DE2550981A1 - Verfahren zum herstellen von wasser aufnehmenden celluloseaethern - Google Patents

Verfahren zum herstellen von wasser aufnehmenden celluloseaethern

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DE2550981A1
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cellulose
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mol
reaction medium
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DE19752550981
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Arno Dr Holst
Helmut Lask
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Hoechst AG
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Hoechst AG
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08BPOLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
    • C08B15/00Preparation of other cellulose derivatives or modified cellulose, e.g. complexes
    • C08B15/005Crosslinking of cellulose derivatives

Description

  • Verfahren zum verstellen von Wasser aufnehmenden Cellu-
  • loseäthern Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Wasser aufnehmenden Celluloseäthern.
  • Die nach diesen Verfahren erhaltenen Celluloseäther können den verschiedensten technischen Zwecken dienen, beispielsweise als aufsaugende Massen bei medizinischen und hygienischen Verbänden oder als Entwässerungsmittel, z. B. bei wäßrigen Emulsionen.
  • Aus der DT-OS 23 58 150 ist ein Verfahren zum Herstellen von Wasser aufnehmenden Celluloseäthern bekannt, bei dem man Cellulose in Gegenwart von Isopropanol als Reaktionsmedium alkalisiert und mit einem Verätherungsmittel derart umsetzt, daß bei bloßem Veräthern ein mindestens größtenteils wasserlöslicher Celluloseäther entstehen würde, und man vor, gleichzeitig mit oder nach dem Veräthern mit einem gegenüber den noch freien Hydroxylgruppen der Cellulose--Anhydroglucosegruppen in alkalischem Reaktionsmedium reaktionsfähigen Mittel modifiziert. Das bekannte Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man beim Veräthern von Cellulose zu Carboxymethyl-cellulose, Carboxymethyl--hydroxyäthyl-cellulose, Hydroxyäthylcellulose oder Methyl-hydroxyäthyl-cellulose mit dem Modifizierungsmittel in Anwesenheit von 0,8 bis 7,5 Gewichtsteilen Isopropanol, bezogen auf das Cellulosegewicht, umsetzt und daß man ein Modifizierungsmittel anwendet, das durch eine der beiden Formeln oder II CH2 = CH - S02 - NH2 beschrieben wird, wobei in Formel I Ra die Hydroxyl-, eine Acylamino- oder eine veresterte Carbaminogruppe und Rb Wasserstoff oder die Carboxylgruppe ist.
  • Es ist auch schon vorgeschlagen worden, das vorgenannte Verfahren in einem anderen flüssigen Reaktionsmedium als Isopropanol, beispielsweise reinem Wasser durchzuführen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine weitere Ausgestaltung dieser Verfahren zur Verfügung zu stellen.
  • Das Verfahren, das diese Aufgabe löst, ist dadurch gekennzeichnet, daß man ein Modifizierungsmittel verwendet, das durch eine der beiden allgemeinen Formeln oder beschrieben wird, wobei R1 = CH3 und R2 = H, R1.= H und R2 = CH3 oder CH2-CO-NH-CH2-OH, R3 = H und R4 = CH3 oder CH2-OH, oder R3 und R4 = CH3 oder CH2-OH sind.
  • Als Alkalisierungsmittel für die Cellulose kommt aus wirtschaftlichen Gründen fast immer wäßrige NaOH-Lösung in Betracht, doch lassen sich als Alkalisierungsmittel auch andere wäßrige Alkalien, z. B. KOH- oder LiOH-Lösungen verwerden. Als Verätherungsmittel zur Herstellung der erfindungsgemäßen Celluloseäther kommen vor allem Natriummonochloracetat, Methylchlorid, Athylenoxid und Propylenoxid allein oder in Mischung von zwei oder mehr von ihnen in Frage, außerdem auch Äthylchlorid insbesondere in Mischung mit Athylen- oder Propylenoxid.
  • Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird außer der Verätherungs- auch eine Modifizierungsreaktion durchgeführt. Die Modifizierung wird so durchgeführt, daß die Celluloseäther in Wasser zwar quellbar, aber nicht mehr vollständig löslich sind.
  • Als Modifizierungsmittel werden erfindungsgemäß beispielsweise N,N' - Dimethylol-itaconsäurediamid - Methylol-crotonsäureamid t4,N - Dimethylol-crotonsäureamid N - Methylol-methacrylamid - - Dimethylol-methacrylamid ti - Methyl-crotonsäureamid N,N - Dimethyl-crotonsäureamid ti - Methyl-methacrylamid N,N - Dimethyl-methacrylamid N - Methyl-vinylsulfonamid N,N - Dimethyl-vinylsulfonamid verwendet.
  • Von ihnen werden bis zu TO Gewichtsteile, vorzugsweise jedoch weniger als 40 Gewichtsteile auf 100 Gewichtsteile Cellulose benötigt.
  • Wenn nan einen modifizierten Celluloseäther von möglichst hohem Wasserrückhaltevermögen (WRV) zu erhalten wünscht, setzt man vorteilhaft als Reaktionsmedium ein organisches Lösemittel, wie beispielsweise Methanol, äthanol, Isopropanol, Aceton oder tert.-Butylalkohol ein, das zudem mit den Reaktionsteilnehmern wenig oder gar nicht reagiert.
  • Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf das Herstellen von modifizierter Carboxymethylcellulose (CMC), Carboxymethyl-hydroxyäthyl-celiulose (CMHEC), Hydroxyäthyicellulose (HEC) oder Methyl-hydroxyäthyl-cellulose (MHEC) werden in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindunq Alkalisieren, Veräthern und Modifizieren bevorzugt in Anwesenheit von mindestens 0,85, jedoch nicht mehr als 7 Gewichtsteilen Isopropanol durchgeführt. Bei dem Verfahren verwendet man das IsopropanoT oft am zweckmäßigsten in Gestalt des in der Technik vielfach verwendeten wasserhaltigen Produkts mit etwa 13 Gew.-% Wasser. Bei dem Alkalisieren, Veräthern und Modifizieren enthält dann das Reaktionsgemisch außer dem durch die Verwendung von 87-prozentigem Isopropanol eingebrachten auch noch das durch die verwendete Alkalihydroxid-Lösung zugefügte Wasser. Weiteres Wasser wird in manchen Fällen dadurch in das Reaktionsgemisch eingebracht, daß das Modifizierungsmittel als wäßrige Lösung zugegeben wird. Die gesamte in die Reaktionsmischung eingebrachte Gewichtsmenge Wasser soll jedoch die darin anwesende Gewichtsmenge Isopropanol nicht übersteigen.
  • Die Wirkung des Modifizierungsmittels ist in gewissem Umfang von der Intensität, mit der beim Modifizieren gemischt wird, abhängig. Bei intensiver Durchmischung kommt man schon mit 10 Gewichtsteilen Modifizierungsmittel je 100 g Cellulose zu viel Wasser aufnehmenden Celluloseäthern. Wünscht man einen Celluloseäther zu erhalten, der viel Wasser aufnehmen, aber auch verhältnismäßig viel in Wasser lösliche Anteile enthalten kann, dann genügen schon 5 Gew.-X des Modifizierungsmittels zum Modifizieren von 100 g Celluloseäther.
  • Das derart durchgeführte Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß es verhältnismäßig geringe Mengen an Reaktionsmedium (Isopropanol) benötigt und bei Temperaturen von etwa 500 bis 700 C sehr schnell, etwa in einer Stunde, zu ausreichenden Modifizierungen führt. Es werden dabei Produkte mit, je nach den Verätherungs- und Modifizierungsbedingungen, unterschiedlich hohem Wasseraufnahmevermögen erhalten. Man kann daher vielen unterschiedlichen Anforderungen genügen.
  • Verwendet man in einer anderen Ausgestaltung der Erfindung Wasser als Reaktionsmedium, dann erhält man manchmal auch modifizierte Celluloseäther, deren Wasserrückhaltevermögen im Vergleich zu den unter sonst gleichen Verfahrensbedingungen, aber in Gegenwart von Isopropanol hergestellten geringer ist.
  • In vielen Fällen der praktischen Anwendung ihres Wasserrückhaltevermögens stört dies nicht, es kann in manchen Fällen sogar erwünscht sein.
  • So zeichnen sich in rein wäßrigem Reaktionsmedium hergestellte, modifizierte Celluloseäther beispielsweise dadurch aus, daß sie dazu in der Lage sind, Wasser besonders schnell aufzunehmen. Man geht bei dieser Herstellungsweise bevorzugt von einer Trocken--Alkalicellulose aus, d. h. von einer Alkalicellulose, zu deren Herstellung gepulverte Cellulose durch Besprühen mit konzentrierter, d. h. mindestens 20%iger wäßriger Alkalihydroxid-Lösung mit der erforderlichen Alkalihydroxidmenge gleichmäßig vermischt wird, wobei die so erhaltene Alkalicellulose ein fast trockenes Pulver ist. Doch kann auch Tauch-Alkalicellulose, d. h. durch Eintauchen von Zellstoffplatten oder -bändern in wäßrige Alkalihydroxid-Lösung und nachfolgendes Abpressen und Zerfasern hergestellte Alkalicellulose verwendet werden.
  • Solche Alkal icel lulosen sind ein nicht zusammenbackendes krümeliges Gemisch. Bei Anwendung rein wäßriger Reaktionsrnedien modifiziert man zweckmäßigerweise nicht erst nach der Verätherung, vorzugsweise führt man die Modifizierungsreaktion mit der Verätherung gleichzeitig durch. In rein wäßrigem Reaktionsmedium reagieren die Alkylenoxide, insbesondere das Äthylenoxid, sehr schnell.
  • Es kann daher durch Wärmestau leicht zu verfärbten Produkten kommen. Für manche praktische Anwendungszwecke ist dies kein flachteil. Man kann die örtlichen Oberhitzungen unterbinden, wenn man für gleichmäßigen Wärmeaustausch sorgt. Bei Mischverätherungen kann gegebenenfalls das andere Verätherungsmittel die Rolle des Wärmeverteilers spielen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren führt, wie auch die bisher bekannten Verfahren, zu Modifizierungsprodukten, die noch einen gewissen wasserlöslichen Anteil enthalten. Für viele Verwendungszwecke stört dies nicht, so daß sich ein Entfernen der wasserlöslichen Anteile meist erübrigt. In den nachstehenden Beispielen ist die Menge der in reinem Wasser bei 200 C unlöslichen Anteile (WUA) der modifizierten Celluloseäther angegeben.
  • Das Verfahren gemäß der Erfindung weist den Vorteil auf, daß man Produkte erhält, deren Wasserrückhaltevermögen im Vergleich zu der angewandten Menge Modifizierungsmittel hoch ist. Das aufgenommene Wasser bleibt dabei so fest an dem Modifizierungsprodukt haften, daß es selbst bei Anwendung einer Zentrifugalkraft vom 2000fachen der Erdbeschleunigung daraus kaum entfernt wird.
  • In den nachstehenden Beispielen beziehen sich alle Prozentangaben auf Gewichtsprozente. Das Alkal isieren, Veräthern und Modifizieren erfolgt bei den angegebenen Temperaturen unter Durchkneten oder Durchrühren der Reaktionsteilnehmer je nach der anwesenden Menge von Isopropanol oder Wasser als Reaktionsmedium. Mit WRV ist das Wasserrückhaltevermögen bezeichnet, es ist in Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht des wasserunlöslichen Anteils (WUA) angegeben.
  • Beispiel 1 Es werden 100 g Cellulose mit 91,5 g = 1,1 Mol/Mol Cellulose wäßriger NaOH-Lösung (28in) über 45 min in einem Schaufelmischer bei 300 C alkalisiert. Anschließend wird mit 16,4 g N,N' - Dimethylol-itaconsäurediamid (0,15 Mol/ Mol Cellulose) während einer Stunde bei 500 C modifiziert.
  • Nach Zugabe von 65 g Natriummonochloracetat (0,96 Mol/ Mol Cellulose) wird eine weitere Stunde bei 700 C veräthert. Das Reaktionsgemenge wird mit Eisessig gegen Phenolphthalein neutralisiert und filtriert; der feste Rückstand wird mit wäßrigem Methanol (706Sig) salzfrei gewaschen und dann bei 500 C getrocknet. Die erhaltene modifizierte CMC hat ein WRV von 7835 % und einen WUA von 52,7 %.
  • Beispiel 2 Es werden 100 g Cellulose mit 183 g = 2,2 Mol/Mol Cellulose wäßriger NaOH-Lösung (28%mg) über 45 min in einem Schaufelmischer bei 300 C alkalisiert. Anschließend wird eine Mischung aus 137 g Natriummonochloracetat (2,0 Mol/ Mol Cellulose) und 33,4 g N-Methylol-methacrylamid (0,5 Mol/ Mol Cellulose) zugefügt und gleichzeitig während einer Stunde bei 700 C veräthert und modifiziert. Das Reaktionsgemenge wird mit Eisessig gegen Phenolphthalein neutralisiert und filtriert; der feste Rückstand wird mit wäßrigem Methanol (70%ig) salzfrei gewaschen und dann bei 500 C getrocknet. Die erhaltene modifizierte CMC hat ein WRV von 10980 % und einen WUA von 51,8 %.
  • Beispiel 3 Es werden 100 g Cellulose mit 300 g wäßrigem Isopropanol (87%ig) und 91,5 g = 1,1 Mol/Mol Cellulose wäßriger NaOH-Lösung (28%ig) über 45 min in einem Schaufelmischer bei 300 C alkalisiert. Anschließend vermischt man 16,75 g N-Methylol-crotonsäureamid (0,25 Mol/Mol Cellulose) mit 65 g Natriummonochloracetat (0,96 Mol/Mol Cellulose) und setzt dieses Gemisch der Alkalicellulosemasse zu.
  • Unter ständiger Durchmischung wird während 60 min bei 700 C gleichzeitig veräthert und modifiziert. Das Reaktionsgemenge wird mit Eisessig gegen Phenolphthalein neutralisiert und filtriert; der feste Rückstand wird mit wäßrigem Isopropanol (70%ig) salzfrei gewaschen und dann bei 60° C getrocknet. Die erhaltene modifizierte CMC hat ein WRV von 9330 % und einen WUA von 36,4 %.
  • Beispiel 4 Es werden 500 g Cellulose mit 416 g = 1 Mol/Mol Cellulose wäßriger NaOH-Lösung (28%mg) über 45 min in einem Schaufelmischer bei 200 C alkalisiert. Anschließend wird eine Mischung aus 271 g Natriummonochloracetat (0,79 Mol/Mol Cellulose) und 118 g N,N-Dimethylvinylsulfonamid (0,3 Mol/ Mol Cellulose) zugefügt und gleichzeitig während einer Stunde bei 700 C veräthert und modifiziert. Das Reaktionsgemenge wird mit Eisessig gegen Phenolphthalein neutralisiert und filtriert; der feste Rückstand wird mit wäßrigem Methanol (70%ig) salzfrei gewaschen und dann bei 50O C getrocknet. Die erhaltene modifizierte CMC hat ein WRV von 4830 % und einen WUA von 80 %.

Claims (1)

  1. Patentanspruch Verfahren zum Herstellen von Wasser aufnehmenden Celluloseäthern, bei dem man Cellulose in Gegenwart eines flüssigen Reaktionsmediums alkalisiert und mit einem Verätherungsmittel derart umsetzt, daß bei bloßem Veräthern eine mindestens größtenteils wasserlösliche Carboxymethylcellulose, Carboxymethyl-hydroxyäthyl-cellulose, Hydroxyäthylcellulose oder Methyl-hydroxyäthyl-cellulose entstehen würde, und man vor, gleichzeitig mit oder nach dem Veräthern mit einem gegenüber den noch freien Hydroxylgruppen der Cellulose-Anhydroglucosegruppen in alkalischem Reaktionsmedium reaktionsfähigen Mittel modifiziert, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Modifizierungsmittel verwendet, das durch eine der beiden allgemeinen Formeln oder beschrieben wird, wobei R1 = CH3 und R2 = H, R1 = H und R2 = CH3 oder CH2-CO-NH-CH2-OH, R3 = H und R4 = CH3 oder CH2-QH, oder R3 und R4 = CH3 oder CH-OH sind.
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