Verfahren zur Überführung feuchter, faseriger Methylzellulosen in Pulver von hoher Lösungsgeschwindigkeit
Beim Trocknen wasserhaltiger Methylzellu- lasen, wie sie bei technischen Methylierungsverfahren anfa, llen, erhält man meist in Was ser nur sehr langsam losliebe Produkte. Für die praktische Verwendung von Methylzellu- losen ist aber eine möglichst hohe Losungs- gesehwindigkeit in kaltem Wasser erw nscht.
Es wurde nun gefunden, dass man aus feuchten, faserigen Methylzellulosen trockene, in kaltem Wasser schnell losliche Pulver er- halt, wenn man eine faserige Methylzellulose mit einem Wassergehalt von 50-70 Gewichts- prozent durch mechanische Bearbeitung unter Druck zu einer plastisch deformierbaren Paste llomogenisiert, das homogenisiert. e Produkt in einer mit hoher Geschwindigkeit umlaufenden Zerkleinerungsvorrichtung zerteilt.und die so erhaltenen Partikel trocknet. Die zu verwen- dende Methylzellulose kann aus ! Zellulosen ver schiedener Herkunft, z.
B. aus Fichtenholz- oderHaferschalenzellulose oder aus Baumwollinters hergestellt sein. Es k¯nnen die ver schiedensten Veratherungsverfahren ange- wandt werden Man kann z. B. gasförmiges Methylchlorid auf die Alkalizellulose einwir- ken lassen ; nach den Untersuchungen der Anmelderin lϯt man jedoch mit besonderem Vorteil fliissiges Methylchlorid in mindestens der 5fachen Gewichtsmenge der angewandten lufttrockenen Zellulose bei Temperaturen un terhalb 90 C auf die Alkalizellulose eimwir- ken.
Der Verätherungsgrad der verwendbaren Methylzellulosen kann zwischen 1 und 2, 5 Mol Methyläthergruppen pro Glukoserest liegen.
Die so erhaltene rohe Methylzellulose enthält noeh Kochsalz, das durch Waschen mit heissem 'tasser, in demd & eMet-hylzellulosenichtlös- lieh ist, entfernt werden kann.
Es kann auch nach ändern Methylierungs- verfahren erhaltene feuchte, faserige Methylzellulose,welche einen Wassergehalt aufweist, der zwisehen 50-70 Gewichtsprozenten l. iegt, verwendet werden. Es ist zu empfehlen, den für die jeweils zu verarbeitende Methylzellulose optimalen Wassergeh : alt, dessen Hoche in geringem Ma¯e vom Polymerisationsgrad der Methylzellul.oseabhängt,durchVersuche zu ermitteln. An sich sind Methylzellulosen mit h¯herem Wassergehalt leichter and mit weniger Kraftaufwand zu homogenisieren als Me- thylzellulosen mit geringerem Wassergehalt.
Da aber. das Wasser später wieder verdampft werden muss, ergibt sich der optimale Wasser gehalt aus betriebswirtschaftlichen Überlegun- gen, wobei der f r das Homogenisieren der wasserhaltigen Methylzellulose und der f r das Troeknen der zerteilten Paste notwendige Energieaufwand gegeneinander abgewogen werden muss. Die feuchte, faserige Methyl zellulose wird zwecks Umwandlung in. eme plastiseh deformierbare hoeogene Paste unter gleichzeitiger Anwendung von Druck mecha niseh durchgearbeitet. Zu diesem Zweck sind alle Vorrichtungen brauchbar, in denen die e feuehte, faserige lethylzellulose dureh hohen Druek zum Fliessen gebracht wird.
Beim Flie ssen entstehen scherende Kräfte, die das Homo- genisieren des Materials verursachen. Eine einfaehe Vorrichtung, in der das Homogenisieren der feuchten Methylzellulose durehführbar ist, basteht aus einem druckfesten Zylinder, der an der einen Seite eine feine Öffnung besitzt.
Das in dem Zylinder befindliche Material wird durch einen Stempel unter Druck gesetzt und durch die feine Íffnung herausgepre¯t. Beim Passieren der feinen Íffnung entstehen die scherenden KrÏfte, die das Material homogeni- sieren. Um die scherenden Kräfte über eine lÏngere Zeit zur Wirkung kommen zu lassen, kann man an die Öffnungeine Kapillare an sehliessen oder ein in beliebiger Weiseausge- bildetes Labyrinth, durch das die Masse hin- durchgepre¯t wird.
F r die technische Durchführung dieses Verfahrenssehrittes haben sich vor allen Dingen Vorrichtungen bewährt, die unter dem Namen Schneckenpresse oder Knetpumpe'- > bekannt,sind.Inderartigen Vorrichtungen wird die feuchte Methylzellulose dureh die Schnecke gef¯rdert und gleich zeitig unter Druck gesetzt. Die scherenden KrÏfte treten an der Gefässwandung, an der Wandung der bewegten Schnecke und in dem fliessenden Material selbst auf. Die Schnecke ist zweckmässig so ausgebildet, dass das Mate- rial beim Durchlaufen der Schnecke cinem steigenden Druck ausgesetzt wird. Der Druckanstieg in der Schnecke kann linear oder nicht linear sein.
NÏhere Ausführungen über der- artige Vorrichtungen finden sich in der Zeitschrift ¸Kunstetoffe¯, Jahrgang 1951, Seite 414-416 und 417-421. Allen zum Homogenisieren der feuchten, faserigen Methylzellulose vorteilhaftenVorrichtungenistgemeinsam, dass ¯ die bewegten Teile der Homogenisierungs- vorriehtung, die das Material f¯rdern, auch gleiehzeitig den auf das Material ausgeübten Druck erzengen. Beim Passieren soleher Vorrichtungen erwärmt sich die Masse.
Da Me- thylzellulose in heissem Wasser unlöslieh ist, empfiehlt es sieh, die Apparatur zu kühlen, so dass die Temperatur der Methylzellulose nicht über deren Koagulationspunkt, der bei etwa 60 C lient, ansteigt. Das Homogenisieren der Masse ist bei Temperaturen zwischen 0 und 50¯C durchzuf hren, vorzugsweise wird zwischen 5 und 35¯ C gearbeitet. Das Pressen 'und Kneten ist so lange fortzusetzen, bis die faserige Masse in eine plastische deformierbare Masse umgewandelt worden ist, die vorteilhaft praktisch faserfrei und durchschei- nend bis transparent ist. Der Verfahrensschritt kann sogar so weit getrieben. werden, dass die Masse als v¯llig homogenes und durchsichtiges Produkt erscheint.
An der Austrittsoffnung der Homogenisiervorrichtung können Loch bleehe angebracht sein, durch die die homogene Methylzellulosepaste unter starkem Druck in Form von Nadeln, Fäden, Bändern oder Strän en von beliebigem Querschnitt herausgepresst wird.
Die homogene, z. B. faserfreie Methylzellu losepaste lässt sieh überrasehenderweise in be stimmten Zerkleinerungsvorrichtungen zertei- len. Zu diesem Zweek sind Vorrichtungen brauchbar, bei denen das Alaterial durell schneidende und/oder schlagende, mit hohen Geschwindigkeiten umlaufende Teile zerteilt wird. Bewährt haben sieh z. B. die sogenannten Hammerkorbmühlen.
Hierunter werden Hammerm hlen verstanden, deren HÏmmer mit scharfen Schneiden versehen und bzw. oder die mit einem Korb aus gelochten Blechen umgeben sind. Auch die in der deutschen Patentschrift Nr. 7-7122zumZerkleinernvon wasserhaltigen, faserigen, d. h. nieht homo genisierten Methylzellulosen vorgeschlagenen Vorrichtungen können zum Zerteilender faser- freien, homogenen Paste mit Erfolg eingesetzt werden. Das dabei erhaltene feinkörnige Produkt besitzt berraschenderweise eine gewisse LagerfÏhigkeit, sofern es nicht zu sehr zusam mengedrückt wird. Vor dem Trocknen kann das Material durch Sieben, Windsichten oder ähnliehen Massnahmen klassiert werden.
Das Trocknen erfolgt erfindungsgemäss bei Temperaturen oberhalb des Koagulationspunktes der Methylzellulose, d. h. oberhalb von etwa 60 C. Dieser Verfahrenssehritt kann in bekannten Trockenvorriehtungen, wie z. B.
Band-, Teller- oder Trommeltrocknern, durchgeführt werden. Als besonders zweckmϯig haben sieh Vorriehtungen erwiesen, in denen das zerideinerte Material in einem Gasstrom aufgewirbelt wird.
Man kann nach dem erfindungsgemässen Verfahren ein sehüttfähiges feines Pulver erhalten, dasbeim.Anrühreninder10-bis 50fachen Wassermenge in der iiberrasehend kur zenZeitvon15-20Minuteneinevöllig homo zende und verarbeitungsfähige Losung ergibt, die als Tapetenkleaster, Verdickungsmittel, Bindemittel f r Anstrichfarben usw. brauchbar ist. Dieses Pulver kann zwar, um eine gleichmässigere Korngrössenverteilungzuer- halten, gesichtet oder gemahlen werden ; zum Erreichen einer guten Kaltwasserl¯slichkeit ist dies jedoch nicht erforderlieh.
In. den amerikanischen Patentschriften Nrn. 2331864 und 2331865 isst zwar schon vorgeschlagen worden, eine wasserhaltige faserige Methylzellulose bei Temperaturen unterhalb 50 C durch meehaniseheBearbeitung zuzhomo- genisieren. Das homogenisierte Material soll getroeknet und dann gemahlen werden. Bei diesen Verfahren wird versucht, das Problem der Herstellung leicht kaltwasserloslieher Me- t. hylzelMosen dadurch zu loden, dass die feuchte faserige Methylzellulose nur teilweise homogenisiert, dann getrocknet und gemahlen wird.
Die teilweise Homogenisierung ist an der Bildung durchscheinender homogenisier- ter Methylzellulosemfaasen zu erkennen.Homo- genisiert man bei den Verfahren der amerika- nischen Patentschriften vollständig, d. h. so weit, da¯ die homogenisierten Massen durch sichtig sind, so erhält man n ein hornartiges Erzeugnis, das nach dem Mahlen nur schwer lösliehe Pulver ergibt. Es ist nicht, erkannt worden, dass die Stufe des Zerteilens vor die des Trocknens gelegt, werden muss, um leicht l¯sliche Erzeunisse zu erhalten.
Es ist auch sehr überraschend, diab sich eine völlig homo genisierteMethylzellulosepastemit Hilfe der oben erwähntenVorrichtungenzerteilenlässt.
Die deutsche Patentschrift Nr. 747122 beschreibt zwar das Verrohen und Verzwirnen einer faserigen, feuchten Methyiizellulose, jedoch wirddabeinur,wasschonin den Bezeichnungen Verrollen oder Verzwirnen zum Ausdruck kommt, die Lage der Methyl zellulosefasem zueinander verändert. Mit dem Zerteilen einer homogenen Methylzellulosepaate hat dies nichtszu tun.
Dass ein Hintereinanderschalten des Homogenisierens der faserigen Methylzellulose und des Zerteilens der homogenen Paste zu Produkten von so hervorragend auter Loslichkeit fiihren würde, war auch schon darum nicht zu erwarten, weil nach den iibereinstimmenden Angaben der beiden amerikanischen unddergenannten deutsehen Patentschrift die. jeweiligen mecha- nischen Behandlungen, das Homogenisieren und das Vermählen bzw. das Verrollen oder Verzwirnen nicht zu weit getrieben werden dürfe, da andernfallsbeimTrocknenhom- artige, in Wasser schwer lösliehe Produkte zu erwarten seien.
Beispiel
Eine durch Umsetzung von Alkalizellulose mit Methylchlorid erhaltene Methylzellulose mit 1, 7 Methylgruppen/C6H10O5-Einheit.wird dmreh Auswasehen mit heissem Wasser von demdarinenthaltenenKochsalz befreit. Das ausgewaschene, faserige Material enthält etwa 60"/o Wasser. Dieses Material wird unter Küh- lung durch eine Schneckenpresse gepresst, wobei es zu einer homogenen Masse verknetet wird. Durch Kühlung der Schneckenpresse se wird die Temperatur des Materials auf etwa 10-20¯C gehalten. Aus dem Mundst ck der Presse trittdasMaterialinFormeines homogen, plastisch deformierbaren Stranges aus.
Diese Masse wird anschliessend in einer Han1merkorbmühle in Teilchen von etwa 0, 5 mm Durchmesser zerteilt. Nafch Trocknen in einem Umlufttrockner bei Temperaturen oberhalb 60 C entsteht ein pulverformiges, sschütt- fähiges Material, das keiner weiteren Aufarbeitung bedarf. Das Litergewicht liegt zwi sehen 220-260 g. 91% des Materials haben eine Korngrösse, die zwischen Sieb Din 10 bis Din 40 liegt. Beim Anrühren in der 30fachen Wassermenge ist in 15 Minuten eine homo gene Losung zu erzielen, die z. B. als Farben bindemittel für Innenanstriche geeignet ist.