DD263996A1 - Verfahren zur kontinuierlichen herstellung von alkalicellulose - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Direktalkalisierung von Holzzellstoff oder Linters mit waessriger Natronlauge ohne Anwendung organischer Loesungsmittel als Diffusionshilfsmittel. Die nach diesem Verfahren gewonnene Alkalicellulose ist fuer die Herstellung von Cellulosederivaten, vorzugsweise fuer Celluloseether, geeignet. Zerkleinerter Zellstoff wird mit waessriger Natronlauge in einem gewaehlten, jeweils konstanten Verhaeltnis in feinverteilter Form in einer Schnellmischmaschine spezieller Bauart im kontinuierlichen Strom unter intensiver Schlag- und Scherbelastung bei kurzen Verweilzeiten, unter Kuehlung innig vermischt und zur Reaktion gebracht.

Description

Ati-vcdunusgeblet der Erfindung

Die Erfindung beschreibt ein kontinuierliches Verfahren zur gleichmäßigen Alkalisiorung von Cellulosematerialien wie Holzzellstoff oder Linters mit Natronlauge ohne Anwendung organischer Lösungsmittel. Die nach diesem Verfahren gewonnene Alkalicellulose wird als Ausgangsprodukt für die Herstellung von Cellulosederivaten, vorzugsweise für die Herstellung von Celluloseethern, verwendet, die auf Grund ihrer guten Wasserlöslichkeit breite Anwendung als Verdickungsmittel Suspensionsund Emulsionsstabilisator, Klebstoff usw. in Industrie, Gewerbe und Haushalt gefunden haben.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Auf Grund der bekannten dominanten Wirkung der Qualität der Alkalicellulose, speziell ihrer Gleichmäßigkeit, auf die Qualität der daraus herzustellenden Cellulosederivate haben sich in der bisherigen industriellen Praxis überwiegend diskontinuierliche Verfahren durchgesetzt. Vorwiegeria¹ im Einsatz befinden sich daher die Tauchpressen- und die Maischalkalisie.-ung. Beide Verfahren haben den Nachteil, daß sie auf den Einsatz eines Laugenüberschusses angewiesen sind, der nach dem Alkalisierungsvorgang auf die gewünschte AlkaliceMulosezusammonsetzung abgepreßt werden muß und demzufolge Kreislaufprozosse für Aufkonzentration und Reinigung der Natronlauge bedingen, die zusätzlichen apparativen und Kostenaufwand verursachen. Ein weiterer Nachteil ist in der hohen Verweilzeit zu sehen, die beide Verfahren benötigen. Darüber hinaus ist die Tauchpressenalkalisierung auf bestimmte Blattformate des Cellulosematerials angewiesen und erfordert einen hohen manuellen Bedienun gsaufwand. Nicht zuletzt muß erwähnt werden, daß suf Grund der Grenzbedingungen beim Abpressen in Verbindung mit der Tauchlaugenkonzentration bestimmte Zusammensetzungen der Alkalicellulose, die für die Qualität und Zusammensetzung der Nachfolgeprodukte von wesentlicher Bedeutung sind, nichi realisiert werden können. Es hut daher nicht an Versuc hen gefehlt, diese Nachteile durch kontinuierliche Verfahren zu beseitigen, bei denen die jeweils gewünschte Menge Natronlauge ohne Überschuß mit dem Zellstoff in zerkleinerter Form vermischt wird. Auf Grund der hohen Gleichmäßigkeitsanforderu igen an Alkalicellulose werden daher für diese Aufgabe überwiegend Schneckenpressen bzw. Kneter und/oder feinstgemnhlener Zellstoff zum Einsatz gebracht.

Nach DE-AS 1543114 und Dt-1543136 erfolgt die kontinuierliche Herstellung von Alkalicellulose aus zerkleinerter Cellulose in zwei- oder mehrwelligen Schneckenpressen, wobei auf Grund der bekannten begrenzten Mischwirkung von Schneckenpressen eine Vormischung der Reaktionspartner außernalb der Schneckenpressen empfohlen wird, was mit einer Erhöhung des apparativen Aufwandes verbunden ist.

Im CH-Patent 481950 wird ein Schneckenkneter, der nach dem Ko-Kneterprinzip arbeitet, in Vorschlag gebracht. Die dort angegebene erforderliche Verweilzeit beträgt 3-5 Minuten.

Ein weiteres kontinuierliches Verfahren zur Alkalisierung von Zellstoff wird in der DD PS 86259 dargestellt. Es beruht auf einer Alkalisierung in einer Wirbelschicht und erfordert zur Erzielung der notwendigen Gleichmäßigkeit eine Mahlung des eingeseizten Zellstoffs auf eine Partikelgröße von kleiner als 300 μσι, was mit einem hohen Aufwand für die Vorbereitung des Zellstoffe verbunden ist.

Ebenfallsfeinstgemahlenen Zellstoff <0,5mm benötigt das Verfahren nach USP 2510355 und USP 2542215, nach dem in einem Drehrohr der Zellstoff mit der gewünschten stöchiometrischen Menge Natronlauge besprüht wird, mit anschließender Besprühung mit wäßriger Monochlorecsigsäurelösung.

Unabhängig von diesen leicht erkennbaren Nachteilen ist in keinem lalle eine Aussage zur Qualität der daraus erhaltenen Alkalicellulose bzw. der daraus resultierenden Cellulosederivate als Folgeprodukte getroffen worden.

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Des weiteren wird nach DAS 1468226 ein Verfahren zur Herstellung von trockener Alkalicellulose durch Zerkleinern und inniges ¹^

Vermischen von pulverförmiger, frei fließender, trookenor Cellulose und zerkleinertem 'sstem Alkalihydroxid in Luftstrommühlen und Prallmühlen beschrieben. Dabei soll eine besonders reaktionsfähige und haltbare AC mit geringem DP-Abbau erzeugt werden, die besonders für die Herstellung von Carboxymethylcellulose und Methylcellulose geeignet ist. Nähere Angaben zur Qualität der erhaltenen Alkalicellulose oder der daraus erhaltenen CMC liegen nicht vor. Nachteile dieses patentierten Verfahrens sind der hohe Zerkleinerungsaufwand für die Cellulose, der vorzugsweise Einsatz von versprödeter Cellulose mit nur 3-5% Restfeuchte, abweichend von der üblichem Norm der Zellstoffe, der hoha Energieaufwand der Feinstmahlung und der Einsatz von festem teuerem Alkalihydroxid und dec sen Zei kleinerung auf Teilchengröße kleiner 200 Mikron, — sowie der sicherheitstechnische Aufwand zur Vermeidung von Si "ubexplosior.cn.

Ziel dor Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Entwicklung eines kontinuierlichen Verfahrens zur Herstellung von Alkalicellulose nach dem Prinzip der Direktalkalisierung ohne Anwendung organischer Lösungsmittel, das in der Lage ist, bei kurzen Verweilzeiten beido Komponenten intensiv zu vermischen, ineinander einzuarbeiten und damit die erforderliche Gleichmäßigkeit der AC für anforderungsgerechte Qualitäten der Folgeprodukte, vorzugsweise Celluloseether, zu liefern. .

Wesen der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, au; üellulosematerialien durch Umsetzung mit wäßriger Natronlauge im kontinuierlichen Durchsatz ein Verfahren zur Herstellung von Alkalicellulose ohne Einsatz organischer Lösungsmittel als Diffusionshilfsmittel in erforderlicher Gleichmäßigkeit bei gezielten unterschiedlichen Zusammensetzungen zu entwickeln, um hohe Durchsatzleistungen bei geringem Platzbedarf und geringem apparativem Aufwand zu erreichen, den energatischen Aufwand zu vermindern, den Betreuungsaufwand zu minimieren und damit Voraussetzungen für ein kontinuierliches Gesamtverfahren zur CMC-Herstellung zu schaffen.

Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe unter Anwendung einer kühlbaren, kontinuierlich beschickbaren Schnellmischmaschine mit schnell drehendem Flügelmischwerk spezieller Bauart so gelöst, daß in bekannter Weise zerkleinerte Cellulosematerialien durch Anwendi ng hoher Drehzahlen und spezieller Anordnung der Mischwerkzeuge durch den Mischraum der Schnellmischmaschine gefördert werden und durch Zugabe der erforderlichen Menge Alkalilauge alkalisiert werden. Die Konzentration der Alkalilauge liegt zwischen 15% bis 48%, vorzugsweise 25% bis 42%. Der Eintrag der wäßrigen Alkalilauge in den Mischraum erfolgt zweckmäßigervyeise in feinverteilter Form durch Einsprühen über eine oder mehrere Düsen, über

versetzte Bohrungen der Welle des Mischwerkes mittels Zentrifugalkraft oder durch Kombination beider Systeme. Durch das ;

schnelldrehende, drehzahlverstellbare Mischwerk und die Stellung der Mischwerkzeuge wird die für eine intensive Vermischung \

der Reaktanden erforderliche Verwirbelung, verbunden mit einer ausgeprägten Schlag- und Scherbeanspruchung des Mischgutes, erreicht. Dabei werden die Mischwerkzeuge im Einzugsbereich auf Förderung, im mittleren und hinteren Bereich der Maschine ganz oder teilweise auf Stau gestellt, so daß ein Pralleffekt den Einarbeitungsvorgang begünstigt.

Die Umlaufgeschwindigkeit des Mischwerkzeugs wird größer 10 m/s, vorzugsweise 20-35 m/s gewählt.

Die Verweilzeit der Alkalicellulose beträgt 3 bis 60s, vorzugsweise 5 bis 20s bei einer Produkttemperatur von 1O⁰C bis 60⁰C, vorzugsweise jedoch 2O⁰C bis 45⁰C.

Ausführungsbeispiele

Beispiel 1

In einer Beleimungsmaschine der Spanplattenindustrie mit einem Mischraum von Durchmesser 200mm und Länge 650mm, ausgerüstet mit einer Schaufelwelle, wurde vorzerkleinorter Holzzellstoff mit einer Partikelgröße von max. 3mm in einer Menge von 830g/min gleichmäßig eingetragen und mit 1100ml 39%iger Natronlauge, die übor Zentrifugalkraft des Mischwerkes verteilt wurde, innig vermischt. Die Natronlauge wurde über die Hohlwelle in die Mischwerkzeuge, die mit mehreren Bohrungen ausgerüstet sind, dosiert. Die Umlaufgeschwindigkeit des Mischwerkes war auf 21 m/s eingestellt. Durch die Eintragsmenge an Zellstoff und die Stellung der Mischwerkzeuge betrug die Verweilzeit der Mischung im Gerät 12s. Durch Kühlung des Mantels des Gerätes mit Kühlwasser von 13⁰C wurde eine Temperatur der Alkalicellulose von 33⁰C eingestellt. Die Zusammensetzung der Alkalicellulose betrug:

Cellulosegehalt:31,8% NaOH: 25,6% H₂0:42,6%

Die durch Veretherung dieser AC mit Monochloressigsäure hergestellte Carboxymethylcellulose besaß folgende Qualitätsdaten:

Feuchte: 10%

DS: C95

Löslichkeit: 100% Aktivgehalt: 56%

Viskosität: 80 mPas (3%ig im Höppler-Viskosimeter gemessen)

Die hohe Löslichkeit der CMC beweist die gute Gleichmäßigkeit der Alkalisierung als Voraussetzung dazu.

Beispiel 2

In eine Beleimungsmaschine, wie im Beispiel 1, wurde vorzerkleinerter Holzzellstoff mit einer Partikelgröße von maximal 3mm in einer Menge von 830g/min gleichmäßig eingetragen und mit 675 ml 39%iger Natronlauge, wie im Beispiel 1, innig

vermischt. *

Die Umlaufgeschwindigkeit des Mischwerkes war auf 26m/s eingestellt. Die Verweilzeit in der Maschine betrug 10s. Durch Kühlung des Mantels der Maschine mit Kühlwasser von 14⁰C wurde eine Temperatur der Alkalicellulose von 29⁰C eingestellt. Die Zusammensetzung der Alkalicellulose betrug:

Cellulosegehalt:44,3% NaOH: 20,5%, H₂0:35,2% Die durcn Veretherung dieser AC mit Monochloressigsäure hergestellte Carboxymethylcellulose besaß folgende Qualitätsdaten:

Feuchte:	5%
DS:	0,75
Löslichkeit:	91%
Aktivgehalt:	71,5%
Viskosität:	330 mPas (3%ig im Höppler-Viskosimeter gemessen)

Die gute Löslichkeit der CMC bei dem gewählten Molverhältnis {Cellulose:Monochloressigsäure von 1 :·1) und dem erreichten DS α weist die gute Gleichmäßigkeit und Reaktionsrähigkeit der erhaltenen Alkalicellulose.

Claims (6)

1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Alkalicellulose für die Weiterverarbeitung zu Cellulosederivaten, vorzugsweise Celluloseethern, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsatzkomponenten, zerkleinerte Cellulosematerialien, vorzugsweise Hqlzzellstoff, und Natriumhydroxid, vorzugsweise in wäßriger Lösung in einem Konzentrationsbereich von 15% bis 48% in einem gewählten, jeweils konstantem Verhältnis, in feinverteilter Form ohne Zusatz organischer Lösungsmittel als Diffusionshilfsmittel, in der Schnellmischmas jhine bekannter Bauart im kontinuierlichen Strom unter intensiver Schlag- und Scherbelastung bei kurzen Verweilzeiten, unter Kühlung innig vermischt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabe der wäßrigen Natronlauge über eine oder mehrere Düsen und/oder mittels Zentrifugalkraft über versetzt angeordnete Bohrungen der Mischwelle bzw. der Mischwerkzeuge erfolgt.

3. Verfahren nach Ansp.uch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zerkleinerte Zellstoff eine Partikelgröße besitzt, die ein Siebloch von 0,1 bis 10 mm, vorzugsweise 2 bis 5r₍m, passieren kann.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit in der Schnellmischmaschine 3 bis 60s, vorzugsweise 5-2Os, beträgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlaufgeschwindigkeit des Mischwerkes mindestens 10 m/s, vorzugsweise 20-35 m/s, beträgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Kühlung des Gerätes eine Temperatur der Alkalicellulose von 10 bis 60⁰C, vorzugsweise 20-45⁰C eingestellt wird.