Viskose (Rayon): Geschichte, Produktion und Zukunft einer vielseitigen Zellulosefaser

Hintergrund

Jahrhundertelang verließen sich Menschen auf Pflanzen und Tiere zur Rohstoffbereitstellung für Textilien. Von Seidenraupen und Schafen bis zu Biberfellen und Palmenblättern bildeten natürliche Ressourcen das Rückgrat der Textilproduktion. Im letzten Jahrhundert jedoch traten Chemie und Technologie in den Vordergrund und ermöglichten die Schaffung von Fasern, die die Vorteile natürlicher und synthetischer Materialien vereinen.

Künstliche Fasern fallen in zwei große Kategorien: zellulosische Fasern aus natürlichen Quellen und nicht-zellulosische Polymere, die rein aus chemischen Verbindungen hergestellt werden. Viskose (Rayon) ist eine zellulosische Faser, die aus der Zellulose von Holzstoff oder Baumwollinterzern (Linters) gewonnen wird. Ihre natürliche Basis verleiht ihr niedrige Kosten, große Vielfalt und Tragekomfort, was sie zu einem Grundpfeiler moderner Textilien machte. Heute ist Viskose eine der vielseitigsten und wirtschaftlichsten künstlichen Fasern und trägt den Spitznamen „das erste Geschenk des Labors an den Webstuhl“.

In den 1860er Jahren sah sich die französische Seidenindustrie einer verheerenden Seidenraupenkrankheit gegenüber. Louis Pasteur und Graf Hilaire de Chardonnet untersuchten die Krise und suchten eine Lösung. 1885 patentierte Chardonnet das erste erfolgreiche Verfahren, Zellulose in eine nutzbare Faser umzuwandeln – eine frühe Form von Kunstseide. Obwohl spätere Wissenschaftler kostengünstigere Prozesse entwickelten, gilt Chardonnet als Vater der Viskose.

Vierzig Jahre lang wurde das Material als künstliche oder Imitationsseide vermarktet. 1925 war die Branche weit genug gereift, um den Namen Rayon anzunehmen, wie von der Federal Trade Commission (FTC) definiert. Anfangs umfasste Rayon alle zellulosebasierten künstlichen Fasern. 1952 teilte die FTC die Kategorie: reine Zellulosefasern wurden „Rayon“ genannt, zellulosebasierte Verbindungen „Acetat“.

In den 1950ern wurde die meiste Viskose für Industrie- und Heimtextilien verwendet, da reguläre Viskose (auch Viskose-Rayon genannt) für Bekleidung zu schwach war. 1955 führten Hersteller High-Wet-Modulus (HWM) Rayon ein – eine stärkere Variante, die sich für Bettwäsche, Handtücher und Kleidung eignete. Die Einführung von HWM-Rayon gilt als bedeutendste Entwicklung seit der Erfindung.

Heute ist Viskose allgegenwärtig, weltweit produziert und mit natürlichen oder synthetischen Stoffen gemischt. Sie kann behandelt und konstruiert werden, um eine Reihe von Funktionen zu erfüllen, von Feuchtigkeitsmanagement bis hin zu Feuerbeständigkeit.

Rohstoffe

Unabhängig von Design oder Prozess ist der Kernrohstoff für Viskose Zellulose. Primäre Quellen sind Holzstoff – typischerweise von Kiefer, Fichte oder Tanne – und Baumwollinterzer, die kurzen Fasern, die nach dem Entkörnen an den Baumwollsamen haften. Die Produktionskette beginnt mit gereinigten Zelluloseplatten, die mehrere chemische Transformationen durchlaufen, um zu regenerierten Zellulosefilamenten zu werden.

Viskose ist gesetzlich als künstliche Faser aus regenerierter Zellulose definiert, wobei nicht mehr als 15 % der Wasserstoffe durch Substituenten ersetzt sein dürfen. Diese strenge Definition bewahrt die Materialintegrität über globale Märkte hinweg.

Während die grundlegenden Fertigungsschritte konsistent sind, ermöglichen Variationen in Rohstoff, Prozesschemikalien, Faserdurchmesser, Nachbehandlungen und Mischverhältnissen Herstellern, Viskose für spezifische Anwendungen anzupassen.

Reguläre oder Viskose-Rayon bleibt der vorherrschende Typ, geschätzt für Mischbarkeit, Saugfähigkeit und Erschwinglichkeit. Sie ist jedoch von Natur aus schwächer als viele moderne Fasern, besonders bei Nässe oder Lichteinwirkung. Schrumpfung beim Waschen, Schimmel, Säureschäden und Hitze beim Bügeln können die Leistung beeinträchtigen. Chemische Behandlungen und Faserbündel mildern diese Probleme, erhöhen Festigkeit und Haltbarkeit.

High-Wet-Modulus-Rayon übertrifft reguläre Viskose, bietet Festigkeit und Elastizitätsrückstellung näher an natürlicher Baumwolle. Stoffe mit HWM-Rayon sind pflegeleichter, meist maschinenwaschbar im Gegensatz zur Reinigungspflicht regulärer Viskosekleidung.

Herstellungsprozess

Nachfolgend ein Überblick über das Standardverfahren zur Herstellung von regulärer oder Viskose-Rayon. Variationen existieren, aber die Kernphasen bleiben gleich.

Alle Prozesse beginnen mit der Reinigung der Zellulose, ob aus Holzstoff oder Baumwollinterzern. Die gereinigte Zellulose wird dann in regenerierte Zellulosefilamente umgewandelt, zu Garn versponnen und zu Endgewebe gewoben oder gestrickt.

Verarbeitung gereinigter Zellulose

• 1. Platten gereinigter Zellulose werden in Natriumhydroxid (Ätznatron) getaucht, wodurch Alkalizelluloseplatten entstehen. Diese werden getrocknet, zu Krümeln zerkleinert und 2–3 Tage in Metallbehältern unter streng kontrollierter Temperatur und Luftfeuchtigkeit gelagert.
• 2. Die gelagerten Krümel werden mit flüssigem Kohlenstoffdisulfid vermischt, wodurch orangefarbenes Natriumcellulosexanthat entsteht. Dieses wird in Ätznatron gebadet, um eine Viskoselösung zu erzeugen, die Honig ähnelt. Farbstoffe oder Mattierungsmittel werden hinzugefügt, die Mischung wird auf Verunreinigungen gefiltert und 4–5 Tage in Behältern zur weiteren Reifung gelagert.

Filamentherstellung

• 3. Die Viskoselösung wird durch eine Spinndüse – im Grunde ein Duschkopf – in ein Säurebad extrudiert. Die Säure koaguliert die Lösung zu festen regenerierten Zellulosefilamenten. Die Größe der Spinndüsendüsen bestimmt, ob Stapelfasern oder Filamentfasern produziert werden.

Spinnen

• 4. Nach der Säurekoagulation werden Filamente zu Garn versponnen, wobei eine von mehreren Methoden zum Einsatz kommt: Topfspinnen, Spulenspinnen oder Continuous Spinning. Beim Topfspinnen werden Filamente unter Spannung auf versetzte Rollen, sogenannte Godet-Räder, gezogen und dann auf eine Topham-Box gewickelt, wo sie einen kuchenartigen Strang bilden. Dieser Strang wird gewaschen, gebleicht, gespült, getrocknet und auf Spulen gewickelt. Spulenspinnen folgt einem ähnlichen Pfad, nutzt aber direkt Spulen zum Wickeln. Continuous Spinning integriert Waschen, Bleichen, Trocknen, Zwirnen und Wickeln in einem einzigen Vorgang.
• 5. Nach der Aushärtung der Fasern durchlaufen sie Nachbehandlungschemikalien und Web- oder Strickprozesse zur Erstellung des Endgewebes. Veredelungsbehandlungen – wie Kalandrieren, Feuerhemmungsbeschichtungen, Vorwäsche, wasserabweisende Ausrüstungen und Knitterschutz – verbessern die Leistung weiter.

High-Wet-Modulus-Rayon-Herstellung

Der HWM-Rayon-Prozess spiegelt die reguläre Viskoseproduktion mit entscheidenden Unterschieden wider:

• 1. Während des Ätznatronbads wird eine schwächere Lösung verwendet.
• 2. Weder die Alkalikrümel noch die Viskoselösung werden gelagert.
• 3. Filamente werden auf Godet-Rädern aggressiver gestreckt, um die Festigkeit zu erhöhen.

Diese Anpassungen ergeben eine Faser mit überlegenen mechanischen Eigenschaften und einfacheren Pflegeanforderungen.

Qualitätskontrolle

Angesichts der chemischen Intensität der Viskoseproduktion ist rigorose Qualitätskontrolle essenziell. Überwachung der chemischen Zusammensetzung, Zeit und Temperatur in jeder Phase sichert konsistente Faserleistung.

Mischungsverhältnisse in Verbundstoffen müssen dem Textile Fiber Identification Act entsprechen, der 17 Faserguppen definiert – sechs Naturmaterialgruppen (Viskose, Acetat, Glasfaser, Metalle, Gummi, Azion) und elf synthetische Gruppen (Nylon, Polyester, Acryl, Modacryl, Olefin, Elasthan, Anidex, Saran, Vinal, Vinyon, Nytril). Markennamen tragen oft Patente, die Wettbewerbsvorteile sichern.

Nebenprodukte

Das Viskoseverfahren erzeugt nennenswerte Wasser- und Luftemissionen, insbesondere Zink und Schwefelwasserstoff. Hersteller setzen Zinkrückgewinnung durch Ionenaustausch oder Kristallisation ein und nutzen Absorption und chemische Wäsche zur Schadstoffminderung.

Zukunft

Viskoses Aussichten sind vielversprechend. Die Nachfrage steigt weltweit weiter, und neue Technologien versprechen niedrigere Kosten und verbesserte Leistung.

Während die 1970er einen Anstieg rein synthetischer Stoffe wie Polyester sahen, hat sich die Verbraucherpräferenz hin zu Mischungen verschoben, die natürlichen Komfort mit synthetischer Haltbarkeit verbinden.

Neuere Forschung deutet darauf hin, dass Zellulose künftig direkt aus Sonnenlicht, Wasser und CO₂ synthetisiert werden könnte, potenziell über hydroponische Systeme. Wenn wirtschaftlich tragfähig, könnten solche Prozesse den ökologischen Fußabdruck der Viskoseproduktion drastisch reduzieren und gleichzeitig die globale Nachfrage decken.