DE2440144B2

DE2440144B2 - Kontinuierliches verfahren zur herstellung von faserfoermigem celluloseacetat

Info

Publication number: DE2440144B2
Application number: DE19742440144
Authority: DE
Inventors: Arthur; Wong Thomas Cheung-Shing; Modesto Calif. Caputi jun. (V.St.A.)
Original assignee: E. & J. Gallo Winery, Modesto, Calif. (V.StA.)
Priority date: 1973-10-23
Filing date: 1974-08-21
Publication date: 1977-01-13
Also published as: CA1026517A; DE2440144A1; IT1018944B; JPS5315165B2; AR202141A1; AU7244774A; ZA744747B; ES429471A1; YU276974A; JPS5070612A; US3961007A

Description

a) eine etwa 2- bis etwa 4gewichtsprozentige Lösung von Celluloseacetat in einem organischen Lösungsmittel mit einer Viskosität von etwa 25 see bis etwa 45 see gemäß ASTM D 1.343-69 herstellt,

b) in eine Fällungszone einen Strom dieser Lösung und gleichzeitig einen Strom eines Fällungsmittels für Celluloseacetat, in einem Volumenverhältnis von Fällungsmitte! zu Cellu- ^at> loseacetatlösiing im Bereich von etwa 4:1 bis etwa 20:1 in der Weise einführt, daß am Punkt des Zusammentreffens Turbulenz erzeugt wird,

c) die resultierende Aufschlämmung kontinuierlich aus der Fällungszone abzieht und einer ^a5 solchen Scherung unterwirft, daß der in der Aufschlämmung vorliegende Niederschlag durch die Scherung eine Oberfläche im Bereich von etwa 35 m²/g bis etwa 55 m²/g erhält,

d) die der Scherung unterworfene Aufschlämmung kontinuierlich auf einem porösen Träger ablagert und den flüssigen Anteil der Aufschlämmung von dem Niederschlag abtropfen läßt, und

c) den Niederschlag mit einem Nicht-Lösungsmittel für Celluloseacetat wäscht.

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß man als Fällungszone ein T-förmiges Gefäß verwendet, in welches die Lösung durch eine Seite des Querstücks und das Fällungsmittel durch die andere Seite des Querstücks eingeleitet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Celluloseacetatlösung verwendet, die ein unlösliches Filtrationsmaterial in einer solchen Menge enthält, daß das Gewichtsverhältnis von Celluloseacetat zu dem unlöslichen Filtrationsmaterial etwa 0,5:1 bis etwa 3:1 beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als unlösliches Filtrationsmaterial Cellulosefasern, Diatomeenerde oder deren Gemische verwendet.

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Die Erfindung betrifft ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von faserförmigem Celluloseacetat, durch Ausfällung von Celluloseacetat aus einer Lösung in einem organischen Lösungsmittel mit Hilfe eines Fällungsmittels für Celluloseacetat unter Zusammenführung der Lösung und des Fällungsmittels in einer Turbulenzzone.

Aus der USA.-Patentschrift 30 42 970 ist ein derartiges Verfahren bekannt, das dazu dient, ein viskoses Polymeres in Form von kleinen Teilchen aus viskosen Lösungen des Polymeren abzuscheiden. Nach diesem bekannten Verfahren ist es wesentlich, daß in der Fällungszone während der Ausfällung des Polymer gleichzeitig die Scherwirkung ausgeübt wird, damit das Polymere nicht in Form von längeren Fasern, sondern in Form von kurzen kompakten Teilchen erhalten wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von faserförmigem Celluloseacetat anzugeben, mit dem das faserförmige Celluloseacetat mit den gewünschten und gezielt gesteuerten Eigenschaften problemfrei und kontinuierlich hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung dadurch gelöst, daß man

a) eine etwa 2- bis etwa 4gewichtsprozentige Lösung von Celluloseacetat in einem organischen Lösungsmittel mit einer Viskosität von etwa 25 bis etwa 45 see gemäß ASTM D 1.343-69 herstellt,

b) in eine Fällungszone einen Strom dieser Lösung und gleichzeitig einen Strom eines Fällungsmittels für Celluloseacetat, in einem Volumenverhältnis von Fällungsmittel zu Celluloseacetatlösung im Bereich von etwa 4:1 bis etwa 20:1 in der Weise einführt, daß am Punkt des Zusammentreffens Turbulenz erzeugt wird,

c) die resultierende Aufschlämmung kontinuierlich aus der Fällungszone abzieht und einer solchen Scherung unterwirft, daß der in der Aufschlämmung vorliegende Niederschlag durch die Scherung eine Oberfläche im Bereich von etwa 35 m^ä/g bis etwa 55 m²/g erhält,

e^ den Niederschlag mit einem Nicht-Lösungsmittel für Celluloseacetat wäscht.

Durch die erfindungsgemäße Verfahrensführung, bei der das Ausfällen der Fasern unter Turbulenz und das Ausüben der Scherkraft auf die Fasern in zwei getrennten Stufen erfolgen, kann die Struktur der ausgefällten Celluloseacetatfasern in gezielter Weise beeinflußt werden, so daß man faserförmiges Celluloseacetat erhält, das im Hinblick auf die Faserstruktur und die Filtrationseigenschaften dem Asbest gleicht, und das aus stabförmigen Fasern im Gemisch mit flockigen, flaumigen Filamenten besteht, und das eine spezifische Oberfläche im Bereich von etwa 35 bis etwa 55 m'/g aufweist.

Das erfindungsgemäß hergestellte faserförmige Celluloseacetat eignet sich als Filtrationsmaterial zur Filtration von Flüssigkeiten, wie z. B. Fruchtsäften, Gemüsesäften und Wein.

Die Turbulenz bei der Einführung der Celluloseacetatlösung und des Fällungsmittels in die Fällungszone wird erzielt, indem beide Materialien in Form von gesonderten Strömen zugeführt werden, deren Richtung und Geschwindigkeit so gewählt sind, daß an dem Punkt innerhalb der Zone, in dem sie sich treffen, wesentliche Turbulenz verursacht wird. Diese Turbulenz ist erforderlich, um einen Niederschlag zu erzeugen, der eine regellose Matrix aus seinen flaumigen Filamenten bildet, die durch größere Fibrillen verstärkt ist. Der Niederschlag wird beim Zusammentreffen dieser Ströme praktisch augenblicklich gebildet,

und es ist daher nur eine sehr kurze Verweilzeit innerhalb der Zone erforderlich.

Wahlweise kann die Ausfällung auch in Gegenwart von anderen unlöslichen Filtermaterialien durchgeführt werden, wie Diatomeenerde, Cellulosefasern oder Gemischen solcher Materialien una ähnlichen Materialien, so daß ein Filtermaterial erhalten wird, welches ein inniges Gemisch aus faserförmigem Celluloseacetat und dem zugegebenen Filtermaterial darstellt. Es hat sich gezeigt, daß diese Gemische leichter zu verarbeiten sind und zu einer besseren Filtration führen. So können speziell diese Gemische leichter ausgewaschen und von Filterträgern entfernt werden. Sie können auch bessere mechanische Festigkeit haben, als faserförmiges Celluloseacetat für sich und größere Filtrationsraten ermöglichen. Außerdem können sie getrocknet werden, ohne daß ihre Filtrationseigenschaften gestört werden.

Diese zusätzlichen Filtermaterialien werden der CeI-luloseacetatlösung einfach zugesetzt, bevor diese mit einem Fällungsmittel für Celluloseacetat vermischt wird. Gewöhnlich liegt das Gewichtsverhältnis von Celluloseacetat zu diesen anderen Materialien im Bereich von etwa 0,5:1 bis etwa 3:1, wobei ein Verhältnis von etwa 1:1 bevorzugt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch die Zeichnungen verdeutlicht. Fig. 1 zeigt ein Fließschema einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Vorrichtung und Fig. 2 stellt eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils dieser Vorrichtung längs Linie II-II in Fig. 1 dar.

Celluloseacetat wird in einen Bcschickungstrichter 10 gegeben, der mit einer (nicht gezeigten) volumetrischen Zuführungsvorrichtung ausgestattet ist, und wird danach in einen mit Prallblechen versehenen Tank 12 geführt, der mit einem Rührer 13 versehen ist. Das Celluloseacetat ist technisches Celluloseacetat in Pulver- oder Flockenform mit einer Viskosität von 25 bis 45 see, gemessen nach ASTM D 1.343-69, vorzugsweise mit einem Acetylgruppengehalt zwischen etwa 37 und 40 Gewichtsprozent. Aceton oder ein anderes organisches Lösungsmittel mittlerer Polarität wird ebenfalls in den Tank 12 in einer solchen Menge eingeführt, daß das Lösungsmittel etwa 2 bis etwa 4 Gewichtsprozent, vorzugsweise etwa 3 Gewichtsprozent, der Lösung von Celluloseacetat ausmacht. Diese Lösung wird kontinuierlich mit Hilfe einer Pumpe 15 durch eine Leitung 14 aus dem unteren Teil des Tanks 12 abgepumpt. Die Leitung 14 endet in einer in Fig. vergrößert dargestellten, sich verengenden öffnung und leitet die Flüssigkeit in das Ende 17 des Querstücks 18 eines Misch-T-Rohrs, das allgemein mit bezeichnet ist. Die öffnung 16 dient dazu, die Geschwindigkeit des Stroms der Lösung, der in das T-Rohr eintritt, zu erhöhen. Wasser oder ein anderes Fällungsmittel wird von dem entgegengesetzten Ende des Querstücks 18 her in das T-Rohr eingeleitet, so daß das Fällungsmittel und der aus der öffnung 16 austretende t.ösungsstrom an der Verbindungsstelle des Ansatzes 20 und des Querstücks 18 aufeinandertreffen.

Die Temperatur des Wassers und der Lösung ist im allgemeinen nicht kritisch. Das Verfahren wurde erfolgreich durchgeführt, wenn beide Ströme bei Raumtemperatur gehalten wurden. Hohe Temperaturen von mehr als etwa 8O⁰C slolten vermieden werden, weil sonst die Neigung besteht, daß eine weiche Ausfällung gebildet wird, die keine so gute Filtermatrix bildet. Bevorzugt werden Raumtemperatur für die Lösung und 40 bis 50⁰C für das Fällungsmittel (Wasser) angewendet.

Das Volumenverhältnis von Wasser zur Lösung liegt im allgemeinen im Bereich von 4:1 bis 20:1. Verhältaisse von 12:1 bis 18:1 v-erden bevorzugt, und besonders bevorzugt wird ein Verhältnis von etwa 15:1,

Die Geschwindigkeiten des Lösungsstroms und des Wasserstroms müssen ausreichen, um im Inneren des ίο T-Stücks wesentliche Turbulenz zu erzeugen. Andernfalls werden die ausgefällten Fasern gelartig und ungeeignet zur Verwendung bei der Filtration. Wie vorstehend angegeben wurde, tritt die Ausfällung des Celluloseacetats augenblicklich ein, wenn der Lösungsstrom und der Wasserstrom in dem Misch-T-Stück aufeinandertreffen. Die resultierende Aufschlämmung von Celluloseacetat in Aceton/Wasser fließt aus dem T-Rohr durch den Ansatz 20 in Leitung 21 und durch ein Dreischaufel-Rührwerk 24, in welchem der Niederschiag einer Scherung zum Erzielen der gewünschten Oberfläche unterworfen wird. Diese Aufschlämmung wird dann auf einem Filter in Form eines sich bewegenden Bandes abgelagert, das allgemein mit 25 bezeichnet ist, oder wird auf einem anderen porösen as Träge·" abgelagert, wie einer Filtertrommel, wobei der Niederschlag auf dem Band verbleibt und der nicht adsorbierte Anteil der flüssigen Komponente der Aufschlämmung durch das Band abläuft.

Der Niederschlag wird mit Hilfe von aufgesprühtem Wasser, das aus den Düsen 26 ausströmt, gewaschen, um im wesentlichen das gesamte adsorbierte Aceton daraus zu entfernen, und vom Ende des Bandes in einen Behälter 27 übergeführt und dort in feuchter Form gelagert, d. h. es wird befeuchtet mit mindestens etwa 70% eines Nicht-Lösungsmittels, wie Wasser.

Beispiel 1

Faserförmiges Celluloseacetat wurde unter Verwen-4» dung einer vorstehend beschriebenen Vorrichtung in folgender Weise hergestellt:

Es wurden 3,7851 einer 3gewichtsprozentigen Lösung von Celluloseacetat (38,3 Gewichtsprozent Acetylgruppen. Viskosität 40 see) in Aceton hergestellt. Diese Lösung wurde bei Raumtemperatur durch ein Glasrohr mit einem Innendurchmesser von 2 mm mit einer mittleren Geschwindigkeit von 79,25 cm/sec in ein Misch-T-Rohr aus Glas mit einem Innendurchmesser von 9,5 mm gepumpt. Wasser von 48'C wurde durch ein Kunststoffrohr mit 9,5 mm Innendurchmesser mit einer mittleren Geschwindigkeit von 51,3 cm/sec in das T-Stück eingeführt. Bei diesem Volumenverhältnis von Wasser zu Lösung von ungefähr 15:1 verminderte sich die Temperatur des resultierenden Ge-55 misches nicht mehr als um Γ C. Celluloseacetat wurde augenblicklich ausgefällt, wenn der Lösungsstrom mit dem Wasserstrom in Berührung kam. Die ausgefällte Aufschlämmung strömte durch den Ansatz des Misch-T-Rohres heraus und in ein Dreischaufelrührwerk ⁶⁰ (Zentrifugalpumpe) mit einer Drehzahl von 3500 U/min. Die der Scherung unterworfene Aufschlämmung wurde auf einem Sieb mit 60 bis 100 Maschen pro 2,54 cm (Maschenweite 0,149 bis 0,25 mm) gewonnen, und der Niederschlag wurde mit Wasser von 48°C gewaschen, ⁶5 bis er frei von Aceton war.

Der gewaschene Niederschlag wurde mit Hilfe der nachstehend beschriebenen Verfahrensweise als Filtrationsmedium geprüft. Zu diesem Zweck wurde eine

Standard-Trübungskurve aufgezeichnet, indem 100 ml eines trüben, trockenen Weißweins durch ein 0,1 μ-Milliporen-Membranfilter filtriert wurden, verschiedene Mengen (0 bis 5,4 ppm) SiO₂ zu Anteilen des Filtrats gegeben wurden, die Trübung der SiO₂ enthaltenden Anteile mit Hilfe eines Laboratoriums-Trübungsmeßgeräts (Turbidimeter) gemessen wurde, und die erhaltenen Ergebnisse (Trübung gegen ppm SiO₂) in Form einer Kurve aufgetragen wurden.

Eine Suspension des erfindungsgemäß hergestellten Celluloseacetats wurde als Schicht in einen Filterkörper mit 3,8 cm Durchmesser gegeben, so daß je cm² 4,7 · 10-³ g fascrförmiges Celluloseacetat vorlagen. Der gleiche Wein wurde durch diesen Filterkörper filtriert, und die Trübung des Filtrats wurde visuell beobachtet und in der vorstehend beschriebenen Weise gemessen und mit der Standardkurve (Eichkurve) verglichen. Das Filtrat war klar, und seine Trübung entsprach weniger als 0,1 ppm SiO₂.

Beispiel 2

Die Wirkung der Strömungsgeschwindigkeit des Wassers auf den erhaltenen Niederschlag wurde untersucht, indem die Verfahrensweise des Beispiels 1 wiederholt wurde, jedoch unterschiedliche Wassergeschwindigkeiten angewendet wurden. Die Ergebnisse dieser Untersuchung sind in Tabelle I aufgeführt.

Tabelle I

Wirkung der Wassergeschwindigkeit auf den Celluloseacetat- N iederschlag.

Wasser	Art der Faser	Trübung des Filtrats
geschwindigkeit		(als ppm SiO₂)
cm/see
12,8	gelartig	Verstopfen des
		Filterkörpers
25.6	gelartig	Verstopfen des
		Filterkörpers
38,4	gelartig	Verstopfen des
		Filterkörpers
50,0	fein und
	flaumig	0,1

Beispiel 3

Die Wirkung der Wassertemperatur auf den Niederschlag wurde untersucht, indem die Verfahrensweise gemäß Beispiel 1 wiederholt wurde, jedoch Wasser unterschiedlicher Temperatur in das Misch-T-Stück eingeleitet wurde. In Tabelle II sind die Ergebnisse dieser Untersuchungen aufgeführt.

Tabelle II

Wirkung der Wassertemperatur auf den Celluloseacetat- N iedersch lag.

Wassertemperatur
(⁰C)

Art der Faser

Trübung des Trübung des
Filtrats Filtrats

(als ppm SiO₂) (visuell)

27	gerade	0,1	trüb
35	fein und flaumig	0,1	klar
41	fein und flaumig	0,1	klar
49	fein und flaumig	0,1	klar
59	fein und flaumig	0,1	klar
80	sehr weich,
	jedoch geeignet	0,1	klar
	Beispiel 4

3,7851 einer 3gewichtsprozentigen Acetonlösung von Celluloseacetat wurde in gleicher Weise wie in Beispiel 1 hergestellt. Der Lösung wurden 113,4 g CeIIulosefasern zugesetzt, und die Fällung erfolgte wie in Beispiel 1. Das resultierende Gemisch aus ausgefälltem, faserförmigem Celluloseacetat und Cellulosefasern war stärker porös als faserförmiges Celluloseacetat allein, wodurch die Wasserwäsche der der Scherung unterworfenen Aufschlämmung erleichtert wurde.

Dieses Gemisch aus faserförmigem Celluloseacetat und Cellulosefasern wurde verwendet, um Flüssigkeiten zu filtrieren. Dabei wurde gefunden, daß gegenüber der Verwendung von faserförmigem Celluloseacetat für sich eine 15- bis 30 %ige Erhöhung der Filtrationsrate erzielt wurde, ohne daß die Qualität der Filtration vermindert wurde. Außerdem war dieses Material einfacher von dem Filterträger zu entfernen als faserförmiges Celluloseacetat allein, und es konnte ohne Rißbildung oder Brechen gehandhabt und getrocknet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von faserförmigem Celluloseacetat durch Ausfällung von Celluloseacetat aus einer Lösung in einem organischen Lösungsmittel mit Hilfe eines Fällungsmittels für Celluloseacetat unter Zusammenführung der Lösung und des Fällungsmittels in einer Turbulenzzone, dadurch gekennzeichnet, daß man