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Alkalilösliche bzw. in Wasser leicht dispergierbare Hydroxyäthylcellulose-Presslinge und Verfahren zu ihrer Herstellung
Die Erfindung betrifft alkalilösliche bzw. in Wasser leicht dispergierbareHydroxyäthylcellulose-Press- linge und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
Die Hydroxyäthylcellulose, die gemäss der Erfindung behandelt wird, weist einen Substitutionsgrad von 2 bis 8% auf und ist ein faseriges, flockiges Gekrümel von niederer Schüttdichte, und die Erfindung betrifft die Umwandlung dieses unhandlichen Gekrümels in ein Produkt von viel höherer Dichte, ohne dass die Verwendbarkeit desselben für eine weitere Umwandlung in andere Hydroxyäthylcellulose-Endprodukte beeinträchtigt wird.
Das Ziel der Erfindung wird durch Vorpressen des Gekrümels unter sorgfältig kontrollierten Bedingungen und Trocknen der Presslinge erreicht.
Es wurde eine kritische Beziehung zwischen der Schüttdichte, dem Feuchtigkeitsgehalt von innerlich zugefügten Faserschmiermitteln bzw. Dispergiermitteln, dem Vorflocken und dem Grad der Fasersubstitution gefunden, Die gemäss der Erfindung hergestellten Presslinge aus Hydroxyäthylcellulose sind in ausgezeichneter Weise für den Handel geeignet, denn sie können ökonomisch verpackt und verschifft, in relativ kleinen Räumen gelagert werden und schliesslich vom Letztverbraucher, dem Hersteller von Produkten hieraus, mit im wesentlichen derselben Leichtigkeit des Dispergierens und Auflösens verarbeitet werden wie das ursprüngliche lose Gekrttmel.
Im Zuge der vorgenommenen Untersuchungen wurden Probleme bei der Herstellung von Presslingen untersucht, die bei vergleichsweise hoher Schüttdichte in Wasser redispergierbar sind und wieder eine lose faserige Masse bilden, ohne dass eine wahrnehmbare Faserverfestigung erfolgt, die sich in einem Glasieren oder Härten der Oberfläche äussert. Diese glasierten Teile lassen sich nämlich in Wasser nicht leicht dispergieren und sind auch einer raschen Lösung in verdünnten Alkalien unzugänglich.
Es wurde gefunden, dass Vorflocken mit einem Faserschmiermittel, das inhärent ein Dispergiermittel als auch ein Schmiermittel ist, notwendig ist für einen engen Bereich des Feuchtigkeitsgehaltes der HydroxyäthylcelluloseKrümel und eines engen Bereiches der Pressling-Dichte ist, innerhalb welcher Presslinge von Hydroxy- äthylcellulose ökonomisch hergestellt werden können und erfindungsgemäss die Dispergierbarkeit aufweisen, die für ihre praktische Verwertbarkeit zur Umwandlung in dispergierte oder lösliche Form notwendig ist.
Das bevorzugte Hydroxyäthylcellulose-Gekrümel, das gemäss der Erfindung verarbeitet wird, ist mit Äthylenoxyd in einem derartigen Ausmass substituiert, dass es im wesentlichen noch wasserunlöslich, jedoch in verdünntem Ätznatron löslich ist, sowie zur Bildung von faser- und filmbildenden Lösungen für die Umwandlung in Fäden oder klare, harte Filme aus Hydroxyäthylcellulose und andere Produkte hieraus, geeignet ist. Es ist wichtig, dass der Betrag der Äthylenoxydsubstitution derart ist, dass die Hydroxyäthylcellulose in faserigem Zustand vorliegt und dass die untere Grenze über etwa 2% ist, um die Hydroxy- äthylcellulose in verdünnter Natriumhydroxydlösung lösen zu können, und dass die obere Grenze der Substitution nicht über etwa 8 Gel.-% gelegen ist, um Quellung und wenigstens teilweise Löslichkeit in Wasser hintanzuhalten.
Das Hydroxyäthylcellulose-Gekrümel kann aus Baumwoll-Linters oder Holzpülpe hergestellt werden, vorzugsweise aus einer Cellulose mit gleichmässiger Kettenlänge, die in Alkalicellulose umgewandelt
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und mit Äthylenoxyd umgesetzt wird. Im Interesse der Produktqualität und Überwachung ist es wichtig, dass die Substitution für einen gegebenen Gehalt gleichmässig ist, weshalb bevorzugt wird, die Hydroxy- äthylcellulose nach dem Verfahren der USA-Patentschrift Nr. 2, 847, 411 herzustellen.
Es ist wichtig, eine hohe Dichte des Produktes zu erhalten, um ökonomische Verschiffung zu gewährleisten und dennoch ein Produkt zu haben, das leicht zu Einzelfasern in Wasser dispergiert werden kann, was die erste Stufe bei der Verarbeitung der Hydroxyäthylcellulose durch den Letztverbraucher darstellt.
Um die Hydroxyäthylcellulose in praktischer Weise zu dispergieren oder aufzulösen, ist es notwendig, dass in einer ersten Stufe der Pressling rasch gleichmässig in Wasser zu einem faserigen, dispersen Brei zerteilt wird, gewöhnlich mit Hilfe mechanischen Rührens. Alkali wird sodann in einer zweiten Stufe zwecks Löslichmachung zugesetzt. Falls erforderlich, wird zwecks Verbesserung der Qualität der Lösung als dritte Stufe eine Abkühlung vorgenommen. Wenn der Feuchtigkeitsgehalt des Gekrümels, der Dispersionsmittelzusatz, die Vorflockung und der Grad der Pressung nicht überwacht und ausgeglichen wird, werden die Presslinge glasiert bzw. gehärtet, wodurch sich die Fasern während der Redispergierung nicht trennen und der Versuch, sie in verdünnten Ätzalkalien zu lösen, eine gallertartige Masse von sehr schlechter Filtrierbarkeit ergibt.
Es sind verschiedene Faktoren und Bedingungen, die in die Verarbeitung eingehen, die in ihrer Gesamtheit die wirtschaftliche Ausführbarkeit zur Herstellung der Presslinge bestimmen und die durch die Bezeichnung"Verarbeitbarkeit"ausgedrückt werden können, welche solche Verarbeitungsmerkmale umfasst, wie Energieverbrauch während der Pressung, Materialmenge beim Pressvorgang, tatsächliche Verpressbarkeit, z. B. ob ein kompakter Pressling gebildet wird. der einer weiteren Verarbeitung unterzogen werden kann, Leichtigkeit des Trocknens des Presslings, Mengen des Materials, welche getrocknet werden, und Abbau des Produktes während der Pressung.
Die wichtigen Charakteristiken der Presslinge, die für einen eventuellen Verbraucher von Bedeutung sind, können unter der Bezeichnung "Dispergierbarkeit" zusammengefasst werden. Eines der wichtigsten Merkmale in dieser Kategorie ist die Dispergierbarkeit in Wasser, weil die erste Stufe bei der Herstellung einer alkalischen Lösung von Hydroxyäthylcellulose in
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resultierenden alkalischen Hydroxyäthylcellulose-Lösung.
Das Problem, das durch die Erfindung gelöst wird, ist die Herstellung dichter Presslinge unter ökonomischen Verarbeitungsbedingungen, wobei die Presslinge die chemischen und physikalischen Eigenschaften der guten Dispergierbarkeit besitzen und daher für den Gebrauch durch den Letztverbraucher besonders geeignet sind.
Es wurde gefunden, dass bei einer Hydroxyäthylcellulose mit etwa 4% Substitution mit einem Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 40% die Schüttdichte nicht auf brauchbare Werte gebracht werden kann, ohne dass Glasierung und Verminderung der Dispergierbarkeit der Hydroxyäthylcellulose eintritt, während bei einem Feuchtigkeitsgehalt der Hydroxyäthylcellulose von über 60% diese nicht mehr zu stabilen Presslingen verformt werden kann.
Unter etwa 40% Feuchtigkeitsgehalt des Hydroxyäthylcellulose-Ausgangsmaterials können wohl Presslinge geformt werden, jedoch ist deren Verarbeitbarkeit und Dispergierbarkeit nach dem Trocknen geopfert. Mit dem Fallen des Feuchtigkeitsgehaltes unter etwa 40% werden aussergewöhnlich harte Presslinge gebildet (hoher Energieverbrauch), welche arg glasiert und nicht verwendbar sind. Der verwendbare Bereich des Feuchtigkeitsgehaltes reicht von 40 bis 60je, jedoch liegt der optimale Bereich für die Verpressung des Hydroxyäthylcellulose-Gekrümels in der Grösse von 50 bis 55% Feuchtigkeitsgehalt.
Die Schüttdichte der getrockneten Presslinge verringert sich mit Erhöhung des Feuchtigkeitsgehaltes des Hy- droxyäthy1cellulose-Ausgangsmaterials. Bei über 60% Feuchtigkeit im Hydroxyäthy1cellulose-Ausgangs- material erfolgt keine Bildung von geformten Presslingen, indem das Gekrüme1 im wesentlichen unver- ändert durch die Tablettierpresse geht.
Weiters wurde gefunden, dass die Einverleibung eines geringen Anteiles eines Faserschmiermittels in die Hydroxyäthylcellulose-Fasern förderlich für das leichte Flocken ist, wodurch auch eine gleichmässige
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erleichtert ist. Oberflächenaktive Materialien, wie jene der Formeln :
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wobei die Durchschnittswerte für x und y ungefähr 15, 5 bzw. 28 sind,
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wobei die Durchschnittswerte von x und y 3,5 bzw. 3 sind oder das unter der Bezeichnung Carbowax 1540 im Handel erhältliche Produkt, ein Polyäthylenoxyd, erhöhen nicht nur die Verarbeitbarkeit durch Verringerung des Energiebedarfes für das Pressen des Gekrümels und erhöhen die brauchbare Schüttdichte, sondern bilden auch Eindringmittel, welche die Dispergierbarkeit der Presslinge beim nachfolgenden Gebrauch erhöhen. Das Faserschmiermittel gestattet, die Presslinge auf eine höhere Schüttdichte mit geringerer Anstrengung zu verpressen, ohne dass eine Qualitätsverschlechterung (Glasieren) befürchtet werden muss.
Der Zusatz des Faserschmiermittels in variierenden Mengen von 0, 05 bis 0, 20 , bezogen auf die Cellulose, modifiziert diese Eigenschaften und vergrössert den brauchbaren Verformungsbereich. Dies ergibt eine verbesserte Ausführung für irgendeinen Pressling, welcher innerhalb der obgenannten Bereiche hergestellt wird.
Nach der Einstellung der Feuchtigkeit und des Zusatzes des doppelt wirkenden Faserschmier- und Dispergiermittels ist es wichtig, zu zerfasern oder zu flocken, um eine gleichmässige Förderung des faserigen Materials zur Oberfläche der Form zu gewährleisten, wobei das Material im wesentlichen knotenfrei sein muss ; es ist knotenfreier und gleichmässiger, wenn ein Zusatz von der ob genannten Art verwendet wird.
Das gewünschte oberflächenaktive Mittel ist ein solches, das nicht nur während des Zerfaserns und Pressens schmiert, sondern auch als Netzmittel, Eindringhilfe und Faserdispergiermittel wirkt, wenn der Pressling hernach redispergiert wird. Das oberflächenaktive Mittel soll auch verträglich und von Nutzen bei dem Verfahren sein, bei dem der Pressling verwendet wird. Hervorragend geeignete Materialien für solche Zwecke sind die einfachen Polyäthylenglykole und komplexen Polyäthylen-polypropylenglykole.
Die Dichte der Presslinge wird nach der Trocknung in g/dm gemessen und variiert nach dem Trocknen im hohen Bereich von 480 bis 560 g/dms bei einem Feuchtigkeitsgehalt des Ausgangsgekrümels von 40vlo und im niedrigen Bereich von 320 bis 400 bei einem Feuchtigkeitsgehalt des Ausgangsgekrümels von 550/0. Die Schüttdichten für dazwischenliegende Feuchtigkeitsgehalte variieren proportional zwischen den oberen und unteren Grenzen und der Zusatz eines Faserschmiermittels, wie die Verbindung der Formel
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wobei die Durchschnittswerte für x und y ungefähr 15,5 bzw.
28 sind, gestattet eine gleichmässige weitere Erhöhung der Dichte von 10 bis zu 20% im Endprodukt ohne entgegengesetzte Wirkungen auf die Dispergierbarkeit bei jedem innerhalb der angegebenen Grenzen liegenden Feuchtigkeitsgehalt des Ausgangsgekrümels hervorzurufen.
Die Leichtigkeit der Dispergierbarkeit kann durch visuelle Betrachtung bestimmt werden, wie sich die erfindungsgemäss erhaltenen Presslinge in Wasser in lose Fasern zerteilen und trennen. Gute Presslinge werden innerhalb von Sekunden oder Minuten zu einem faserigen Brei verteilt, während schlechte Presslinge Stunden benötigen. Eine mehr technische Messung der Dispergierbarkeit der alkalilöslichen Typen wird jedoch ausgeführt, indem man die Filtrierbarkeit einer Ätznatronlösung von HydroxyäthylcellulosePresslingen bestimmt, die nach standardisierten Methoden gewonnen wird. Hiebei wird jene Menge der Lösung in Gramm gemessen, die durch einen Quadratzentimeter eines Filters geht, bevor dieses durch unlösliche Rückstände verstopft wird.
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Gewichtes bestimmt.
Die folgenden Beispiele erläutern die Herstellung der Presslinge gemäss der Erfindung und ihre ver-
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wobei die Durchschnittswerte für x und y ungefähr 15, 5 bzw. 28 sind, als oberflächenaktives Mittel enthielt, wurde zu einer gleichmässig zerteilten faserigen Masse durch einmaliges Durchlaufen eines 305 mm Laboratoriumszerfaserers verflockt. Dieses flockige Ge-krümel wurde einem Laboratoriumsmodell einer Tablettierpresse aufgegeben, die eine Austrittsöffnung von 6 mm im Durchmesser besass. Das schmiermittelhaltige Geflock wurde durch die 6 nun Austrittsöffnung gepresst und der ausgetretene Pressstrang wurde in etwa 12, 7 mm lange Abschnitte zerteilt. Ein Spielraum von 0, 15 jan zwischen der Form und der Druckwalze wurde angewendet.
Bei Aufrechterhaltung einer gleichmässigen Beschickungsrate wurde ein
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guterhalten, ohne dass eine Überladung der Vorrichtung oder ein übermässiger Energieverbrauch stattfand.
Die Presslinge wurden in einer Trockentrommel auf 7% Feuchtigkeitsgehalt getrocknet (93% Hydroxy- äthylcellulose-Trockensubstanz). Diese getrockneten Presslinge hatten eine Schüttdichte von 480 g/dm3 und einen Feinteilgehalt von weniger als lulu. Das Produkt hatte eine Helligkeit (Reflektivität) gleich jener des ursprünglichen Gekrümels, was anzeigt, dass keine überschüssige Wärmebildung während der Pressung erfolgte. Die Dispergierbarkeit, gemessen als die erforderliche Zeit zur Zerteilung in Wasser zu einzelnen Fasern, betrug weniger als 1 min.
Die Filtrierbarkeit einer wässerigen alkalischen Lösung (8% Hydroxyäthylcellulose, 7% NaOH = Standard 8, 0/7,0) hergestellt aus diesen getrockneten Presslingen, entsprach einem Verstopfungswert von 500 g/cm2g die Filtrierbarkeit des Ausgangsmaterials betrug ebenfalls 500 g/cm2.
In gleicher Weise geformte Presslinge aus zu 8% substituiertem Material, dessen Anfangsfeuchtigkeitsgehalt 45-48% betrug, hatten nach dem Trocknen eine Schüttdichte von 480 bis 560 g/dm.
Wenn Carbowax an Stelle der Verbindung der Formel
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linge war auch eine viel längere Mischungszeit zwecks Erhalt einer alkalischen Standardlösung erforderlich. Der schädliche Einfluss auf die Produktqualität war auch aus der Filtrierbarkeit ersichtlich, denn eine alkalische Standardlösung hatte einen Wert von 100 g/cm2.
Ein gleichartiges Material, jedoch mit 0, 1% einer Verbindung der Formel
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wobei die Durchschnittswerte für x und y ungefähr 15,5 bzw. 28 sind, und 50% Feuchtigkeit konnte hingegen zu einem Produkt mit einer Schüttdichte von 512 g/dms (nach dem Trocknen) verarbeitet werden und war ausgezeichnet dispergierbar.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Alkalilösliche bzw. in Wasser leicht dispergierbare Hydroxyäthylcellulose-Presslinge, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus 40-60%, vorzugsweise 50-55%, Hydroxyäthylcellulose in Faserform mit einem Substitutionsgrad von 2 bis 8%, gegebenenfalls 0,05 bis 0, 2%, eines Dispergiermittels, Rest Was- ser, bestehen und eine Schüttdichte innerhalb der Grenzwertbereiche 320 - 400 g/dms bei 60% Wassergehalt einerseits und 480-560 g/dm bei 40% Wassergehalt anderseits, im Falle der Anwesenheit eines Dispergiermittels sogar eine um jeweils 10-20% höhere Schüttdichte, aufweisen.