Strukturelle Untersuchungen an Lignin-basierten Carbonfasern (eBook, PDF)

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Produktbeschreibung

Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung und strukturelle Untersuchung von Lignin-basierten Carbonfasern und Präkursorsystemen. Es wurde ein neuartiges Konzept zur kontrollierten Kettenverlängerung von Lignin entwickelt, das niedermolekulares technisches Lignin in ein maßgeschneidertes, linearisiertes und orientierbares Präkursorpolymer für Carbonfasern transformiert. Das Konzept umfasste die Copolykondensation von Lignin mit einem geeigneten Verknüpfer unter Ausbildung von Methylenbrücken. Durch Variation der Stöchiometrie zwischen Lignin und Verknüpferverbindung konnte der Verzweigungsgrad im Produkt beeinflusst und minimiert werden. Das resultierende polymere Lignin wies Molekulargewichtserhöhungen von Faktor 20 (Mn) bis zu 200 (Mw) auf. Strukturelle Untersuchungen belegten einen quasi-linearen Molekulargewichtsaufbau. Das so maßgeschneiderte polymere Lignin konnte erfolgreich zu feinen Multifilament Präkursorfasern trockenversponnen werden. Die bei 1000 °C carbonisierten Fasern auf der Basis von 90 Gew.-% reinem Lignin wiesen sehr starke strukturelle Ähnlichkeiten mit der PAN-basierten kommerziellen Carbonfaser Toray T300 auf. The aim of this work was the development and structural investigation of lignin-based carbon fibers and precursor systems. A novel concept for the controlled chain extension of lignin was developed, which transforms low molecular technical lignin into a tailor-made, linearized and orientable precursor polymer for carbon fibers. The concept included the copolycondensation of lignin with a suitable linker to form methylene bridges. By varying the stoichiometry between lignin and linker compound, the degree of branching in the product could be influenced and minimized. The resulting polymeric lignin showed molecular weight increases from factor 20 (Mn) up to 200 (Mw). Structural investigations demonstrated a quasi-linear molecular weight increase. The tailor-made polymeric lignin was successfully dry spun into fine multifilament precursor fibers. The fibers carbonized at 1000 °C on the basis of 90 wt.-% pure lignin showed very strong structural similarities with the PAN-based commercial carbon fiber Toray T300.

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Produktdetails

• Verlag: Cuvillier Verlag
• Seitenzahl: 230
• Erscheinungstermin: 14. Juni 2019
• Deutsch
• ISBN-13: 9783736960268
• Artikelnr.: 56982403

Autorenporträt

Manuel M. Clauss, geboren 1990 in Esslingen a. N., Deutschland, begann sein absolutes Wunschstudium der Chemie an der Universität Stuttgart im Jahr 2009, welches er 2014 mit dem Master of Science (M.Sc.) erfolgreich abschloss. Zu Beginn des Jahres 2015 begann er bei den Deutschen Instituten für Textilchemie und Chemiefasern (DITF) Denkendorf unter Leitung von Michael R. Buchmeiser als Doktorand und wissenschaftlicher Mitarbeiter. In den folgenden drei Jahren intensivierte er sein Interesse an der Transformation von günstigen nachwachsenden Rohstoffen in high-value Produkte und Polymere und entwickelte neuartige Methoden, um Lignin als Nebenprodukt der Papierindustrie als Ausgangsmaterial für Carbonfasern einsetzen zu können. Hierbei war er aktives Mitglied des EU Horizon 2020 Forschungsprojekts ¿LIBRE¿ (Lignin-based Carbon Fibers for Composites). Im Folgenden wurde Manuel vom Technologie- und Anlagenbauunternehmen centrotherm international AG angeworben und begann 2018 seine Tätigkeit als Entwicklungsingenieur und im Technischen Vertrieb mit dem Ziel, das neue Geschäftsfeld der Hochleistungsfasern zu entwickeln. Manuel wurde 2019 an der Universität Stuttgart in Chemie promoviert.