DE1297850B - Stabilization of cellulose against degradation in an alkaline medium - Google Patents

Stabilization of cellulose against degradation in an alkaline medium

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DE1297850B DEK53672A DEK0053672A DE1297850B DE 1297850 B DE1297850 B DE 1297850B DE K53672 A DEK53672 A DE K53672A DE K0053672 A DEK0053672 A DE K0053672A DE 1297850 B DE1297850 B DE 1297850B
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Description

Die Erfindung betrifft die Stabilisierung von Cellulose gegen den Abbau in alkalischem Medium. The invention relates to the stabilization of cellulose against the Degradation in an alkaline medium.

Bei Einwirkung von Alkali auf Cellulose in Gegenwart von Sauerstoff werden die Cellulosemoleküle unter Oxydation gespalten. Dieser Abbau von Alkalicellulose ist ein technisch weitgehend genutzter Prozeß zur Verminderung des Molekulargewichts von Cellulose. Bei manchen Umsetzungen der Cellulose in alkalischem Medium ist der zwangläufig stattfindende Abbau jedoch eine unerwünschte Begleiterscheinung. With the action of alkali on cellulose in the presence of oxygen the cellulose molecules are split under oxidation. This breakdown of alkali cellulose is a process that is widely used technically to reduce the molecular weight of cellulose. In some conversions of cellulose in an alkaline medium, the Inevitably occurring degradation, however, is an undesirable side effect.

So ist bei der Herstellung hochviskoser Celluloseäther der Abbau der Alkalicellulose während der Verätherungsreaktion meist nachteilig. Methoden zur Stabilisierung der Cellulose gegen ihren oxydativen Abbau sind daher bei Verfahren zur chemischen Veredlung von Cellulose von praktischer Bedeutung.In the production of highly viscous cellulose ethers, for example, the degradation is the Alkali cellulose usually disadvantageous during the etherification reaction. Methods for Stabilization of cellulose against its oxidative degradation are therefore part of the process of practical importance for the chemical refinement of cellulose.

Es ist bekannt, daß Zusätze von Natriumborhydrid hemmend auf den Abbau von Alkalicellulose einwirken. Natriumborhydrid ist jedoch wegen des hohen Preises für eine wirtschaftliche Verwendung ungeeignet. Man hat ferner bei der Herstellung von Viskose von der abbauverzögernden Wirkung von Natriumthiocarbonat,-sulfit oder-bisulfit Gebrauch gemacht. It is known that additions of sodium borohydride have an inhibitory effect on the Degradation of alkali cellulose act. However, sodium borohydride is because of the high The price is unsuitable for economic use. One also has to manufacture of viscose from the degradation-retarding effect of sodium thiocarbonate, sodium sulfite or bisulfite Made use of.

Von diesen ist Natriumthiocarbonat wegen seiner leichten Zersetzlichkeit praktisch ohne Bedeutung.Of these, sodium thiocarbonate is because of its easy decomposition practically irrelevant.

Aufgabe der Erfindung war es, eine wirkungsvollere Stabilisierung zu ermöglichen als beispielsweise mit Natriumsulfit oder-bisulfit bzw.-pyrosulfit oder -metabisulfit. (Nach neueren Erkenntnissen soll Bisulfit in seiner festen Form als Pyrosulfit oder, was dasselbe ist, als Metabisulfit vorliegen.) Die Stabilisierung von Cellulose gegen den Abbau in alkalischem Medium gemäß der Erfindung geschieht durch Zusatz von reduzierenden Verbindungen der schwefligen Säure und ist dadurch gekennzeichnet, daß man ein Salz der Hydroxymethansulfinsäure zusetzt.The object of the invention was to provide more effective stabilization to make possible than, for example, with sodium sulfite or bisulfite or pyrosulfite or metabisulfite. (According to recent findings, bisulfite is said to be in its solid form present as pyrosulphite or, which is the same, as metabisulphite.) The stabilization of cellulose against degradation in an alkaline medium according to the invention by adding reducing compounds of sulphurous acid and is thereby characterized in that a salt of hydroxymethanesulfinic acid is added.

Die erfindungsgemäß zuzusetzenden hydroxymethansulfinsauren Salze üben eine starke Hemmung auf den alkalisch oxydativen Abbau von Cellulose bei Lagerung und thermischer Beanspruchung aus. Sie sind beispielsweise in Form des Natrium-, Calcium-und Zinksalzes als Reduktionsmittel für Küpenfärberei bzw. als Entfärbungsmittel Handelsware. Die Größe des Effekts ist von der Menge des zugesetzten Inhibitors abhängig. Von praktischem Interesse sind Zusätze in Mengen von 0, 1 bis 10 °/0, vorzugsweise von 0, 3 bis 2 °/o, bezogen auf das Gewicht der Cellulose. The hydroxymethanesulfinic acid salts to be added according to the invention exercise a strong inhibition on the alkaline oxidative degradation of cellulose during storage and thermal stress. They are, for example, in the form of sodium, Calcium and zinc salts as reducing agents for vat dyeing or as decolorizing agents Merchandise. The size of the effect depends on the amount of inhibitor added addicted. Additions in amounts of 0.1 to 10% are of practical interest. preferably from 0.3 to 2%, based on the weight of the cellulose.

Man kann den Stabilisator in der Natronlauge, durch welche die Cellulose alkalisiert werden soll, lösen bzw. suspendieren, oder man löst ihn oder suspendiert ihn in Lösungsmitteln, die mit Wasser mischbar sind, und vermischt ihn durch Tauchung oder in Maische oder in einem Mischer oder durch Besprühen mit der Cellulose bzw. der Alkalicellulose. One can use the stabilizer in the caustic soda, through which the cellulose to be made alkaline, dissolve or suspend, or it is dissolved or suspended it in solvents that are miscible with water and mixes it by immersion or in mash or in a mixer or by spraying with the cellulose or the alkali cellulose.

Im allgemeinen wird man jedoch den Stabilisator in der zum Alkalisieren des Zellstoffs dienenden Natronlauge gelöst dem Zellstoff zuführen. In diesem Fall erweist sich besonders das Natriumsalz der Hydroxymethansulfinsäure als vorteilhaft, da es auch in hochkonzentrierten Laugen gut löslich ist.In general, however, the stabilizer will be used in the alkalizing process Add the sodium hydroxide solution used for the pulp to the pulp. In this case the sodium salt of hydroxymethanesulfinic acid proves to be particularly advantageous, as it is also readily soluble in highly concentrated alkalis.

Die mit den genannten Stabilisatoren versetzten Alkalicellulosen mit Alkaligehalten (NaOH) bis zu 50°/o in der Trockensubstanz zeigen nach Lagerung, thermischer Beanspruchung bis 100° C und nach Reaktionen, z. B. mit Verätherungsmitteln, wesentlich höhere DP-Werte (durchschnittlicher Polymerisationsgrad) als Vergleichsproben, denen bekannte Stabilisatoren oder kein Stabilisator zugesetzt waren. Vom Natriumsalz der Hydroxymethansulfinsäure bewirkt 1 °/o (bezogen auf Cellulose) z. B. bei einer Alkalicellulose mit 50% NaOH in Trockensubstanz bei Zimmertemperatur eine Reifezeitverlängerung um das Dreifache des Normalwertes. Viskositäten von Methylcellulosen, die in einem Fall mit und im anderen ohne Stabilisator hergestellt worden sind, können sich bei Ausnutzung des optimalen Wirkungsbereichs des Natriumsalzes der Hydroxymethansulfinsäure wie 10 : 1 verhalten (bei Vergleich 2°/Oiger Lösungen im Höppler-Viskosimeter). The alkali celluloses mixed with the stabilizers mentioned with alkali contents (NaOH) up to 50% in the dry matter show after storage, thermal stress up to 100 ° C and after reactions, e.g. B. with etherifying agents, significantly higher DP values (average degree of polymerization) than comparison samples, to which known stabilizers or no stabilizer were added. From the Sodium salt the hydroxymethanesulfinic acid causes 1% (based on cellulose) z. B. at a Alkali cellulose with 50% NaOH in dry matter at room temperature extends the maturation time around three times the normal value. Viscosities of methyl celluloses in one Case with and in the other without a stabilizer can be found in Utilization of the optimal range of action of the sodium salt of hydroxymethanesulfinic acid behave as 10: 1 (when comparing 2 ° / Oiger solutions in the Höppler viscometer).

Der stabilisierende Effekt der Stabilisatoren läßt sich bei allen Reaktionen in alkalischem Medium ausnutzen, bei denen ein starker Abbau der Cellulose vermieden werden soll ; z. B. bei der Herstellung von Alkalicellulose nach allen bekannten Verfahren, sowie bei den Modifizierungsreaktionen der Cellulose wie Verätherung, Veresterung, Xanthogenierung und Addition von Epoxyden oder Substanzen mit Mehrfachbindungen. The stabilizing effect of the stabilizers can be seen in all Take advantage of reactions in an alkaline medium, in which a strong breakdown of cellulose should be avoided; z. B. in the production of alkali cellulose after all known processes, as well as in the modification reactions of cellulose such as etherification, Esterification, xanthogenation and addition of epoxides or substances with multiple bonds.

Beispiel 1 Proben von 100 g Sulfitzellstoff wurden mit je 200 g einer 50°/aigen Natronlauge versetzt, die 0, 5 bis 2, 0 g Natriummetabisulfit oder das Natrium-, das Calcium-oder das Zinksalz der Hydroxymethansulfinsäure (in den Tabellen kurz als) >Natriumsalza, » Calciumsalz « mit »Zinksalz« bezeichnet) in in Lösung oder Suspension enthielt, und in einem Mischer 45 Minuten gemischt. Example 1 Samples of 100 g of sulfite pulp were each with 200 g of a 50% sodium hydroxide solution added, the 0.5 to 2.0 g of sodium metabisulfite or the Sodium, calcium or zinc salt of hydroxymethanesulfinic acid (in the tables briefly referred to as)> sodium salt, "calcium salt" with "zinc salt") in solution or suspension, and mixed in a blender for 45 minutes.

Der Abbau der Alkalicellulose wurde bei Zimmertemperatur im geschlossenen Gefäß im Trockenschrank bei 60, 80 und 100°C unter Luftzutritt (Tabelle 1) bestimmt. The degradation of the alkali cellulose was closed at room temperature Determined vessel in a drying cabinet at 60, 80 and 100 ° C with access to air (Table 1).

Als Maß für den Abbau diente der in Cuen (Kupferäthylendiamin) gemessene DP-Wert der regenerierten Cellulosen. The measure in cuen (copper-ethylenediamine) was used as a measure of the degradation DP value of the regenerated celluloses.

Tabelle 1 Stabilisierender Effekt der Stabilisatoren bei thermischer Beanspruchung der Alkalicellulose Thermische Zusatz in °/0 bezogen DP Beanspruchungauf Zellstoff (Cuen) 20°C, 60 Minuten ohne Zusatz 1290 20°C, 22 Stunden ohne Zusatz 470 20°C, 22 Stunden 1 °/0 Natriumsalz 680 60°C, 30 Minuten ohne Zusatz 660 60° C, 30 Minuten 1 °/o Natriumsalz 1120 60°C, 60Minuten ohneZusatz 540 60° C, 60 Minuten 1 °/0 K-Metabisulfit 735 60° C, 60 Minuten 1 °/0 Natriumsalz 825 60° C, 60 Minuten 2 °/0 Zinksalz 745 80°C, 60 Minuten hne Zusatz 330 80° C, 60 Minuten 1 °/o Natriumsalz 540 100°C, 30 Minuten ohne Zusatz 465 100° C, 30 Minuten 1 °/o t-Metabisulfit 745 100° C, 30 Minuten 1 °/o Natriumsalz 730 100° C, 30 Minuten 1 °/o Calciumsalz 705 Tabelle 2 Abhängigkeit des stabilisiereden Effekts von der Zusatzmenge Thermische Zusatz in % bezogen DP Beansprcuhung auf Zellstoff (Cuen) 60°C, 45 Minuten ohne Zusatz 470 60°C, 45 Minuten 0, 5°/o Natriumsalz 570 60° C, 45 Minuten 1, 0 °/o Natriumsalz 810 60° C, 45 Minuten 2, 0 /o Natriumsalz 875 Das vorstehende Beispiel läßt die wesentlich bessere Stabilisierungswirkung des hydroxymethansulfinsauren Natriumsalzes gegenüber dem Pyrosulfit bei den technisch besonders wichtigen mäßig heißen Temperaturen, z. B. bei 60°C, erkennen.Table 1 Stabilizing effect of the stabilizers when the alkali cellulose is exposed to thermal stress Thermal addition in ° / 0 related to DP Exposure to pulp (cuen) 20 ° C, 60 minutes without addition 1290 20 ° C, 22 hours without addition 470 20 ° C, 22 hours 1 ° / 0 sodium salt 680 60 ° C, 30 minutes without addition 660 60 ° C, 30 minutes 1% sodium salt 1120 60 ° C, 60 minutes without addition 540 60 ° C, 60 minutes 1 ° / 0 K-metabisulfite 735 60 ° C, 60 minutes 1 ° / 0 sodium salt 825 60 ° C, 60 minutes 2 ° / 0 zinc salt 745 80 ° C, 60 minutes without addition 330 80 ° C, 60 minutes 1% sodium salt 540 100 ° C, 30 minutes without addition 465 100 ° C, 30 minutes 1 ° / o t-metabisulfite 745 100 ° C, 30 minutes 1% sodium salt 730 100 ° C, 30 minutes 1 ° / o calcium salt 705 Table 2 Dependence of the stabilizing effect on the amount added Thermal addition in% related to DP Exposure to pulp (cuen) 60 ° C, 45 minutes without addition 470 60 ° C, 45 minutes 0.5% sodium salt 570 60 ° C, 45 minutes 1.0% sodium salt 810 60 ° C, 45 minutes 2.0 / o sodium salt 875 The above example shows the much better stabilizing effect of the sodium hydroxymethanesulfinate compared to the pyrosulfite at the moderately hot temperatures, which are particularly important industrially, e.g. B. at 60 ° C recognize.

Beispiel 2 Alkalicellulose-hergestellt mit stabilisierenden Zusätzen wie im Beispiell-wurde nach unterschiedlicher thermischer Beanspruchung in bekannter Weise mit flüssigem Methylchlorid unter konstanten Bedingungen methyliert. Die im Kugelfallviskosimeter nach H ö p p l e r gemessenen Viskositäten 2%iger Lösungen der Methylcellulosen sind in Tabelle 3 zusammengestellt. Die Wirksamkeit eines Zusatzes von Natriumsulfit ist zum Vergleich mit aufgeführt. Example 2 Alkali cellulose produced with stabilizing additives as in the example-became known after different thermal stresses Way methylated with liquid methyl chloride under constant conditions. The in Falling ball viscometer according to HÖ p pler measured viscosities of 2% solutions of the methyl celluloses are listed in Table 3. The effectiveness of an additive of sodium sulfite is included for comparison.

Tabelle 3 Stabilisierungseffekt bei der Herstellung von Methylcellulose Thermische Beanspruchung der 1% 1% 1% Ohne Zusatz Alkalicelluose vor ihrer Natriumsalz Kaliummetabisufit Nariumstfit Methylierung (cP) (cP) (cP) (cP) 20°C, 45 Minuten......... 28 000 - - - 20°C, 22Stunden.. 380 2130 1340 720 60°C, 60 Minuten .. .. 610 5930 3040 1050 100°C, 30 Minuten .. .. 345 2670 3260 - Table 3 Stabilizing effect in the production of methyl cellulose Thermal stress of the 1% 1% 1% Without addition Alkali cellulose before its sodium salt potassium metabisufit Nariumstfit Methylation (cP) (cP) (cP) (cP) 20 ° C, 45 minutes ......... 28 000 - - - 20 ° C, 22 hours .. 380 2130 1340 720 60 ° C, 60 minutes .. .. 610 5930 3040 1050 100 ° C, 30 minutes .. .. 345 2670 3260 -

Claims (1)

Patentanspruch : Stabilisierung von Cellulose gegen den Abbau in alkalischem Medium durch Zusatz von reduzieren- den Verbindungen der schwefligen Säure, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Salz der Hydroxymethansulfinsäure zusetzt.Claim: Stabilization of cellulose against degradation in alkaline Medium by adding reducing the compounds of sulphurous acid, thereby characterized in that a salt of hydroxymethanesulfinic acid is added.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE488670C (en) * 1921-01-29 1930-01-07 Herminghaus & Co G M B H Process for the production of cellulose xanthate solutions

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE488670C (en) * 1921-01-29 1930-01-07 Herminghaus & Co G M B H Process for the production of cellulose xanthate solutions

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