DE2750148A1

DE2750148A1 - Verfahren zur herstellung von alkalizellulose

Info

Publication number: DE2750148A1
Application number: DE19772750148
Authority: DE
Inventors: Dag Ehrengaard; Owe Lidbrandt; Erich Dr Phil Treiber
Original assignee: Svenska Traforskningsinstitutet
Current assignee: Svenska Traforskningsinstitutet
Priority date: 1977-11-09
Filing date: 1977-11-09
Publication date: 1979-05-10

Description

Verfahren zur Herstellung von Alkalizellulose
Vorliegenue Erfindung bezient sich auf die Herstellung von Alkalizellulose und bezweckt, die Herstellung von Alkalizellulose mit gewünschtem Quellungsgrad, Zellulosegehalt und Hemizellulosegehalt zu ermöglichen, die für die weitere Verarbeitung zu Zellulosederivaten geeignet ist.
Wie bekannt, wird Alkalizellulose durch Eintaucnen von Zellulosebögen (insbesoncere in Form von sogenanntem Derivatstoff mit hohem Alpha-Zellulosegehalt) in Natronlauge in eicr Merzerisierungspresse nergestellt.
Die Lauge besteht im Prinzip aus reiner Natronlauge, obwohl sie in der Praxis oft eine gewisse Menge an gelöster Henizellulose enthalt, die von einer früheren Fierzerisierung herrührt. Die Kapazitat aer Merzerisierungspresse wird durch die Quellung des Stoffbogens in der Lauge bestimmt.
Nach der Umwandlung von Zellulose in Alkalizellulose, was ein rascher Prozeß ist, wird die Lauge abgelassen und die Bahn aus Alkalizellulose zu einem zweckmäßigen Auspressungsgrad gepreßt. Zur Erzielung einer z.B. in der Viskoseindustrie geeigneten Zusammensetzung (ca. 33 p Zellulose und 16 * NaH) ist ein PreS-druck von ca. 3 HPa erforderlich. Für höhere Zellulosegehalte, die vor allem zur Herstellung von anderen Zellulosederivaten als erwünscht angesehen werden, siLa sehr hohe iirücke erforderlich und die ausgepreßten Stoff bögen sind dann so stark komprimiert, daß nachfolgende Operationen,wie z.B. Zerreißen, erschwert oder unmöglich gemacht werden. Eine Absenkung des Quellungsgrades erleichtert das Auspressen und bringt einen höheren Zellulosegehalt in der Alkalizellulose ohne Anwendung von sehr hohen brücken und damit eine Verdichtung der Alkalizellulose mit sich. Die .nderung der Quellung durcn geänderte Laugenkonzentration ist jedoch verfahrenstechnisch selten möglich, weil die Laugenkonzentration oft in relativ engen Grenzen gehalten werden zum Der lemperatureffekt in dem praktisch möglichen Temperaturbereich ist nicht besonders groß und Temperaturregelung von Presse und Laugenvolumen durch Thermostaten ist kostspielig.
aie Lrtindung beruht auf aer beobachtung, daß ein usatz eines Natriumsalzes zur Natronlauge in einer solchen Konzentration, daß die Summe der Natriumionen der Natriumionenkonzentration in einer Merzerisierungslauge von optimaler Stärke entspricht, innerhalb vernunftiger Grenzen eine Alkalizellulose ergibt, welche ohne Nachteil zum gewünschten Zellulosederivat konvertiert werden kann.
Die Erfindung betrifft demgemäß ein verfahren zur Herstellung von leicht zerreißbarer Alkalizellulose mit hollea Zellulosegehalt und guten KonvertierungseigenschAften durch Behandlung von Zellulose mit Natronlauge, welches Verfahren dadurch gekennezeichnet ist, daß die Natronlage mit einer gewissen enge eines anorganischen löslichen Natriumsalzes in solchen Proportionen versetzt wird, daß aie totale Natriumionenkonzentration in der Lauge der in einer Merzeriesierungslauge von optimaler Starke erfordes ichen entspricht.
Bei der Merzerisierung wird normalerweise Natronlauge mit einer Starke von 17-18 Gewichtsprozent hatH angewendet. In gewissen Fällen kann die Stärke bis zu 19 % ansteigen und ion gewissen rallen bis zu ca. 16 % abfallen. Die für die Merzerisierungslauge gewählte Starke hängt vor allem von der Beschaffenheit und HerkunSt der Ausgangszellulose sowie von den gewünschten xigenschaften der erhaltene Alkalizellulose ab. Bei Anwendung der erfindung können bis zu 30 % des Natriumhydroxids, vorzugsweise 5-515 % des Natriumhydroxids, durch eine äquivalente Menge eines anorganischen Natriumsalzes, das in der Lauge löslich ist, ersetzt werden. Aus wirtschaftlichen Gründen wird vor allem Natriumchlorid oder Natriumsulfat angewendet, doch können auch andere Natriumsalze, wie Natriumphosphat, verwendet werden.
Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen naher beschrieben.
Fig. 1 ist ein Diagramm über den Quellungsgrad der Alkalizellulose als Funktion der Zusammensetzung der Merzerisierungslauge.
Fig. 2 ist ein Diagramm über den Preßfaktor bei konstantem rreßdruck als Funktion der Zusammensetzung der ?r£erzerisierungslauge.
Der wesentliche Effekt des gemäß der Erfindung vorgenommenen Zusatzes von Natriumsalz als Ersatz liegt darin, daß die quellung merklich abnimmt, was bei konstantex Preßdruck in einem höheren Zellulosegehalt der ausgeüreßten Alkalizellulose resultiert. Dies wird durch die Diagramme in Fig. 1 und 2 veranschaulicht.
Im Diagramm nach Fig. 1 werden Resultate wiedergeeaben, die bei Qer herzerisierung von vier verschiedenen Arten von Derivatstoffen aus nadelholz erhalten wuraen, nämlich Kalziumbisulfitzellstoff, agnesiumbisulfitzellstoff, Natriumbisulfitzellstoff und vorhydrolJsierter Sulfatzellstoff, wobei das Diagramm die lineare Dickenquellung der Alkalizellulose in bezug auf die Ausgangsbedingungen angibt. Die mit ungefüllten Symbolen und strichlierten Linien dargestellten Versuche wurden mit Natronlauge variierender Stärke ohne Zusatz von Natriumsalz durchgeführt. Es geht hervor, daß die Quellung der Alkalizellulose mit abnehmender Stärke der Fierzerisierungalauge stark zunimmt. Die mit gefüllten Symbolen und durchgehenden Linien darl;estellten Versuche wurden mit variierender Starke der Merzerisierungslaue durchgeführt, jedoch in jedem einzelnen Fall unter Zusatz einer solchen Menge an Natriumsalz, da3 die Lauge im Hinblick auf die totale Natriumionenkonzentration 5,08 M war. Es geht hervor, dab dabei die entgegengesetzte Wirkung eintritt,uzw. daß die Quellung mit abnehmendem Gehalt an NaOB in der Lauge stark abnimmt. Wie im Diagramm nach Fig. 2 dargestellt, bedeutet dies, daß der Preßfaktor bei konstantem Preßdruck mit zunehmendem Salzgehalt wesentlich abnimmt, d.h. der Zellulosegehalt in der ausgepreßten Aìkalizellulose wird höher.
Analysen der Alkalizellulose haben gezeigt, daß mehr NaOH und eine geringere Menge an Natriumsalz (ca.
50 p) von der Alkalizellulose aufgenommen wird, als aus der Zusammensetzung der Herzerisierungslauge berechnet werden kann.
Der Zusatz an Natriumsalz bringt keine nennenswerte Veranderung der Eigenscharten der Alkalizellulose mit sich. Zur Viskoseherstellung wird keine nennenswerte wendung des Filterwertes der Viskose bei Zumischung von DIS zu 15 i 5N Natriumsalzlösung in einer 5N Natronlauge erhalten. Bei Verwendung von hochreaktiven Derivatstoffen kann sogar eine gewisse Verbesserung der Filtrierbarkeit beobachtet werden.
Jene Menge an Natriumsalz, die mit der Alkalizellulose in der folgenden Prozeßstufe mitfolgt, hat keinen Einfluß außer auf den Reifungsvorgang. Der Salz- gehalt in Kombination mit einem niedrigeren Na0H-Gehalt der Alkalizellulose verzögert den Reifungsprozeb. Bei ler Herstellung gewisser Prdoukte, bei denen man einen hohen Polymerisationsgrad der Zellulose beizubehalten wünscht, ist dieser Effekt von Vorteil, ansonsten kann ein Zusatz eines Reifungskatalysators den Effekt aufheben. Beim Spitzen einer solcherart hergestellten Viskose hat sich gezeigt, daß die Spinnbarkeit der Viskose durch die erhaitenen geringen Neutralsalzmengen verbessert wird, was sich u.a. auch in einer geringeren Streuung der Festigkeitswerte der einzelnen Fasern ausdrückt. Die relative Naßfestigkeit steigt und die Naßdehnung nimmt etwas ab.
Die Festigkeitswerte beim Spinnen von Textilrayon oder normalen Stapelfasern werden kaum beeinflußt; bei der Herstellung von hochfesten Fasern ist die Abnahme der Festigkeit weniger als 10 ».
Wie oben erwähnt, enthält die Merzerisierungslauge in der rraxis oft Hemizellulose, die bei einem früheren Merzerisierungsprozeß ausgelöst worden ist und mit der rückgewonnenen Lauge zum nSchsten Serzerisierungsprozeß mittolgt. Bei Anwendung der vorliegenden Erfindung hat sich gezeigt, daß ein größerer Teil dieser Hemizellulose auf der Alkalizellulose abgesetzt wird.
Bei Herstellung von Alkalizellulose werden oft Benetzungsmittel zugesetzt, um das Eindringen der Lauge in die Zellulose zu erleichtern. Derartige Benetsungsmittel können vorher dem Stoff zugemischt oder der Lauge zugesetzt werden. Bei Anwendung der Erfindung hat sich gezeigt, dab der Zusatz an Natriumsalz die Wirkung der Benetzungsmittel nicht herabsetzt.
Die erfindung wird durch folgende Beispiele veranschaulicht.
Beispiel 1 85 Volumsteile Merzerisierungslauge mit 17,5 % Laugenkonzentration werden mit 15 Volumsteilen Natriumu fatlösung mit gleicher Natriumionenkonzentration vermischt. Die Laugenmischung wird zur Bogenmerzerisierung in einer Bogenmerzerisierungspresse angewendet. Die F.erzerisierungstemperatur beträgt 200 C und die Merzerisierongszeit 1 Stunde. Nach Ablassen der Lauge wird die Alkalizellulose auf einen Zellulosegehalt von 35,0 % ausgepreßt. Die so erhaltene Alkalizellulose wird zu Viskose konvertiert. Die Viskose wird auf übliche weise zu Masern versponnen, deren Festigkeitseigenschaften im wesentlichen die gleichen sind, wie von Viskosefasern, die auf gleiche weise aus gewöhnlicher Alkalizellulose hergestellt sind.
Beispiel 2 In einer Merzerisierungslauge mit lb,5 Gewichtsprozent Na()H und 3 Gewichtsprozent Na2SO4 wira Zellstoff bogenmerzerisiert, welcher Stoff nach Auspressung auf 36 % Zellulosegehalt zu Karboximethylzellulose sonvertiert wird.
Beispiel 3 Alkalizellulose für Karboximethylzellulose wird mit einer Merzerisierungslauge hergestellt, die 14,6 % NaOH und 4 % NaCl enthält. Die Alkalizellulose wird auf 36,3 % Zellulosegehalt ausgepreßt.
Beispiel 4 Alkalizellulose wird aus Derivatstoff unter Anwendung einer Merzerisierungslauge hergestellt, die (a) 17 % NaOH, (b) 14,8 % NaOB mit einer solchen ivtenble an Na2SO4, daß die Lauge 5,08 N im Hinblick auf Na+ hat, und (c) 14,8 % NaOH mit Na2SO4 zu 5,08 N Na+ auf gleiche Weise wie in (b) sowie weiters 3,7 % Hemizellulose enthalt. Die Merzerisierung wird in allen drei Versuchen auf gleiche weise durchgeführt. Nach Auspressung enthalt die Alkalizellulose (a) 1,5 % Hemizellulose, (b) 1,7 % Hemizellulose und (c) 2,4 » Hemizellulose.
Beispiel 5 In einer Merzerisierungsanlage mit 16,8 Gew.-* NaOH, 3 Gew.-p Na2SO4, und wCalsolene Cil" (sulfoniertes Öl, wahrscheinlich im wesentlichen Rizinusöl) als Benetzungsmittel entsprechend 0,2 * auf die Stoffmasse gerechnet, wurde der Stoff bogenmerzerisiert. Nach Auspressung auf 36,2 % Zellulosegehalt wurde er in halbindustrieller Skala zu Karboximethylzellulose konvertiert.
Das Endprodukt hat die selben Qualitätseigenschaften wie die konventionell hergestellte, doch konnten wirtschattliche Gewinne hinsichtlich Ausbeute und Ausgang von Monochloressigsäure beobachtet werden.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung von Alkalizellulose durch Behandlung von Zellulose mit Natronlauge, dadurch gekennzeichnet, daß die Natronlauge einerseits Natriumhydroxid und anderseits ein lösliches anorganisthes Natriumsalz in solchen Proportionen enthält, das die totale Natriunrionenkonzentration der Natriumionenkonzentration in einer reinen Natronlauge von optimaler Stärke entspricht, wobei bis zu 30 , vorzugsweise 5-15 », der Natriumionenkonzentration vom oalz herrühren.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lauge außerdem Hemizellulose enthält.
3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lauge Benetzungsmittel enthält.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurcn gekennzeichnet, daß die totale Natriumionenkonzentration einer hatroniauge mit 16-19 Gewichtsprozent Stärke entspricht.