelungsmittel wie Seife oder Silikonschmierstoffe. Lyocell-Stoffe werden mit Farbstoffen gefärbt, die mit Baumwolle und Viskose kompatibel sind.

Der Herstellungsprozess

Vorbereitung des Holzstoffs

• 1. Für Lyocell bestimmte Harthölzer werden gefällt, zum Werk transportiert, in 6,1 m lange Stücke geschnitten und mit Hochdruckwasserstrahlen entrindet. Die Stämme werden zu chips in Briefmarkengröße gehackt, dann in chemische Digester gefüllt, die sie zu nassem Zellstoff aufweichen. Der Zellstoff wird gewaschen, optional gebleicht, zu dicken Platten getrocknet und auf riesige Spulen von bis zu 227 kg Gewicht gewickelt.

Lösen der Zellulose

• 2. Im Lyocellwerk werden die Zelluloseplatten abgerollt, in 2,5 cm große Stücke geschnitten und in ein beheiztes, unter Druck stehendes Gefäß mit Aminoxid geladen.

Filtration

• 3. Die Zellulose löst sich nach kurzer Einwirkzeit zu einer klaren Lösung. Diese wird gefiltert, um sicherzustellen, dass alle Partikel vollständig gelöst sind.

Spinnen

• 4. Die gefilterte Lösung wird durch Spinnendüsen – Geräte mit zahlreichen winzigen Löchern ähnlich einem Duschkopf – gepumpt, wodurch lange Faserstränge entstehen. Diese Stränge werden in ein verdünntes Aminoxidbad getaucht, um sie zu verfestigen, anschließend mit entmineralisiertem Wasser gewaschen.

Trocknen und Veredeln

• 5. Die Fasern gelangen in eine Trockenkammer, wo das Wasser verdunstet. Danach werden sie mit einem Schmiermittel (Seife, Silikon oder anderes) behandelt, das als Entwirrungshilfe dient und das nachfolgende Karden und Spinnen erleichtert.

Endschritte

• 6. Die getrockneten Fasern bilden ein Tow – ein langes, ungedrehtes Filamentbündel. Das Tow wird gekräuselt, um Textur zu verleihen, gekardet zur Ausrichtung der Stränge, geschnitten und zu Ballen gepresst für den Versand an Spinnereien. Der gesamte Prozess, von der Rohzellulose bis zum ballenfertigen Faser, dauert typischerweise etwa zwei Stunden.

Rückgewinnung des Lösungsmittels

• 7. Aminoxid wird zurückgewonnen und wiederverwendet. Die verdünnte Lösung wird verdampft, um Wasser zu entfernen, dann wird das Lösungsmittel zurück in das Druckgefäß geleitet. Typischerweise werden 99 % des Lösungsmittels reklamiert.

Qualitätskontrolle

Die Lyocellproduktion findet in wenigen hochmodernen Werken weltweit statt. Raffinierte Computersysteme überwachen kontinuierlich Faserzugfestigkeit, Farbe, Feinheit (Denier), Dehnung, Feuchtegehalt und Veredelungsauftrag. Die Systeme erkennen auch Verstopfungen der Spinnendüsen, die „Abfallfilamente“ erzeugen, und stellen sicher, dass nur hochwertige Fasern den Markt erreichen.

Nebenprodukte und Abfall

Die Lyocellherstellung erzeugt keine schädlichen Nebenprodukte und ist deutlich weniger giftig und abfallintensiv als andere zellulosebasierte Fasern. Die Zellulosequelle wird nachhaltig aus bewirtschafteten Baumplantagen geerntet, das Aminoxid-Lösungsmittel ist ungiftig und wird fast vollständig recycelt, wodurch Umwelteinträge verhindert werden. Die resultierenden Stoffe sind von Natur aus biologisch abbaubar. Im Vergleich zu anderen künstlichen Fasern verbraucht die Lyocellproduktion weniger Wasser und Energie, was ihre Umweltbilanz stärkt.