DE10237977A1

DE10237977A1 - Verfahren zur Herstellung einer homogenisierten blasenfreien Celluloselösung

Info

Publication number: DE10237977A1
Application number: DE2002137977
Authority: DE
Inventors: Jürgen Wack; Jörg HAMANN; Rudolf Dr. Kämpf; Helmut Höglinger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-08-20
Filing date: 2002-08-20
Publication date: 2004-03-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer blasenfreien Cellulosecarbamatlösung, die gegenüber Lösungen, die nicht nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt wurden, weniger agglomerierte Partikel enthält. Dies wird durch Bestrahlen mit Schallwellen aus dem Frequenzbereich 0,1 Hz bis 100 kHz erreicht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer blasenfreien Cellulosecarbamatlösung die gegenüber Lösungen die nicht nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt wurden, weniger agglomerierte Partikel enthalten.
Bei den bekannten Verfahren werden Cellulosecarbamatlösungen durch Ausbringen in dünnen Filmen oder Strängen in einem unter Vakuum stehenden Apparat von dispergierten Gasbläschen befreit. Dieser Vorgang erfordert vielstufige Apparate und verursacht hohe Energiekosten bei der Erzeugung des Vakuums.
Nach der Herstellung einer Cellulosecarbamatlösung findet man trotz intensivster Scherung und Mischung noch agglomerierte Partikel in der Lösung, die durch Filtration über engmaschige Filternetze oder Gewebe zurückgehalten werden müssen, da ihre Anwesenheit – ebenso wie Gasbläschen – während des Ausspinnens zu dünnen Fäden oder der Herstellung von Formkörpern zu Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche führen. Überschreiten diese Agglomerate eine gewisse Anzahl und Größe führt dies zu Fadenbrüchen oder Löchern in den Formkörpern. Aus diesem Grund muss eine solche Lösung neben der Befreiung von Gasbläschen auch durch eine kostenträchtige mehrstufige Filtration von solchen Partikeln befreit werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Cellulosecarbamatlösungen in einem Verfahren sowohl von Gasbläschen befreien als auch die Größe und Anzahl der Agglomerate soweit zu vermindern, dass eine ungestörte Weiterverarbeitung möglich ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Cellulosecarbamatlösung nach Anspruch 1 in einem Apparat mit Schallwellen bestrahlt wird. Durch die Übertragung der Schwingungen über die Lösung auf die Gasbläschen führt dies erfindungsgemäß dazu, wie die Ergebnisse der Tabelle 1 ausweisen, dass diese aus der Lösung entweichen.

Bei der Übertragung der Schallwellen in der Flüssigkeit treffen diese auf die agglomerierten Teilchen, die sich dadurch auszeichnen, dass sie einen sehr viel größeren Durchmesser aufweisen als die gelösten Partikel und übertragen ihre Energie auf die Agglomerate. Die aufgenommene Schallenergie wird in den Molekülverbänden in Schwingungen umgewandelt und führt so zu einer Lockerung der aneinanderhängenden Verbände. Die Lockerung macht es möglich, dass Lösungsmittelmoleküle in den agglomerierten Verband eindringen können und die Cellulosecarbamatmoleküle solvatisieren. Durch die Aufnahme des Lösungsmittels ergibt sich nach Anspruch 1-4 eine homogenere Mischung. Unterstützt wird der Effekt der Solvatisierung noch durch die sich in der Lösung befindenden Gasbläschen, die an die Oberflächen wandern müssen. Dabei durchquert auch ein Teil von ihnen solchermaßen aufgelockerte Bezirke und führt dabei Lösungsmittel im Strömungsschatten auf der Blasenrückseite an diese Stellen heran.

25 kg Cellulosecarbamat wurden in einer Tauchpresse in 18%-iger Natronlauge über 2 Stunden bei 40°C gequollen und aktiviert. Anschließend wird in einer Presse die Alkalicellulose von überschüssiger Lauge durch ein Verdichten auf ein Verhältnis von 2:1 befreit und in einem Blaschke-Zerfaserer in kleine Stücke zerrissen. Die flockige Alkalicellulose kam zur Reifung und Einstellung des DP-Wertes von 320 über mehrere Stunden in ein bei 40 °C betriebenes Drehrohr, wurde dann zweimal mit 50 l Frischwasser gewaschen und der verbleibende Restalkaligehalt mit Essigsäure neutralisiert. Nach der Neutralisation erfolgen zwei weitere Wäschen und eine Entwässerung auf einer Saugnutsche durch Abpressen des Restwassers.
In einem Blaschke-Kneten werden dann 70 g Harnstoff, entsprechend einem Molverhältnis von Cellulose(AGU) zu Harnstoff = 1 : 0.75 zugegeben und über 2 Stunden vermischt. Anschließend erfolgt in einem Reaktor ein Entfernen des Restwassers durch Strippen mit Xylol bei 80°C und leichtem Vacuum. Nach vollständiger Wasserentfernung erhöht man die Temperatur bis zum Sieden des Xylols bei Umgebungsdruck (145°C) und lässt die Cellulose/Harnstoffmasse über einen Zeitraum von 2 Stunden reagieren. Nach Ende der Reaktion kühlt man die Masse ab, trennt das Xylol durch Filtration auf einer Saugnutsche, wäscht 2 mal mit 25 l Wasser nach. Das feuchte Carbamat wird in einen Strippbehälter gebracht, mit Wasser versetzt und bei einem Unterdruck von 100 mbar durch azeotrope Destillation vom Xylol befreit.
Nach erneuten Abkühlen wird das überflüssige Wasser abgepresst, der Wassergehalt mittels DSC bestimmt und mit Natronlauge der Menge versetzt, dass eine 8 Massen% Cellulose und 7 Massen% Alkali enthaltende wässrige Lösung bei 5°C entsteht. In einem Löseapparat und einer Verfahrensweise wie es in DE 19757958 erwähnt wird, erfolgte in 2,5 Stunden unter Scherung, Umwälzung und Kühlung die Herstellung einer für die nachfolgenden Versuche geeigneten Lösung. Die Proben zur Beschallung wurden in 4 gleiche Portionen je 10 Liter aufgeteilt und in Edelstahlbehälter mit 300 mm Durchmesser gefüllt und an ein Saugzuggebläse das einen Unterdruck von 990 mbar erzeugt, angeschlossen. In die Lösung kamen eine 800 W 40 kHz bzw. 25 kHz Rundtauchschwinger-Ultraschallgeneratoreinheit der Fa. Bandelin mit der die Lösung beschallt wurde. Die Bestrahlung mit niederfrequenten Schallwellen im Bereich von 0.1-50 Hz erfolgte mit einem selbstgebauten Niederfrequenzgenerator. Die Übertragung der niederfrequenten Schallwellen in die Lösung erfolgte durch eine im Boden des Behälters untergebrachte Membran, die vom Niederfrequenzgenerator mittels eines elektromagnetischen Schwingelementes angeregt wurde. Auch eine Anregung der Membran durch mechanische und hydraulische Impulse wurde vorgenommen.
Die entstandene Lösung wird durch folgende Messgeräte charakterisiert: Kapillarviskosimeter und Oszillationsrheometer der Fa. Bohlin, Leitfähigkeit, pH-Wert, der Fa. Endress+Hauser, MCS UV-VIS Spektrometer von der Fa. Zeiss und Teilchenzählgerät PAMAS der Fa. Malvern. Die Datenaufnahme erfolgte auf einem handelsüblichen PC, mit der Software "Neuro Model" der Fa. AtlanTec, Willich wurde die Auswertung vorgenommen.
Tabelle 1 Versuchsergebnisse

Claims

Verfahren zum Erzeugen einer blasenfreien Cellulosecarbamatlösung mit geringem Partikelgehalt durch Bestrahlen mit Schallwellen, dadurch gekennzeichnet dass,
nach Anspruch 1 die Schallwellen aus dem Frequenzbereich 0,1 Hz bis 1 kHz, besonders bevorzugt 1 Hz bis 50 Hz stammen,
nach Anspruch 1 und 2 die Schallwellen aus dem Frequenzbereich 1 kHz bis 100 kHz, besonders bevorzugt 12 kHz bis 40 kHz stammen ,
nach Anspruch 1 bis 3 die Lösung mit Schallwellen aus dem beiden Bereichen bestrahlt wird,
nach Anspruch 1 die Lösung mit Schallwellen nicht konstanter Frequenz, die über den Bereich von 0,1 Hz bis 100 kHz auf- und abwärts schwanken, bestrahlt wird,
nach Anspruch 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlung unter Vakuum zwischen 1000 mbar und 1 mbar, bevorzugt zwischen 10 mbar und 500 mbar geschieht.