AT406580B

AT406580B - Verfahren zur herstellung einer cellulosecarbamatlösung

Info

Publication number: AT406580B
Application number: AT0186898A
Authority: AT
Inventors: Harry Dr Schleicher; Bodo Borrmeister; Hermann Dr Lang
Original assignee: Lurgi Zimmer Aktiengesellschaf
Priority date: 1997-12-24
Filing date: 1998-11-10
Publication date: 2000-06-26
Also published as: ATA186898A; US6590095B1; PL191825B1; PL330518A1; DE19757958A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Cellulosecarbamatspinnlösung durch Lösen von Cellulosecarbamat in Natronlauge, wobei die Lösungsherstellung über einen gezielten Zweistufenprozess erfolgt
Cellulosecarbamatlösungen werden zum Herstellen von Celluloseregeneratfasem und anderen Formgebilden aus Regeneratcellulose benötigt. Die Herstellung der Celluloseregeneratfasern wird dabei in mehreren Schritten vorgenommen Der erste Schritt besteht in der Umsetzung von Zellstoff mit Harnstoff bei erhöhter Temperatur zu Cellulosecarbamat. Dieses so hergestellte Cellulosecarbamat wird dann in Natronlauge aufgelöst und die dadurch gewonnene Lösung versponnen, wobei das in Form von Fäden oder anderen Formgebilden vorliegende Cellulosecarbamat durch eine weitere Verfahrensstufe zu Cellulose zersetzt werden kann.

Die Herstellung der Cellulosecarbamatlösung spielt in dem vorstehend beschriebenen Prozess eine wichtige Rolle. Es ist aus der Literatur bekannt, dass Cellulosecarbamatlösungen relativ leicht bzw. schnell koagulieren können und in dieser Eigenschaft empfindlicher sind als Viskose, was auch bei der Gestaltung der Spinnverfahren berücksichtigt werden muss. Die für den Verarbeitungsprozess und die Qualität der Fasern bzw anderen Formgebilde wichtige Lösungsqualität und die Lösungsstabilität der Cellulosecarbamatlösung sind von der Qualität sowie dem durchschnittlichen Polymerisationsgrad (DP) des Cellulosecarbamats und den Bedingungen der Lösungsherstellung wie z.B. Natronlaugekonzentration, Lösetemperatur, dem bei der Auf- lösung wirkenden Scherkräften und eventuellen Zusätzen von Zinkat oder Harnstoff zur Lösung abhängig.

So ist es z. B. aus der DE-33 43 156 C bekannt, das Auflösungsvermögen durch Zusätze von Harnstoff als Löseverbesserer zu beeinflussen. Ein weiterer Löseverbesserer ist Zinkat (O.T Turunen et al. Some aspects in the spinning of the cellulose carbamate. Lenzinger Berichte 59 (1985) 111-177) Es ist auch bekannt, für die Cellulosecarbamatlösung ein meist < 1 liegendes Masseverhältnis von Cellulosecarbamat zu Alkali auszuwählen.

Für die ökonomische Gestaltung der Faserherstellung ist es jedoch erforderlich Spinnlösungen mit einem möglichst hohen Cellulosecarbamatgehalt und einem möglichst niedrigen. Alkaligehalt zu verarbeiten, wie dies für den Viskoseprozess üblich ist. Gleichzeitig soll der Gehalt an ungelösten Partikeln in diesen Lösungen möglichst klein sein. Eine bessere Auflösung des Cellulosecarbamats, d. h eine bessere Lösungsgüte durch hohe Natronlaugenkonzentration und/oder weitere Zusätze zur Löselauge stehen aber diesen ökonomischen Forderungen entgegen.

Ausgehend hiervon ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Cellulosecarbamatlösungen anzugeben, wobei die Herstellung von Cellulosecarbamatspinnlösungen mit ausreichend gutem Lösungszustand ohne weitere Zusätze möglich wird, und bei dem ein > 1 liegendes Verhältnis von Cellulosecarbamatkonzentration zu Alkalikonzentration vorhanden ist Die Cellulosecarbamatlösung sollte dabei auch keine vorzeitige Koagulation auf weisen
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Erfindungsgemäss wird somit erstmals ein Zweistufenprozess zur Herstellung der Cellulosecarbamatlösung vorgeschlagen In einer ersten Stufe wird dabei mit einer höheren Konzentration an Alkalilauge (7-12 %) eine 8-15 %ige Cellulosecarbamatlösung hergestellt Bevorzugt ist es dabei so, dass die Konzentration des Cellulosecarbamats im Bereich von 9-12 % und die Natronlaugekonzentration im Bereich von 8-10 % liegt.

In einem zweiten Schritt wird nun diese Lösung durch Zugabe einer verdünnten Natronlaugelösung und/oder Wasser verdünnt, so dass die Endkonzentration der Cellulosecarbamatlösung unter 9 % Natronlauge (bevorzugt < 8) beträgt. Die Cellulosecarbamat- Konzentration kann dann im Bereich von ca. 6-9 % liegen. Wesentlich dabei ist, dass in beiden Stufen das Masseverhältnis von Cellulosecarbamat zu Alkali > 1 ist, d. h., dass jeweils die Konzentration der Cellulosecarbamatlösung grösser ist als die der Natronlauge.

Eine derartige Cellulosecarbamatlösung mit einem so hohen Cellulosecarbamatanteil im Verhältnis zur Natronlauge bei einer Natronlaugenkonzentration < 9 % war bisher aus dem Stand der Technik. nicht bekannt. Besonders hervorzuheben beim anmeldungemässen Verfahren ist es, dass das verbesserte Löseverhalten unabhängig vom DP des eingsetzten Cellulosecarbamats ist.

Die Anmelderin konnte zeigen, dass der Zweistufenprozess bei einem Cuoxam- DP von 200 - 400 in allen Fällen deutlich bessere Ergebnisse liefert als das aus dem Stand der Technik bekannte einstufige Verfahren (siehe auch Vergleichsbeispiele).

Die Verdünnung von der ersten zur zweiten Stufe wird dabei bevorzugt mit einer Natronlaugelösung mit einer Konzentration ¹ 4 % als Verdünnungsmittel durchgeführt. Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass als Verdünnungsmittel anfänglich eine verdünnte Natron- laugelösung verwendet wird, und dass dann Wasser zugesetzt wird, bis die gewünschte Endkonzentration erreicht ist. Beim anmeldungsgemässen Verfahren ist es weiter vorteilhaft, dass während des Lösevorgangs ein intensives Rühren erfolgt Als günstig hat es sich weiterhin erwiesen, wenn die Verdünnungsmittelzugabe zu Beginn der Verdünnung im Verhältnis zum
Endpunkt der Verdünnung langsamer erfolgt. In diesem Fall wird somit die Verdünnungsmittelzugabe in der Geschwindigkeit gesteigert und letztlich kann Lauge durch Wasser ersetzt werden.

Bei sehr langsamer Zugabe des Verdünnungsmittels und intensiver
Durchmischung ist es auch möglich, bei der Verdunnung von Anfang an Wasser zu verwenden.

Der Lösevorgang in beiden Stufen wird an und für sich, wie aus dem Stand der Technik, bei Temperaturen < 10 C, ganz besonders bevorzugt < 5 C durchgeführt.

Überraschenderweise wurde festgestellt, dass es bei der beschriebenen Arbeitsweise nicht zur Koagulation der Cellulosecarbamatlösung kommt (siehe auch Tabelle 1).

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von mehreren Beispielen erläutert. Zu Beginn steht hierbei ein Vergleichsbeispiel, d h. ein Beispiel, bei dem ein bisher aus dem Stand der Technik bekanntes Verfahren, d h. ein Einstufenprozess zur Herstellung von Cellulosecarbamatlösung durchgeführt wurde.

Vergleichsbeispiel: für die Herstellung von Cellulosecarbamatlösung in herkommlicher Weise :
Eine 390 g atro entsprechende Menge Cellulosecarbamat (DP 239) mit einem Stickstoffgehalt von 3,2 %, das vorher mit der 1,8 fachen Menge Wasser angefeuchtet und vorgekühlt worden war, wurde in einem Löser mit 4108 g vorgekühlter 10,13 %iger Natronlauge vermischt und unter intensiver Scherbeanspruchung und Zwangsumwälzung während 2 Stunden bei 2 C zu 5200 g Cellulosecarbamatlösung mit einem Cellulosecarbamatgehalt von 7,5% und einem Alkaligehalt von 8 % gelöst. Zur Charakterisierung der Lösungsqualität wurde eine konduktometrische Partikelzählung nach Verdünnung der Cellulosecarbamatlösung durchgeführt. Die ermittelten Teilchenzahlen sind in der Tabelle aufgeführt.

Beispiel 1:
Eine 468 g atro entsprechende Menge Cellulosecarbamat (DP 239) mit einem Stickstoffgehalt von 3,2 %, das vorher mit der 1,8 fachen Menge Wasser angefeuchtet und vorgekühlt worden war, wurde mit 3890 g vorgekühlter 10,7 %iger Natronlauge vermischt und im gleichen Löser wie im=Vergleichbeispiel während 30 Minuten bei 2 C zu 5200 g Cellulosecarbamatlösung mit einem Cellulosecarbamatgehalt von 9 % und einem Alkaligehalt von 8 % gelöst. Innerhalb der nächsten 30 Minuten wurden zur Lösung im laufenden Löser bei laufender Kühlung 1040 g 4 %ige Natronlauge zugegeben. Danach wurde der Löseprozess eine weitere Stunde fortgesetzt. Von der erhaltenen Lösung mit 7,5 % Cellulosecarbamat und 7,3 % Alkali wurde entsprechend = Vergleichbeispiel der in der Tabelle aufgeführte Teilchengehalt bestimmt.

Beispiel 2:
Eine 587,6 atro entsprechende Menge Cellulosecarbamat (DP 239) mit einem Stickstoffgehalt von 3,2 %, das vorher mit der 1,8 fachen Menge Wasser angefeuchtet und vorgekühlt worden war, wurde mit 3555 g vorgekühlter 13,2 %iger Natronlauge vermischt und bei 2 C während 30 Minuten zu 5200 g Cellulosecarbamatlösung mit einem Cellulosecarbamatgehalt von 11,3 % und einem Alkaligehalt von 9 % gelöst. Innerhalb der nächsten Stunde wurden zur Lösung im laufenden Löser bei laufender Kühlung 2700 g Wasser zugegeben und danach der Lösevorgang eine weitere Stunde fortgesetzt. Von der erhaltenen Lösung mit 7,4 % Cellulosecarbamatgehalt und 5,9 % Alkaligehalt wurde entsprechend = Vergleichbeispiel, der in der Tabelle aufgeführte Teilchengehalt bestimmt.

Beispiel 3:
Eine 598 g atro entsprechende Menge Cellulosecarbamat (DP 239) mit einem Stickstoffgehalt von 3,2 %, das vorher mit der 1,8 fachen Menge Wasser angefeuchtet und vorgekühlt worden war, wurde mit 3526 g vorgekühlter 14 %iger Natronlauge vermischt und bei 2 C während 30 Minuten zu 5200 g Cellulosecarbamatlösung mit einem Cellulosecarbamatgehalt von 11,5 % und einem Alkaligehalt von 9,5 % gelöst. Innerhalb der nächsten 30 Minuten wurden zur Lösung im laufenden Löser bei laufender Kühlung 1800 g 3 %ige Natronlauge zugegeben.

Danach wurde der Löseprozess eine weitere Stunde fortgesetzt Von der erhaltenen Lösung mit 8,5 %

Cellulosecarbamatgehalt und 7,8 % Alkaligehalt wurde entsprechend = Vergleichbeispiel der in der Tabelle aufgeführte Teilchengehalt bestimmt.
EMI3.1

<tb> Lösung <SEP> Teilchendurchmesser
<tb>

EMI3.2

EMI3.3

<tb> Teilchenzahl <SEP> @ <SEP> mg <SEP> Cellulose
<tb>
<tb> Vergleichbeispiel <SEP> 565823 <SEP> 77177 <SEP> 3561 <SEP> 331
<tb>
<tb> Vergleich <SEP> beispiel <SEP> 1 <SEP> 419528 <SEP> 42613 <SEP> 2145 <SEP> 358
<tb>
<tb>
<tb> Vergleichbeispiel2 <SEP> 54537 <SEP> 4121 <SEP> 210 <SEP> 30
<tb>
<tb>
<tb> Ver <SEP> leichbeis <SEP> iel <SEP> 3 <SEP> 927 <SEP> 224 <SEP> 39 <SEP> 11
<tb>

Patentansprüche: 1.

Verfahren zur Herstellung einer Cellulosecarbamat-Lösung durch Lösen von
Cellulosecarbamat in Natronlauge bei Temperaturen < 10 C, dadurch gekennzeichnet , dass in einer ersten Stufe eine 8 bis 15 %ige Cellulosecarbamat-Lösung bei einer
Natronlaugenkonzentration von 7 bis 12 % hergestellt wird, und dass dann in einer zweiten
Stufe durch Verdünnen mit verdünnter Natronlauge und/oder Wasser die Lösung auf eine
Natronlauge-Konzentration von < 9 % eingestellt wird, mit der Massgabe, dass in beiden
Stufen das Masseverhältnis von Cellulosecarbamat zu Alkali ¹ 1 ist.

Claims

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration in der ersten Stufe so eingestellt wird, dass die Lösung 9 bis 12 % Cellulosecarbamat bei einer Natronlaugenkonzentration von 8 bis 10 % enthält, und dass in der zweiten Stufe die Alkalikonzentration ¹ 8 % ist.

3 Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdünnung mit einer Natronlaugenlösung mit einer Konzentration < 4 % als Verdünnungsmittel durchgeführt wird 4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur während der ersten und der zweiten Stufe bei < 5 C gehalten wird.

5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lösevorgang unter intensivem Rühren durchgeführt wird.

6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Verdünnungsmittel anfänglich eine verdünnte Natronlaugelösung mit einer Konzentration von :5 4 % eingesetzt wird, und dass dann Wasser zugesetzt wird, bis die gewünschte Endkonzentration erreicht ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdünnungsmittelzugabe zu Beginn der Verdünnung im Verhältnis zum Ende, verlangsamt ist.

Hiezu 0 Blatt Zeichnungen