DE19740112A1 - Verfahren zur Herstellung von Polycarbonsäuren und ihre Verwendung - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Polycarbonsäuren und ihre VerwendungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Poly
carbonsäuren durch Oxidation von Polysacchariden mit gasförmigem
stickstoffdioxid/Distickstofftetroxid in der Wirbelschicht bei
Temperaturen von 30 bis 150°C unter Umwandlung zumindest eines
Teils der primären Alkoholgruppen der Polysaccharide in Carboxyl
gruppen sowie gegebenenfalls anschließender zumindest teilweiser
Neutralisation der Carboxylgruppen und die Verwendung der oxi
dierten Polysaccharide als Zusatz zu Waschmitteln.
Verfahren zur Oxidation von Polysacchariden sind seit langem be
kannt. Die Oxidation von Polysacchariden wird in der Literatur
ausführlich beschrieben, vgl. Houben-Weyl "Methoden der organi
schen Chemie", Thieme-Verlag, Stuttgart 1987, Band E20, Macromo
lekulare Stoffe Seite 2042 ff. Aus der WO-A-93/16110 ist ein Ver
fahren zur Oxidation von Polysacchariden mit Hilfe von Stick
stoffdioxid/Distickstofftetroxid in Gegenwart von Sauerstoff bei
erhöhten Temperaturen und erhöhten Drücken bekannt. Die primären
Alkoholgruppen der Polysaccharide werden dabei in Carboxylgruppen
überführt.
Aus der DE-A-44 26 443 ist ebenfalls ein Verfahren zur Herstel
lung von Polycarbonsäuren oder deren Salzen aus Polysacchariden
durch Oxidation mit gasförmigem Stickstoffdioxid/Distickstoffte
troxid bei einer Temperatur in dem Bereich von 30 bis 150°C unter
Umwandlung zumindest eines Teils der primären Alkoholgruppen der
Polysaccharide in Carboxylgruppen sowie gegebenenfalls wenigstens
teilweiser Neutralisation der entstehenden Carbonsäuregruppen be
kannt. Die Oxidation erfolgt in der Wirbelschicht, wobei man die
Zufuhr von Stickstoffdioxid/Distickstofftetroxid beendet, wenn
der gewünschte Umwandlungsgrad der primären Alkoholgruppen in
Carboxylgruppen höchstens 90% beträgt. Danach wird die
Temperatur des Wirbelguts um mindestens 10°C erhöht. Bereits wäh
rend der Oxidation verkleistern die Stärkekörner, so daß das Wir
belverhalten der zu oxidierenden Stärke nachteilig beeinflußt
wird. Dies kann sogar soweit gehen, daß die Wirbelschicht zusam
menbricht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Her
stellung von Polycarbonsäuren durch Oxidation von Polysacchariden
mit gasförmigem Stickstoffdioxid/Distickstofftetroxid in der
Wirbelschicht zur Verfügung zu stellen, wobei eine Verkleisterung
der Stärke während der Oxidation praktisch verhindert wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem Verfahren zur
Herstellung von Polycarbonsäuren durch Oxidation von Polysaccha
riden mit gasförmigem Stickstoffdioxid/Distickstofftetroxid in
der Wirbelschicht bei Temperaturen von 30 bis 150°C unter Umwand
lung zumindest eines Teils der primären Alkoholgruppen der Poly
saccharide in Carboxylgruppen sowie gegebenenfalls anschließender
zumindest teilweiser Neutralisation der Carboxylgruppen, wenn man
bei der Oxidation vernetzte Polysaccharide einsetzt.
Überraschend zeigte sich, daß aufgrund des Einsatzes von vernetz
ten Stärken die Verkleisterung der Stärke in der Wirbelschicht
während der Oxidation verhindert wird. Vernetzte Stärken sind im
Handel erhältlich. Sie werden beispielsweise dadurch hergestellt,
daß man Stärke mit Phosphoroxitrichlorid, Epichlorhydrin, ge
mischten Anhydriden aus Essigsäure und Dicarbonsäuren z. B.
Adipinsäure, Vinylsulfon, Diepoxiden, Cyanurchlorid, Toluylen
diisocyanat, N,N-bis-Methylen-bis-acrylamid, Phosgen, Imidazoli
den von mehrbasischen Carbonsäuren oder Aldehyden wie Form
aldehyd, Acetaldehyd oder Acrolein umsetzt, vgl. Ullmann's
Encyclopedia of Industrial Chemistry, Fifth, Completely Revised
Edition, Volume A 25, S. 15ff. Zur Herstellung der vernetzten
Stärken sind alle üblichen Stärkesorten geeignet, z. B. Stärke aus
Weizen, Kartoffeln, Mais, Reis, Hülsenfrüchten und Tapioka. Der
mittlere Teilchendurchmesser der vernetzten Stärke beträgt
beispielsweise 20 bis 40, vorzugsweise 26 bis 34 µm. Falls handel
sübliche vernetzte Stärken einen zu großen Feinkornanteil haben,
kann dieser mit bekannten Methoden, z. B. horizontalen Schwingsie
ben (Sichten) abgetrennt werden, so daß der mittlere Teilchen
durchmesser der vernetzten Stärkekörner in dem oben angegebenen
Bereich liegt.
Die Verkleisterungstemperatur der vernetzten Stärke beträgt min
destens 70°C und liegt vorzugsweise in dem Bereich von 71 bis 90,
insbesondere 73 bis 85°C.
Der Wassergehalt der vernetzten Stärkekörner beträgt beispiels
weise 4 bis 12 und liegt vorzugsweise in dem Bereich von 6 bis
10 Gew.-%. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungs
gemäßen Verfahrens fügt man während der Oxidation der vernetzten
Stärke dem Wirbelbett Wasser in form von Wasserdampf zu, damit
die vernetzte Stärke in der Wirbelschicht nicht getrocknet wird.
Bei einem Wassergehalt unterhalb von 4 Gew.-% wird die Oxidati
onsgeschwindigkeit der vernetzten Stärke so stark herabgesetzt,
so daß lange Reaktionszeiten erforderlich sind. Bei Wasser
gehalten oberhalb von 12 Gew.-% kann es dagegen zu einer Verklei
sterung der vernetzten Stärke während der Oxidation kommen. Die
bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens be
steht daher darin, den Wassergehalt der eingesetzten Stärke in
nerhalb des oben angegebenen Bereiches möglichst konstant zu hal
ten. Die jeweils notwendige Wassermenge, die erforderlich ist, um
den Wassergehalt der vernetzten Stärke während der Oxidation der
vernetzten Stärke annähernd konstant zu halten, kann mit Hilfe
von Versuchen ermittelt werden.
Die Oxidation der vernetzten Stärke erfolgt mit gasförmigem
Stickstoffdioxid bzw. Distickstofftetroxid. Mit der Definition
Stickstoffdioxid/Distickstofftetroxid soll im vorliegenden Zusam
menhang das unter den jeweiligen Reaktionsbedingungen vorliegende
Gleichgewichtsgemisch aus Stickstoffdioxid und Distickstoff
tetroxid verstanden werden. Die Oxidation kann ggf. zusätzlich in
Gegenwart von Sauerstoff erfolgen.
Die Temperatur bei der Oxidation liegt in dem Bereich von 30 bis
150, vorzugsweise 40 bis 60°C. Bei dieser Verfahrensführung werden
die primären Alkoholgruppen der Polysaccharide in Carboxylgruppen
umgewandelt. Man erhält sogenannte vernetzte Monocarboxylstärken.
Die Oxidation der vernetzten Stärke wird vorzugsweise bei einer
Temperatur durchgeführt, die mindestens 10, insbesondere minde
stens 20°C unterhalb der Verkleisterungstemperatur der jeweils
eingesetzten vernetzten Stärke liegt.
Die teilchenförmige vernetzte Stärke wird in einem Wirbelreaktor
oxidiert. Als Wirbelreaktor können samtliche in der Literatur be
schriebenen Apparaturen eingesetzt werden, in denen eine Wirbel
schicht aufrechterhalten werden kann. Beispielsweise kann man
einen beheizbaren zylinderförmigen Reaktor verwenden, der eine
gelochte Bodenplatte bzw. Siebplatte aufweist und durch die das
Wirbelgas in den Reaktor eingeleitet wird. Die Wirbelschicht kann
ggf. zusätzlich noch mechanisch gerührt werden. Man kann reines
Stickstoffdioxid/Distickstofftetroxid verwenden oder vorzugsweise
Mischungen aus diesem Oxidationsmittel und Inertgasen wie Stick
stoff oder Kohlendioxid. Vorzugsweise arbeitet man mit Gas
mischungen die beispielsweise Stickstoff und 10 bis 60, vorzugs
weise 12 bis 50 Gew.-% Stickstoffdioxid/Distickstofftetroxid ent
halten. Der Gasstrom wird so einreguliert, daß die pulverförmige
Masse durchgewirbelt wird. Die Reaktion kann kontinuierlich oder
diskontinuierlich bei Normaldruck, unter vermindertem Druck oder
auch unter erhöhtem Druck durchgeführt werden. Ggf. kann zusätz
lich Sauerstoff mitverwendet werden. Um überschüssiges Stick
stoffdioxid/Distickstofftrioxid aus dem Reaktionsgemisch zu ent
fernen, kann man das Reaktionsgemisch im Anschluß an die Oxida
tion auf eine höhere Temperatur erhitzen, beispielsweise auf eine
Temperatur, die 10 bis 40° oberhalb der Oxidationstemperatur
liegt. Der Oxidationsgrad der primären Alkoholgruppen in der ver
netzten Monocarboxylstärke liegt beispielsweise bei 30 bis 90,
vorzugsweise bei 50 bis 80%. Der Gehalt an Ketofunktionen pro
Anhydroglukoseeinheit (AGE) in der vernetzten Monocarboxylstärke
liegt beispielsweise bei 0 bis 20, vorzugsweise bei 0 bis 10%.
Als Hilfsmittel zur Verbesserung der Wirbelfähigkeit der vernetz
ten Stärke kann man übliche anorganische feinteilige Zusätze ver
wenden, beispielsweise Magnesiumoxid, Zeolithe oder Kieselgel wie
Aerosil®. Die hierfür verwendeten Mengen betragen beispielsweise
0,05 bis 5, vorzugsweise 0,1 bis 1 Gew.-%, bezogen auf die zu
oxidierende vernetzte Stärke.
Die bei der Oxidation erhaltene vernetzte Monocarboxylstärke kann
entweder direkt oder nach einer zumindest teilweisen Neutralisa
tion als Zusatz zu Waschmitteln verwendet werden. Die Neutralisa
tion erfolgt vorzugsweise mit Natronlauge, Kalilauge, Ammoniak
oder Ammoniumbasen wie Ethanolamin, Diethanolamin, Triethanol
amin, Morpholin, Oleylamin oder Stearylamin. Die nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen vernetzten Monocarboxyl
stärken werden als Additiv in Waschmitteln beispielsweise in Men
gen von 0,5 bis 10, vorzugsweise 1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die
Waschmittelformulierungen, eingesetzt. Sie wirken als Builder und
zeichnen sich durch ihre inkrustationsinhibierende Wirkung aus.
Überraschenderweise sind ihre inkrustationsinhibierenden Eigen
schaften besser als diejenigen der nach dem Stand der Technik
hergestellten Monocarboxylstärken aus nativen Stärken.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen vernetzten
Monocarboxylstärken werden beispielsweise in phosphatfreien oder
phosphatarmen Waschmittelformulierungen eingesetzt. Unter
phosphatarmen Formulierungen sollen dabei Waschmittel verstanden
werden, die höchstens 25 Gew.-% Phosphat, gerechnet als Natrium
tripolyphosphat enthalten.
Die Waschmittel können pulverförmig sein oder auch in flüssiger
Einstellung vorliegen. Die Zusammensetzung der Wasch- und Reini
gungsmittel kann sehr unterschiedlich sein. Wasch- und
Reinigungsmittelformulierungen enthalten üblicherweise 2 bis
50 Gew.-% Tenside und gegebenenfalls Builder. Diese Angaben gel
ten sowohl für flüssige als auch für pulverförmige Waschmittel.
Wasch- und Reinigungsmittelformulierungen, die in Europa, in den
USA und in Japan gebräuchlich sind, findet man beispielsweise in
Chemical and Engn. News, Band 67, 35 (1989) tabellarisch darge
stellt. Weitere Angaben über die Zusammensetzung von Wasch- und
Reinigungsmitteln können Ullmann's Enzyklopädie der technischen
Chemie, Verlag Chemie, Weinheim 1983, 4. Auflage, Seiten 63 bis
160 sowie RD 37726 (1995), entnommen werden. Die Waschmittel kön
nen gegebenenfalls noch ein Bleichmittel enthalten, z. B. Natrium
perborat oder Natriumpercarbonat, das im Fall seines Einsatzes in
Mengen bis zu 30 Gew.-% in der Waschmittelformulierung enthalten
sein kann. Die Wasch- oder Reinigungsmittel können gegebenenfalls
weitere übliche Zusätze enthalten, z. B. Komplexbildner, Trübungs
mittel, optische Aufheller, Enzyme, Parfümöle, andere Farbüber
tragungsinhibitoren, Vergrauungsinhibitoren, Soil-Release-Poly
mere und/oder Bleichaktivatoren.
Für die Oxidation der in den Beispielen und den Vergleichs
beispielen eingesetzten Stärke verwendete man jeweils eine
Wirbelschichtapparatur, die aus einem Glasreaktor mit einem
Durchmesser von 60 mm und einer Länge von 1090 mm bestand. Am Bo
den des Reaktors befand sich eine Fritte, durch die der Träger
gasstrom (Stickstoff und/oder Stickstoffdioxid und gegebenenfalls
Wasser) für die Aufrechterhaltung des Wirbelzustands im Reaktor
geleitet wurde. Die in den Reaktor eingeführten Gase wurden je
weils auf die Temperatur erwärmt, bei der die Oxidation der
Stärke im Reaktor erfolgte. Am Ausgang des Wirbelschichtreaktors
befanden sich Filterkerzen, durch die der Gasstrom geleitet
wurde, bevor er durch zwei Schlangenkühler geführt wurde, um Was
ser und Salpetersäure zu kondensieren. Das Stickoxide enthaltende
Gas wurde anschließend mit Hilfe einer alkalischen Abgaswäsche
von Stickstoffdioxid befreit und zur Oxidation des noch vorhande
nen Stickstoffmonoxids durch eine mit einer schwefelsäurehaltigen
wäßrigen Kaliumpermanganatlösung beschickten Waschflasche gelei
tet.
In den Vergleichsversuchen wurde Kartoffelstärke mit einem Was
sergehalt von 7 Gew.-% verwendet. Wie festgestellt wurde, be
obachtet man bei der Einwirkung von Stickstoffdioxid auf eine
Kartoffelstärke mit einem Wassergehalt von < 4 Gew.-% praktisch
keine Oxidation der Stärke, während Stärke mit einem Wassergehalt
von 12 Gew.-% bei der Oxidation bereits nach etwa einer Stunde zu
verkleistern beginnt.
Als Hilfsmittel zur Verbesserung der Wirbelfähigkeit der Stärke
verwendete man feinteiliges Siliziumdioxid (Aerosil® 200 der
Fa. Degussa).
Zur Verfolgung der Oxidation wurden innerhalb bestimmter Zeitab
stände Proben aus dem Wirbelschichtreaktor gezogen und der Was
sergehalt, die Säurezahl unbehandelt (SZunbeh.) und die Säurezahl
behandelt (SZbeh.) der oxidierten Stärkeproben bestimmt. Im fol
genden werden die einzelnen Analysevorschriften kurz beschrieben.
Von dem Produkt wurden quantitative 13C-NMR-Spektren aufgenommen.
Solvens 1:
Mischung aus Imidazol und Schwefeldioxid gelöst in
Methanol z. B. Handelsware Hydranol®-Solvent.
Solvens 2:
Mischung aus Imidazol, Schwefeldioxid und Jod ge
löst in Methoxyethanol z. B. Handelsware
Hydranol®-Composite 5.
Für die Titration wird ein 100 ml Dreihalskolben verwendet, der
mit einem Ölbad beheizt und per Magnetrührer gerührt wird. Die
eine Öffnung des Kolbens wird mit einem Rückflußkühler versehen,
der am oberen Ende mit einem Trockenrohr mit Molekularsieb gegen
Luftfeuchtigkeit gesichert ist. In die beiden anderen Öffnungen
werden die Indikatorelektrode und die Bürettenspitze des Titrier
gerätes eingeführt.
Vor der Durchführung der Titration erfolgt die Titereinstellung
von Solvens 2, indem man reines Wasser als Eichsubstanz (max.
200 µl) verwendet wird. Die Titration erfolgt analog der unten be
schriebenen Durchführung. Der Titer wird als Wasseräquivalent WE
nach folgender Gleichung berechnet:
Zur Durchführung einer Wasserbestimmung wird die Titrationsanord
nung trockentitriert. Dazu werden 50 ml Solvens 1 vorgelegt,
unter Rühren zum Sieden erhitzt und mit Solvens 1 auf einen 30
sec. Endpunkt titriert. Dadurch erreicht man eine ausreichende
Trocknung des Lösungsmittel und der Titrationsanordnung. Die
trockentitrierte Lösung wird leicht abgekühlt und die auf der
Analysenwaage abgewogene Probe (1-2 g) zugegeben. Es wird erneut
zum Sieden erhitzt und die Titration bis zu einem stabilen End
punkt durchgeführt. Aus dem Verbrauch (V1) an Solvens 2 in ml und
dem Wasseräquivalent (WE in [mg Wasser/ml]) von Solvens 2 wird
über die Formel
der Wassergehalt der Probe berechnet (E = Einwaage in g).
0,5 n ethanolische Kalilauge
0,5 n wäßrige Salzsäure
1 gew.-%ige ethanolische Phenolphthalein-Lösung im vollentsalzten Wasser.
0,5 n wäßrige Salzsäure
1 gew.-%ige ethanolische Phenolphthalein-Lösung im vollentsalzten Wasser.
Die Stärkeprobe - ca. 0,5 g - wird auf der Analysenwaage in einem
100 ml Erlenmeyerkolben eingewogen und in 50 ml Wasser suspen
diert. Die Suspension wird mit 10 ml Kalilauge versetzt und unter
Luftausschluß 2 Minuten (oder eine andere Zeit), bei Raumtempera
tur per Magnetrührer gerührt.
Nach Zugabe von 3 Tropfen der Indikatorlösung wird die
resultierende Lösung bzw. Suspension mit der Salzsäure bis zum
Farbumschlag titriert und der Säureverbrauch (V1) in ml ermit
telt.
Der Säureverbrauch (V2) in ml der eingesetzten ethanolischen Ka
lilauge wird als Blindwert bestimmt.
Die Säurezahl (SZ) des Stärkederivates wird nach der Formel
berechnet (E = Einwaage an Probemenge in g) und als
SZ2min.unbeh.-Wert in mg KOH/g Substanz angegeben. Bei anderen Rühr-Zei
ten werden die entsprechenden Zeiten als Index angegeben, z. B.
bei 1 h Rührzeit SZ1h.unbeh..
Zur Bestimmung der SZ der reinen MCS müssen die Proben vor der
Titration mit 80 gew.-%igem wäßrigen Aceton Nitrit- und Nitrat
frei gewaschen, mit Aceton entwässert und bei 60°C im Vakuum
trockenschrank getrocknet werden. Anschließend können die Proben
nach der oben beschreiben Vorschrift titriert werden. Der Wert
wird als SZ2min.beh. angegeben.
Die Messungen der quantitiven 13C-NMR's erfolgten nach der in dem
EP-A-0 542 496 beschriebenen PARR-Methode. Bei der Proben
vorbereitung (Lösen der Probe in NaOD/D2O) ist darauf zu achten,
daß die alkalische Probelösung sofort neutralisiert wird und
nicht alkalisch vermessen wird, da im alkalischen die Monocarbo
xylstärke (MCS) abgebaut wird, wobei weitere Carboxylgruppen ent
stehen. Die Auswertung der Spektren erfolgte nach den Angaben im
EP-A-0 542 496. Die Auswertung der 13C-NMR-Spektren erfolgt über
die Integrale des COO-, CH2OH- und dem anomeren C-Signal. Das In
tegral des anomeren Acetalkohlenstoffatoms wird als interer Stan
dart verwendet, da das anomere Acetal-Kohlenstoffatom in jeder
Anhydroglucoseeinheit (AGE) vorkommt.
Der Oxidationsgrad der Stärke (bzw. der AGE) am C6-Atom (primäre
OH-Gruppe) wird über die folgende Formel berechnet:
Der Gesamtoxidationsgrad der Stärke (bzw. der AGE) wird nach der
folgenden Formel berechnet.
Die so erhalten Oxidationsgrade der MCS sind bei den Versuchsbe
schreibungen mit angegeben.
In einem Vorversuch wird zunächst die Menge an Wasser bestimmt,
die notwendig ist, damit die eingesetzte Stärke unter den Oxida
tionsbedingungen nicht getrocknet wird. Man legt dazu in dem oben
beschriebenen Wirbelschichtreaktor eine Mischung aus 325 g Amy
zet® t-k plus mit einem Wassergehalt von 10,7% und 1,63 g
Aerosil® vor und leitet 5 Stunden bei einer Temperatur des
Wirbelguts von 50°C 1000 l/h Stickstoff, der auf 50°C vorgewärmt
ist, durch die Mischung. Zusammen mit dem Stickstoffstrom führt
man über einen Verdampfer 25 ml Wasser pro Stunde in das Wirbel
bett. Dem Reaktor werden stündlich Proben entnommen, die auf den
Wassergehalt untersucht werden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1
angegeben.
Der Versuch zeigte, daß eine Wassermenge von 25 ml/h ausreichend
ist, um den Wassergehalt der Stärke bei < 6 Gew.-% zu halten. Die
vernetzte Stärke Amyzet® t-k-plus wurde unter den Bedingungen,
die in der Tabelle 2 zusammengefaßt sind, oxidiert.
Am Ende der Oxidation wurden 526 g an oxidierter Stärke aus dem
Reaktor erhalten. Während der gesamten Versuchsdauer konnte keine
Verkleisterung der vernetzten Stärke im Reaktor beobachtet wer
den. Die Daten der Monocarboxylstärke nach der thermischen Aufar
beitung waren:
SZ2min.unbeh. = 232 mg KOH/g; SZ2min.beh. = 189 mg KOH/g;
H2O-Gehalt = 6,1%
Oxidationsgrad CH2OH aus 13C-NMR: 0,67
COOH-Gehalt aus 13C-NMR: 0,49
CO-Gehalt aus 13C-NMR: 0,04.
H2O-Gehalt = 6,1%
Oxidationsgrad CH2OH aus 13C-NMR: 0,67
COOH-Gehalt aus 13C-NMR: 0,49
CO-Gehalt aus 13C-NMR: 0,04.
In einem Vorversuch wird zunächst die Wassermenge bestimmt, die
notwendig ist, damit die Stärke unter den Versuchsbedingungen
(50°C, 1000 l Gas pro h) nicht trockengestrippt wird. Dazu wird in
den oben beschriebenen Wirbelschichtreaktor eine Mischung aus
600 g Amyzet® t-k (Wassergehalt 10,7%) und 3,0 g Aerosil® gege
ben und 3,5 h bei 50 °C mit 1000 l/h N2 gewirbelt. Gleichzeitig
werden 25 ml Wasser pro h in den Verdampfer dosiert. Nach jeder
Stunde wurde eine Probe entnommen und der Wassergehalt der Probe
bestimmt (vgl. Tabelle 3).
Der Versuch zeigte, daß eine Wassermenge von 25 ml/h ausreichend
ist, um den Wassergehalt der Stärke bei < 6 Gew.-% zu halten. Die
vernetzte Stärke wurde unter den Bedingungen von Beispiel 1 oxi
diert. Man konnte keine Verkleisterung der Stärke oberhalb der
Bodenfritte während der Oxidation beobachten.
Am Ende der Oxidation erhielt man 522 g an oxidierter Stärke. Die
Daten der Monocarboxylstärke nach der thermischen Aufarbeitung
waren:
SZ2min.unbeh. = 250 mg KOH/g; SZ2min.beh. = 199 mg KOH/g;
H2O-Gehalt = 6,8%
Oxidationsgrad CH2OH aus 13C-NMR: 0,66
COOH-Gehalt aus 13C-NMR: 0,40
CO-Gehalt aus 13C-NMR: 0,07.
H2O-Gehalt = 6,8%
Oxidationsgrad CH2OH aus 13C-NMR: 0,66
COOH-Gehalt aus 13C-NMR: 0,40
CO-Gehalt aus 13C-NMR: 0,07.
1043 g Kartoffelstärke, Feuchtegehalt 7,5 Gew.-% wurden mit
0,5 Gew.-% Aerosil® vermischt und in den Reaktor gefüllt. Mit
300 l/h Stickstoff wird die Stärke im Reaktor fluidisiert und das
Wirbelbett auf 50°C erwärmt. Anschließend wird der Stickstoffstrom
auf 150 l/h zurückgenommen und zusätzlich 150 l/h Stickstoff
dioxid in den Reaktor geleitet. Der Versuch mußte nach kurzer
Zeit abgebrochen werden, weil das Reaktionswasser nicht mehr aus
den Reaktor abgeführt werden konnte, so daß es zu einer Verklei
sterung der Stärke im Wirbelbett kam und das Wirbelbett zusammen
brach. Durch die Oxidation mit 50 Vol.-%igem NO2 erfolgt eine zu
schnelle Oxidation der Stärke. Um die Innentemperatur bei 50°C zu
halten, mußte die Manteltemperatur des Reaktors auf < 45°C einge
stellt werden. Unter den Bedingungen, die in der DE-A-44 26 443
(Innentemperatur = 50°C) angegeben sind, wird das entstehende Re
aktionswasser nicht mehr mit dem Gasstrom ausgetragen, weil es an
der kälteren Glaswand des Reaktor kondensiert. Dadurch verklebt
die Stärke an der Wand des Reaktors, wodurch der Wärmeübergang
schlechter wird und die Kühlmanteltemperatur weiter gesenkt wer
den muß, damit die Innentemperatur bei 50°C bleibt. Dadurch kon
densiert noch mehr Wasser, der ganze Reaktorinhalt verkleistert
und das Wirbelbett bricht zusammen.
Da durch den hohen NO2-Anteil (50 Vol.-%) im Vergleichsbeispiel 1
die Oxidation der Kartoffelstärke sehr schnell erfolgte, wurde in
diesem Vergleichsbeispiel zur Nachstellung der Stärkeoxidation,
die Innentemperatur über die zudosierte NO2-Menge und die Kühlman
teltemperatur geregelt. Während der Oxidation wurde darauf geach
tet, daß die Temperatur im Wirbelbett (Ti) nicht unter 45°C sank,
damit der Taupunkt von Wasser/HNO3 nicht unterschritten wurde.
Trotz dieser Maßnahmen entstanden während der Oxidation Verkle
bungen oberhalb der Bodenfritte, die in diesem Bereich das Wir
belverhalten der Stärke verschlechterte. Die Reaktionsbedingungen
sind in der folgenden Tabelle angegeben.
Am Ende der Oxidation werden 913,5 g an oxidierter Stärke aus dem
Reaktor erhalten. Die Daten der Monocarboxylstärke nach der ther
mischen Aufarbeitung waren:
SZ1h.unbeh. = 315 mg KOH/g; SZ1h.beh. = 262 mg KOH/g;
H2O-Gehalt = 1,6%.
SZ1h.unbeh. = 315 mg KOH/g; SZ1h.beh. = 262 mg KOH/g;
H2O-Gehalt = 1,6%.
In den Wirbelschichtreaktor wurde eine Mischung aus 750 g Kartof
felstärke (Wassergehalt 9,9%) und 3,75 g Aerosil® gegeben. Um
die Verkleisterung der Stärke während der Oxidation zu verhin
dern, erfolgte die Oxidation mit 12,5 Vol.-%igem NO2 und zudosier
tem Wasserdampf bei 60°C. Die wichtigsten Reaktionsdaten sind in
der folgenden Tabelle 5 zusammengefaßt. Die Zudosierung des Was
sers in den Verdampfer erfolgte auch während der Strippung, um
den Wassergehalt der Stärke nicht zu stark zu senken. Auch hier
wurde während der Oxidation Verkleisterung der Stärke oberhalb
der Bodenfritte beobachtet, wodurch sich das Wirbelverhalten der
Stärke verschlechterte.
Am Ende der Oxidation erhielt man 629 g an oxidierter Stärke. Die
Daten der Monocarboxylstärke nach der thermischen Aufarbeitung
waren:
SZ2min.unbeh. = 266 mg KOH/g; SZ2min.beh. = 174 mg KOH/g;
H2O-Gehalt = 1,3%
Oxidationsgrad CH2OH aus 13C-NMR: 0,62
COOH-Gehalt aus 13C-NMR: 0,42
CO-Gehalt aus 13C-NMR: 0,05.
H2O-Gehalt = 1,3%
Oxidationsgrad CH2OH aus 13C-NMR: 0,62
COOH-Gehalt aus 13C-NMR: 0,42
CO-Gehalt aus 13C-NMR: 0,05.
Auch unter diesen Versuchsbedingungen fand eine Verkleisterung
der Stärke während der Oxidation statt.
Überraschend zeigte sich bei der anwendungstechnischen Prüfung
(Inkrustierung bei 95°C) der oxidierten vernetzten Stärkesorten,
daß diese im Vergleich zu der aus Kartoffelstärke nach dem Stand
der Technik hergestellten Monocarboxylstärke deutlich bessere
anwendungstechnische Eigenschaften aufweisen (vgl. Tabelle 6).
Für die Bestimmung der Inkrustierung verwendete man folgende
Waschmittelzusammensetzung:
Alkylbenzolsulfonat: | 6% |
C12/18 Fettalkoholsulfat: | 2% |
C13/15 Fettalkoholethoxylat: | 7% |
Seife: | 1% |
Natrium-metasilikat: | 3,5% |
Zeolith A: | 36% |
Natriumcarbonat: | 12% |
TAED: | 3,5% |
Perborat-monohydrat: | 15% |
CMC: | 1,5% |
Natriumsulfat: | 3% |
Additiv: | wie angegeben |
Wasser: | auf 100% |
Waschgerät: | Launder-O-meter |
Waschtemperatur: | 95°C |
Waschmittelmenge: | 5 g Waschpulver pro Liter |
Waschzyklen: | 20 |
Waschzeit: | 45 min |
Wasserhärte: | 4 mmol Ca++ pro Liter |
Verhältnis Ca : Mg: | 4 : 1 |
Flottenverhältnis: | 1 : 12,5 |
Gewebe: | EMPA 211 |
Inkrustierung: | Veraschen der Gewebe im Muffelofen 2 Stunden bei 700°C |
Die Ergebnisse der Waschversuche im Launder-O-meter zur Inkru
stierung bei 95°C sind in der folgenden Tabelle angegeben:
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung von Polycarbonsäuren durch Oxida
tion von Polysacchariden mit gasförmigem Stickstoffdioxid/Di
stickstofftetroxid in der Wirbelschicht bei Temperaturen von
30 bis 150°C unter Umwandlung zumindest eines Teils der
primären Alkoholgruppen der Polysaccharide in Carboxylgruppen
sowie gegebenenfalls anschließender zumindest teilweiser Neu
tralisation der Carboxylgruppen, dadurch gekennzeichnet, daß
man bei der Oxidation vernetzte Polysaccharide einsetzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man
vernetzte Polysaccharide einsetzt, die eine Verkleisterungs
temperatur von mindestens 70°C haben.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
man die Oxidation bei einem Wassergehalt von 4 bis 12 Gew.-%,
bezogen auf Stärke, vornimmt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man
während der Oxidation den Wassergehalt der vernetzten Stärke
durch Zugabe von Wasser in das Wirbelbett aufrechterhält.
5. Verwendung der nach den Ansprüchen 1 bis 4 erhältlichen
oxidierten, vernetzten Polysaccharide als Zusatz zu Wasch
mitteln.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1997140112 DE19740112A1 (de) | 1997-09-12 | 1997-09-12 | Verfahren zur Herstellung von Polycarbonsäuren und ihre Verwendung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1997140112 DE19740112A1 (de) | 1997-09-12 | 1997-09-12 | Verfahren zur Herstellung von Polycarbonsäuren und ihre Verwendung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19740112A1 true DE19740112A1 (de) | 1999-03-18 |
Family
ID=7842136
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1997140112 Withdrawn DE19740112A1 (de) | 1997-09-12 | 1997-09-12 | Verfahren zur Herstellung von Polycarbonsäuren und ihre Verwendung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19740112A1 (de) |
-
1997
- 1997-09-12 DE DE1997140112 patent/DE19740112A1/de not_active Withdrawn
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8130 | Withdrawal |