DE1807625A1 - Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Viskose - Google Patents

Description

Dr. F. Zumsfein - Dr. E. Assmann

Dr. R. Kocrvrjsberger
Dipl. Phys. R. Hnizbauer

S aUrilaiwälle
München 2, Brauhausstrafje 4/III

Ing. A. Maurer S.A., Bern (Schweiz)

Buss A.G. Basel (Schweiz)

Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von

Viskose

Die Herstellung der Viskose setzt sich aus einer PwOihe von Einzelprozessen zusammen, die von verschiedener Dauer sind und aufeinander abgestimmt werden müssen. Die wesentlichen dieser Einzelprozesse sind folgende.

1. Durch die Behandlung von Zellstoff oder Linters mit Natronlauge bestimmter- Konzentration wird Alkalicellulose gebildet und die im Zellstoff vorhandenen, stark abgebauten Ceiluloseketoen^ die Hemicelullosen, werden teilweise herausgelöst.

Dieser Prozess erfolgt in einem Ueberschuss von Natronlauge, die ·: nach Beendigung der Alkalisierung bis auf einen bestimmten Anteil in der enstandenen Alkalicellulose wieder ausgepresst wird.

2. Die Alkalicellulose wird der Vorreifung oder Alterung unterwor fen, wodurch der Polymerisationsgrad des angewandten Zellstoffs oder der Lintera erniedrigt wird.

Durch diesen Vorgang kann man die Viskosität der später herzustellenden Spinnlösung eins|^jL^^ 1 / f ^. 8 9

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J. Die vorgereifte Alkalicellulose wird mit Schwefelkohlenstoff innig gemischt, wobei aus diesen beiden Komponenten Cellulosexanthogenat begildet wird.

k. Das Cellulosexanthogenat v/ird schliesslich. in Natronlauge oder in V/asser zur sogenannten Viskose gelöst.

Bei dem konventionellen Verfahren erstrecken sich diese Prozesse über viele Stunden; die Alkalisierung dauert 1-2 Stunden; die Vorreifung dauert 6-20 Stunden; die Xanthogenatbildung oder Sulfidierung benötigt 2-4 Stunden, und für die Auflösung des Xanthogenates muss man mit 1,5 -· 5 Stunden rechnen.

Genau wie allgemein in der chemischen Industrie war man auch bei der Viskoseherstellung bestrebt, zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit den ursprünglich chargenweisen, diskontinuierlichen Betrieb kontinuierlich zu gestalten..

Die Hauptschwierigkeiten bestanden darin, die langen Reaktionszeiten durch verfahrensmässige Aenderungen soweit zu verkürzen, dass kontinuierlich arbeitende Vorrichtungen zum Einsatz kommen konnten. Andernfalls mussten die Vorrichtungen so umgebaut werden, dass auch bei längerer Reaktionszeit ein kontinuierlicher Fluss des Prozesses entstand.

Bei der Alkalisierung und der Vorreifung gelang diese Umstellung auf einen kontinuierlichen Prozess zuerst, wobei aber die Reaktioszeit entweder beibehalten oder nur v/enig gekürzt wurde. Die Folge war, dass die benötigten Apparaturen umfangreich wurden.

Bei der Alkalisierung arbeitete man diskontinuierlich mit sogenannten Tauchpressen, in denen Zellstoff-Pappblätter in mit Natronla ige gefüllten Kästen standen. Die Lauge drang langsam in die Zellstoff-Pappenblätter ein, was etwa eine Stunde dauerte. Der Ueberschuss der Lauge wurde mit einer angebauten Presse aus den Blättern wieder herausgepresst.

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Nach einer bekannten kontinuierlichen Methode wurde ein Brei von Cellulose in Natronlauge mit einem Cellulosegehalt von etwa 4 - 5$ gebildet. Das Reaktionsgefäss hatte an seinem Boden ein intensiv arbeitendes Rührwerk, wodurch ein gleichmässiger Brei gebildet wurde. Dadurch, dass man das-Reaktionsgefäss mit einen Ueberlauf versah, konnte man die Cellulose kontinuierlich den Gefäss zuführen, die sofort in der Natronlauge aufquoll und zu einem Brei zerschlagen wurde. Der Brei floss durch den Ueberlauf einer Presse zu, die den Ueberschuss der Lauge entfernte. Die Presse konnte als Walzenpresse oder als Schneckenpresse ausgebildet sein.

Der Nachteil dieser Apparatur ist, dass der Cälulosegehalt im Natronlaugebrei relativ niederig ist, sodass die Reaktionsgefässe für eine Produktionsanlage beträchtliche Masse annehmen. Auch die Pressen müssen sehr kompakt ausgeführt sein. Ein weiterer Nachteil ist, dass der Cellulose-Natronlaugebrei sich wegen des geringen Cellulosegehaltes leicht entmischt und dadurch ungleiche Abpressgrade erhalten v/erden. Ferner musste man zur Vermeidung von nicht alkalisierten Celluloseteilchen die Verweilzeit der Cellulose im Reaktionsbehälter bedeutend höher wühlen, als für die Reaktion nötig wäre.

Die Bildung des Cellulosexanthogenates aus Alkalicellulose und Schwefelkohlenstoff erfolgt in der Praxis noch diskontinuierlich, also chargenweise in besonders dafür entwickelten Apparaten.

Ursprünglich wurde für diese, Sulfidierung genannte, Reaktion eine zylindrische oder eckige, langsam rotierende Trommel verwendet. Es v/urde eine abgemessene Menge Alkalicellulose eingefüllt und die Trommel geschlossen. Durch ein Spritzrohr wurde Schwefelkohlenstoff zugeführt, wobei natürlich nicht zu vermeiden war, dass der Flüssigkeitsstrahl ungleich verteilt wurde und nasse Nester neben trokkener Alkalicellulose entstanden. Es musste solange sulfidiert werden, bis der Schwefelkohlenstoff sieh auf die ganze Masse verteilt hatte, was bei einem Volumen von oft mehreren Kubikmetern Ilkalicelluloce mehrere Stunden dauerte.

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Eine Weiterentwicklung der Sulfidiertrommel ist die Xanthatmaschine, bei v/elcher der Behälter stillsteht und ein Rührwerk die Bewegung der Alkalicellulose bewirkt. Es wurde in dieser Maschine eine bessere Durchmischung der Komponenten erreicht, aber eine homogene Durchmischung tritt hier auch nicht ein.

Die Auflösung des gebildeten Cellulosexanthogenates in verdünnter Natronlauge oder Wasser erfolgte nach der chargenweisen Sulfidierung ebenfalls diskontinuierlich. Dies war nötig, well die Sulfidierung sofort nach der Reaktion unterbrochen werden musste, da sonst ein Teil der Masse zu stark sulfidiert würde. Für die Auflösung wurden entweder Rührkessel mit Rührwerk- Mischeinrichtungen verwendet, oder man löste dadurch, dass das Xanthogenat-Lauge-Gemenge von einem Kessel durch eine Zerreibeeinrichtimg in einen anderen Kessel gepumpt wurde.

Bei den hohen Viskositäten der Spinnlösungen sind natürlich die Antriebskräfte für die Rührwerke sehr gross. Es kommen Motoren von oft mehr als 100 kV/ zur Anwendung. Bedenkt man, dass die Hauptmenge der elektrischen Energie als Wärme in die Viskose übergeht, müssen zusätzlich umfangreiche Kühlvorrichtungen an die Lösebehälter angebaut v/erden, denn die Auflösung muss bei niedriger Temperatur erfolgen.

Die Entwicklung der Viskosefaserindustrie der letzten Jahre ist dem Einsatz von kontinuierlich arbeitenden Maschinen entgegengekommen. Die seit etwa 15 Jahren bekannte polynosiche Paser verlangt eine Viskose, die in kürzester Zeit hergestellt wird. Besonders ist die stundenlange Vorreifung weggefallen. Je schneller die Spinnlösung zum Spinnen kommt, desto besser wird die Paser. Jeder Abbau der Cellulose soll bei der Viskosehcrstellung vermieden werden.

Die bei der Viskoseherstellung auftretenden Prozesse sind Zeitreaktionen, und für den Fachmann galt als Tatsache, dass sie nicht soweit abgekürzt werden können, dass die Verweilzeiten in den

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üblichen kontinuierlichen Reaktionsapparatur für die Vollendung der Reaktionen ausreichen. Besonders galt dies für Sulfidierung . Die langen Reaktionszeiten kommen nur daher, dass die Reaktion in den grossen Volumina nicht zwangsweise geführt werden kann. Wenn die Komponenten inni gemischt werden, ist selbst die Sulfidierung stark abzukürzen.

Ueberraschendhat sich gezeigt, dass auch für Herstellung von Viskose die in der chemischen Industrie besonders in der Kunststoffindustrie schon lang eingeführten Schneckenknetmaschine eLgesetzt werden können.

Im Patent (Patentanmeldung P 15^3 222.0) wurde schon der Einsatz von Schneckenknetmaschinen bei der Sulfidierung beschrieben.

Es wurde weiter gefunden, dass auch die Alkalisierung in einer Schneckenknetmaschine schon in 3 - 5 Minuten durchgeführt werden kann und zwar entweder allein oder in Verbindung mit einer konventionellen Schneckenpresse zur Entfernung der überschüssigen Lauge.

In den Fällen, wo eine Vorreifung der Alkalicellulose erforderlich ist, kann durch Einschaltung einer Misch- und Förderschnecke ' die Reaktionszeit abgekürzt werden, wobei durch lie intensive _; Durchmischung eine örtliche Ueberhitzung der Masse verhindert ' v/ird, so dass die Temperatur beim Vorreifungsprozess erhöht werden ; kann. '

Die Sulfidierungszeit kann durch die Einknetung des Schwefelkohlenstoffs in die Alkalicellulose in einer Schneckenknetmaschine bis ^! auf 10 - 12 Minuten herabgesetzt werden, Es wurde jetzt gefunden, dass eine Unterteilung des Prozesses der Xanthogenatbildung in eine Haupt- und Kachreaktion nicht mehr nötig ist.

Es wurde weiter gefunden, dass die letzte Stufe der Viskoseherstellung, die Auflösung de* Xanthogenates, genau wie die vorhergehenden Stufen, in einer Sehnecker^netraaschine durchgeführt werden kann,

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wobei die Reaktionszeit auch nur Minuten beträgt.

Das gleichmässig aus der SuIfidierschneckenknetmaschineauslaufende Xanthogenat wird in einer Löse-Schneckenknetmaschine mit einem Teil der Löselauge innig zu einer Paste verknetet, die mit dem Rest der Flüssigkeit dann verdünnt wird.

Es ist auch möglich, Xanthogenat und Lauge in der Löseschneckenknetmaschine zu mischen und anschliessend in einer kontinuierlichen Homogenisierapparatur die Mischung zu lösen. ·

Auch der umgekehrte Weg kann gewählt werden: In einer Mischturbine wird das Xanthogenat in der Löselauge fein verteilt, In einer nachfolgenden Schneckenknetmaschn'ne wird das Xanthogenat durch intensive Durchknetung schnell in der Lauge gelöst.

Die verschiedenen Reaktionszeiten werden durch die Einstellung der Verweilzeit der Produktein den Schneckenknetmaschinen abgestimmt. Da die Raumgewichte der Produkte (Litergewichte) verschieden sind, v/erden die Grossen der Schneckenknetmaschinen den Anforderungen entsprechend gewählt.

Vorzugsweise werden als Schneckenknetmaschinen solche verwendet, die eine Schnecke mit einer in axialer Richtung hin- und hergehender Welle aufweisen.

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Claims (1)

1. - 7 Patentansprüche

   1« Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Viskose, dadurch gekennzeichnet, dass für die Alkalisierung, Sulfidierung und Lösung kontinuierlich arbeitende Schneckenknetmaschinen eingesetzt werden.

   ß. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionstemperaturen und Verweilzeiten in den Knetmaschinen so gewählt werden, dass, die in jeder der Knetmaschinen vorgehende Reaktion im wesentlichen vollendet wird.

   5, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittstemperatur aus der Alkalisierungs-Knetmaschine der Sulfidierungstemperatur entspricht.

   4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorreifung in einer Misch- und Förderschnecke durchgeführt wird, die zwischen den für die Alkalisierung und Sulfidierung vorgesehenen Knetmaschinen angeordnet ist.

   5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und k, dadurch gekennzeichnet, dass die Misohbewegung der Alkalicelli'lose so intensiv ist, dass auch bei höherer Vorreifungsteraperatur keine örtlichen Temperatur-Ueberhöhungen eintreten.

   6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Alkalisierung der Cellulose nur soviel Lauge verwendet wird, wie zur Bildung der Alkalicellulose nötig ist.

   7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Schnekkenknetmasohinen verwendet werden, deren jede eine einzige Schnekke mit in axialer Richtung hin- und hergehender Welle aufweist.

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   8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Schneckenknetmasoiiinen verwendet werden, deren jede mehrere Schnecken und gegebenenfalls zusätzliche Knet- und Trägerglieder aufweist.

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