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Verfahren zur Auflösung von Cellulose in ammoniakalischen Kupferlösungen
Es ist bekannt, daß Cellulose aus sehr verdünnten alkalischen Kupferlösungen Kupfer
nahezu quantitativ aufnimmt. Man vergleiche Patent i84 i5o und Patent q.13 69o,
Die Beobachtung ist dazu .benutzt worden, um aus solchen Lösungen Kupfer wiederzugewinnen.
Es ist ferner bekannt, daß verdünnte ammoniak- und alkalihaltige Kupferlösungen
Celliilose durch Quellung auflockern und zur Aufnahme von Kupfer befähigen. Diese
Erscheinung ist dazu benutzt worden, um so vorbehandelte Faser mit konzentrierten
ammoniakalschen Kupferlösungen bequem in Lösung zu bringen. Man vergleiche Patent
183 153. Diese Arbeitsweise ist im besonderen dadurch gekennzeichnet, daß
der Lösungsvorgang durch eine verdünnte Kupferoxydaimnoniaklösung vorbereitet und
durch eine konzentrierte Kupferoxy dainmoniaklösung vollendet wird.
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Es wurde nun die überraschende, nach dem bisher Bekannten nicht vorauszusehende
Beobachtung gemacht, daß Cellulose beliebiger Herkunft aus alkali- und ammoniakhaltigen
Kupferlösungen in kurzer Zeit so viel Kupfer aufzunehmen vermag, daß die so vorbehandelte
Faser mit kupferfreien Ammoniaklösungen und sogar durch Wasser schnell und voll-s
t, ändi zu spinnf* hi-en , Lösungen gelöst werden kann.
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Das Verfahren ist weiterhin durch die Beobachtung gekennzeichnet,
dar durch die Gegenwart einer bestimmten Menge freien Alkalis die Ouellung der Cellulose
trotz der Kupferaufnahme weitgehend verhindert wird. Dieses Verhalten steht mit
den bisherigen Angaben in direktem Gegensatz (vgl. dazu Patent 183 153). Dadurch
ist es möglich, die kupferhaltige Faser bequem von der Flotte abzutrennen. Weiterhin
werden durch die Gegenwart von Alkali Verluste an Cellulose, z. B. durch Lösung,
praktisch vollständig vermieden.
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Nach unseren Untersuchungen ist die Kupferaufnahme ein chemischer
Vorgang, der bei ausreichender Konzentration der Lösung an Kupfer in kürzester Zeit
zur Bildung einer Cellulosekupferverbindung von dem stöchiometrischen Verhältnis
1 Cu : a C6Hlo05 : etwa 2 NaOH führt.
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Kupferoxy daminoniaklösungen, die in Bezug auf Kupfer und Ammoniak
verdünnt sind, lassen sich gleichfalls mit großem Vorteil zur Lösung der kupferhaltigen
Faser verwenden.
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Durch diese Beobachtungen wird es inöglich, die Operationen zur Herstellung
verspinnbarer Cellulosekupferlösungen wesentlich zu vereinfachen. Durch das spontane
Aufziehen von zur nachträglichen Lösung genügenden Mengen Kupfer auf :die Faser
erübrigt sich die bisher übliche mechanische Mischung von Cellulose mit Kupferhydroxyd.
Auch jede weitere besondere Vorbehandlung der Faser wird dadurch entbehrlich, wodurch
diese sehr geschont wird, was die Qualität der aus den Kupferlösungen gesponnenen
Kupferseide günstig beeinflußt. Für die Aufnahme von Kupfer durch die Faser ist
es nur vorteilhaft, das verwendete Cellulosematerial wie üblich zu reinigen.
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Durch das neue Verfahren ist es ferner möglich geworden, Kupferammoniaklösungen
beliebiger
Herkunft auch ohne den Umweg über Kupferhydroxyd, zu benutzen, z. B. ammoniakalische
Lösungen von Kupfersulfat, Kupferchlorid usw.
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Die nach dem Aufziehen des Kupfers aus der Lösung auf die Faser zurückbleibende
Flotte ist ohne weiteres nach Ersatz des verbrauchten Kupfers wieder zu verwenden.
Nur wenn z. B. bei Verwendung von Kupfersulfat die Lösungen zu stark an Natriumsulfat
angereichert sind, ist es vorteilhaft, z. B. durch Kühlung die durch doppelte Umsetzung
entstandenen Sulfate auszuscheiden.
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Gegenüber dem aus der österreichischen Patentschrift- 18 454 bekannten
Verfahren, nach dem man in einem ersten Arbeitsgang mercerisierte Cellulose (Alkalicellulose)
in Kupfersulfatlösung einträgt und die nach dem Abpressen der Mutterlauge gewonnene
Mischung von Kupfer hydroxyd und Cellulose in einem zweiten Arbeitsgang der lösenden
Wirkung von wässerigem Ammoniak aussetzt, wird nach dem vorliegenden Verfahren Cellulose
bei Gegenwart von Alkali unmittelbar mit ammoniakalischen Kupferlösungen zusammengebracht
und die naturgemäß zu erwartende Auflösung durch die Gegenwart von Natronlauge so
weitgehend verhindert, daß die entstandene Kupferalkalicellulose in Form der- ursprünglichen
Fasern gewonnen wird. Nach dem Abpressen oder Abschleudern der Mutterlauge erfolgt
schnell Auflösung in einem geeigneten kupferarmen oder kupferfreien Bade.
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Diese Arbeitsweise bietet insbesondere folgende Vorteile.
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Die Cellulose setzt sich ohne weiteres im ersten Arbeitsgang mit der
Kupferbase um, so daß die besondere Herstellung von Alkalicellulose fortfällt. Man
benötigt für die Herstellung der Lösung insgesamt mindestens 25°o Kupfer weniger
als bei den bisher bekannten Verfahren. Infolge der Homogenität der im ersten Arbeitsgang
gewonnenen Kupferalkalicellulose und der Geschwindigkeit, mit der sich diese Verbindung
unter den angegebenen Verhältnissen bildet, erfolgt der Lösungsvorgang in etwa dem
dritten bis vierten Teil der Zeit, die bisher für die Auflösung von Cellulose in
Kupferämtninlösungen notwendig war.
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Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Arbeitsweise liegt darin, daß
bei der Umsetzung der Cellulose zur faserigen Kupferalkalicellulose färbende Verunreinigungen
der Faser an die ammoniakalische Kupferlösung abgegeben und bei der Abtrennung der
Mutterlauge entfernt werden. Dies hat zur Folge, daß die aus der faserigen Kupferalkalicellulose
nachfolgend bereiteten Spinnlösungen zu Kunstseiden führen, die ohne jede Nachbleiche
völlig weiß sind. Man kann daher bei dieser Arbeitsweise von urgebleichten Zellstoffen
ausgehen, ohne daß .dadurch die gewonnenen Kunstseiden in ihren Eigenschaften beeinträchtigt
werden. Beispiel i i kg gereinigte Cellulose beliebiger Herkunft wird in eine Kupferammoniaklösung,
die aus 3,75 kg kristallisiertem Kupfersulfat, 751 25prozentigem Ammoniak und 3
kg Natronlauge in 25 1 Wasser hergestellt wird, so lange, d. h. etwa 1/2 bis i Stunde,
eingelegt, bis sie etwa o,2 !bis 0,26 kg Kupfer aufgenommen hat. Danach nimmt
man die Faser aus der Lösung, preßt sie ab und bringt sie mit einer 5prozentigen
oder höher konzentrierter Ammoniaklösung unter langsamen, aber ausgiebigem Rühren
in kurzer Zeit in Lösung, Zweckmäßig kann man auch zum Lösen eine verdünnte, etwa
o,6prozentige Kupferoxydammoniaklösung verwenden. Die Kupferammoniaklösung kann
nach Ersatz des verbrauchten Kupfers und des verschwundenen Alkalis ohne weiteres
wieder verwendet werden. Beispiel -i kg gereinigte Cellulose beliebiger Herkunft
wird etwa 6 Stunden lang mit ioo 1 einer Kupferoxydammoniaklösung, die ungefähr
636g Kupfer, 751 25prozentigen Ammoniak und i,6 kg Natronlauge enthält, wie
oben behandelt. Danach wird feucht durch Zusammenrühren reit 2o1 5- bis ioprozentigem
Ammoniak in Lösung gebracht.