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Diese
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Celluloseether.
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Bei
der Herstellung von Celluloseethern werden hochgereinigter Baumwoll-Linter-Zellstoff
und Holzschliff mit Hilfe einer Mühle gemahlen, wie z.B. einer
Messermühle
und die erhaltenen pulverförmigen
Zellstoffe werden als Ausgangsmaterialien verwendet.
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Als
Verfahren zum feinen Mahlen von Zellstoff wurde ein Verfahren vorgeschlagen,
bei dem getrockneter Zellstoff bei niedrigen Temperaturen gemahlen
wird, wie z.B. in der vorläufigen
japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 59-75901 und der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 64-7828 beschrieben,
und es wurde ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem komprimierter
Zellstoff mit Hilfe einer Strahlmühle gemahlen wird, wie z.B.
in der japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 3-48010 beschrieben.
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Diese
Verfahren sind jedoch aus industrieller Sicht unbefriedigend, da
sie einen beschwerlichen Schritt (z.B. das Trocknen oder die Komprimierung)
vor dem Mahlen beinhalten und daher zur Behandlung großer Mengen
an Zellstoff ungeeignet sind und weil sie eine Apparatur erfordern,
um die Mühle
bei niedriger Temperatur zu halten und ein Kühlmittel dafür erfordern.
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Um
diese Nachteile zu überwinden,
findet gegenwärtig
das Mahlen in einer Messermühle
breite Anwendung.
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Üblicherweise
werden pulverförmige
Celluloseether durch Lösen
derselben in einem Lösungsmittel wie
z.B. Wasser eingesetzt. Der ungelöste Fasergehalt in einer wäßrigen Lösung eines
Celluloseethers wird als abhängig
angesehen von dem Ausmaß der
Einheitlichkeit, in dem eine alkalische Substanz in den pulverförmigen Zellstoff
während
der Herstellung einer Alkalicellulose eindringt. Der ungelöste Fasergehalt
in einer wäßrigen Lösung eines
Celluloseethers kann während
dessen Verwendung ein Problem verursachen. Um den ungelösten Faseranteil
zu reduzieren, ist es daher wesentlich, eine alkalische Substanz
dazu zu bringen, einheitlich in den Zellstoff einzudringen und dadurch
eine Alkalicellulose herzustellen, die eine einheitliche Alkalikonzentration
aufweist.
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Darüber hinaus
wird davon ausgegangen, daß das
Eindringen einer alkalischen Substanz in pulverförmigen Zellstoff von der Partikelform
des pulverförmigen
Zellstoffs beeinflußt
wird. Das Mahlen in einer Messermühle unter hauptsächlichem
Einsatz von Scherkräften
liefert pulverförmigen
Zellstoff, der unter mikroskopischer Betrachtung lange Fasern umfaßt. Da ein
faserförmiges
Pulver eine kleine Oberfläche
pro Partikel hat, limitiert dies die Aussicht auf einen Kontakt
zwischen dem Zellstoff und der alkalischen Substanz und beeinflußt das Eindringen
der alkalischen Substanz in die Partikel nachteilig. Daher wird
angenommen, daß die
alkalische Substanz nicht einheitlich in den pulverförmigen Zellstoff
eindringen kann und das Ausmaß der
Alkalipermeation in diesen beschränkt ist.
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Darüber hinaus
sind die Fasern in einem faserförmigen
Pulver miteinander verwoben und führen so zu einem großen Hohlraumvolumen
und folglich zu einer niedrigen Schüttdichte. Da die Menge an Zellstoff, die
zu einem Zeitpunkt bei der Herstellung eines Celluloseethers eingesetzt
werden kann, beschränkt
ist, ist unter produktionstechnischen Gesichtspunkten faseriger
pulverförmiger
Zellstoff mit einer niedrigen Schüttdichte nachteilig. Dementsprechend
ist es wünschenswert,
ein Verfahren zur Herstellung von pulverförmigem Zellstoff mit einer
möglichst
hohen Schüttdichte
im industriellen Maßstab
zu entwickeln.
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Die
vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben beschriebenen
Umstände
gemacht und stellt ein Verfahren bereit, das den ungelösten Fasergehalt
in wäßrigen Lösungen von
Celluloseethern reduziert und gleichzeitig in stabiler Weise Celluloseether
produziert, indem die Produktivität des Verfahrens verbessert
wird.
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung haben dem Umstand Beachtung
geschenkt, daß die
Verwendung einer Zellstoffmühle
auf der Basis eines Prinzips, das von dem einer Messermühle, die
Scherkräfte
einsetzt, verschieden ist, die Partikelform ändern kann und dadurch das
Eindringen einer alkalischen Substanz verbessern kann, da die Form
von pulverförmigen
Zellstoffpartikeln stark durch das Mahlprinzip beeinflußt wird.
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Demgemäß haben
die Erfinder der vorliegenden Erfindung intensive Nachforschungen
im Hinblick auf die Lösung
der oben beschriebenen Probleme angestellt und nunmehr ein Verfahren
zur Herstellung eines Celluloseethers unter Verwendung eines pulverförmigen Zellstoffs
als Ausgangsmaterial erfunden, worin der pulverförmige Zellstoff durch Mahlen
von Zellstoff mit einem Vertikalwalzenmahlwerk hergestellt wird.
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In
dem oben beschriebenen Mahlverfahren der vorliegenden Erfindung
wird der mittlere Partikeldurchmesser des pulverförmigen Zellstoffs
bevorzugt auf 20 bis 300 Mikron eingestellt.
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Darüber hinaus
wird in der vorliegenden Erfindung der pulverförmige Zellstoff, der gemäß dem oben beschriebenen
Verfahren erhalten wird, als ein Ausgangsmaterial zur Herstellung
von Celluloseethern eingesetzt.
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In
dem Mahlverfahren der vorliegenden Erfindung wird Zellstoff mit
Hilfe eines Vertikalwalzenmahlwerks gemahlen, um gepulverten Zellstoff
herzustellen, der eine Form aufweist, die von der länglichen
faserigen Form des pulverförmigen
Zellstoffs, erhalten durch Mahlen in einer Messermühle, verschieden
ist und daher zur Verwendung als Ausgangsmaterial zur Herstellung
von Celluloseethern geeignet ist. Daher kann der ungelöste Fasergehalt
in wäßrigen Lösungen von Celluloseethern
reduziert werden und gleichzeitig können Celluloseether in stabiler
Weise hergestellt werden, indem die Produktivität des Verfahrens verbessert
wird.
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Die
Erfindung wird nun genauer mit Bezug auf die begleitende Figur erläutert, in
der
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Vertikalwalzenmahlwerks ist, das in
der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
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Ein
beispielhaftes Vertikalwalzenmahlwerk, das in der vorliegenden Erfindung
verwendet werden kann, ist unten mit Bezug auf die 1 detaillierter
erläutert.
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1 ist
eine perspektivische Ansicht eines Vertikalwalzenmahlwerks, das
zum Durchführen
des Verfahrens zum Zerkleinern von Zellstoff zu Pulver gemäß der vorliegenden
Erfindung geeignet ist. Eine Drehscheibe 2 ist im unteren
Teil eines Gehäuses 1 angeordnet
und mit einem Schaft 3 verbunden. Der Schaft 3 ist
mit einem Motor (nicht gezeigt) an der Außenseite des Gehäuses 1 verbunden,
um die Drehscheibe 2 zu drehen. Die Drehscheibe 2 weist
entlang der äußeren Peripherie
eine Nut 4 auf und oberhalb der Nut 4 sind die
Walzen 5 angeordnet. Die Walzen 5 sind von den
Armen 6 gestützt,
die mit Zylindern (nicht gezeigt) verbunden sind, um die Walzen 5 in
die Nut 4 niederzudrücken.
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Im
oberen Teil des Gehäuses 1 ist
ein Separator 7 zum Trennen von ausreichend gemahlenem
und fein gepulvertem Zellstoff von grob gemahlenem Zellstoff installiert.
Der Separator 7 weist einen Schaft 8 auf, der
mit einem Motor 9 an der Außenseite des Gehäuses 1 verbunden
ist, um den Separator 7 zu drehen.
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Darüber hinaus
sind ein Rohrmaterialeinlaß 11 zum
Zuführen
von rohem Zellstoff und ein Produktablaß 15 zum Ablassen
des erhaltenen pulverförmigen
Zellstoffs im oberen Teil des Gehäuses 1 vorgesehen
und ein Lufteinlaß 20 zum
Zuführen
von Luft in das Gehäuse 1 ist
im unteren Teil des Gehäuses 1 vorgesehen.
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Unter
Verwendung dieses Vertikalwalzenmahlwerks 10 kann rohrer
Zellstoff in folgender Weise zu Pulver zerkleinert werden. Wenn
rohrer Zellstoff durch den Rohrmaterialeinlaß 11 in das Gehäuse 1 geworfen wird,
fällt er
auf die Drehscheibe 2 und wird unter der von der Drehscheibe 2 ausgeübten Zentrifugalkraft
in der Nut 4 angesammelt. Der angesammelte Zellstoff wird
komprimiert und zwischen den Walzen 5 und der Nut 4 gemahlen
und dadurch zu Pulver zerkleinert. Im Inneren des Gehäuses 1 erzeugt
die durch den Lufteinlaß 20 zugeführte Luft
einen aufwärts
gerichteten Luftstromwirbel, so daß der resultierende pulverförmige Zellstoff durch
den aufwärts
gerichteten Luftstromwirbel getragen und zum oberen Teil des Gehäuses 1 befördert wird. Während dieses
Verfahrens wird auch der unzureichend gemahlene und grob gepulverte
Zellstoff in den oberen Teil des Gehäuses 1 befördert, jedoch
kann nur der ausreichend gemahlene und fein gepulverte Zellstoff durch
die Schlitze des Separators 7 hindurchtreten. Der so klassifizierte
pulverförmige
Zellstoff wird zusammen mit dem Luftstrom durch den Produktablaß 15 zur
Außenseite
des Gehäuses 1 abgelassen.
Der so abgelassene pulverförmige
Zellstoff wird in einem Sackfilter gesammelt.
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Das
Mahlprinzip einer Walzenmühle
umfaßt
die Komprimierung, die Scherung und das Mahlen. Der erhaltene pulverförmige Zellstoff
umfaßt,
wenn er mikroskopisch betrachtet wird, verglichen mit dem gepulvertem
Zellstoff, der durch Mahlen in einer Messermühle erhalten wird, kürzere Fasern
und Partikel, die durch Mahlen oder Komprimieren erhalten werden.
Dies verursacht eine Erniedrigung des Hohlraumvolumens. Demzufolge
führt das
Mahlen in einer Walzenmühle
bzw. einem Walzenmahlwerk zu gepulvertem Zellstoff mit einer Schüttdichte
von 0,14 bis 0,30 g/cm3, während das
Mahlen in einer Messermühle
gepulverten Zellstoff liefert, der eine Fülldichte (lose) von 0,05 bis
0,13 g/cm3 aufweist. Dementsprechend kann,
wenn ein Reaktionsgefäß mit einem
festen inneren Volumen verwendet wird, eine größere Menge an gepulvertem Zellstoff
zu einem Zeitpunkt zum Zwecke der Herstellung eines Celluloseethers
eingesetzt werden.
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Als
Rohzellstoff kann Baumwoll-Linter-Zellstoff und Holzschliff eingesetzt
werden, die üblicherweise zur
Herstellung von Celluloseethern verwendet werden. Es ist jedoch
verständlich,
daß die
vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Der Rohzellstoff kann
jede geeignete Größe und Form
aufweisen. Beispielsweise kann der Rohzellstoff in der Form von
quadratischen Chips mit einer Größe von etwa
1 bis 2 cm vorliegen, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht
darauf beschränkt.
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Der
zuvor genannte pulverförmige
Zellstoff weist einen mittleren Teilchendurchmesser von 20 bis 300 Mikron
und bevorzugt von 60 bis 200 Mikron auf. Wenn der mittlere Teilchendurchmesser
kleiner als 20 Mikron ist, wird nicht nur die Verwendung eines solchen
pulverförmigen
Zellstoffs aus industrieller Sicht ineffizient sein, sondern der
pulverförmige
Zellstoff zeigt auch eine signifikante Erniedrigung des Polymerisationsgrades
und beeinflußt
daher die Viskosität
einer wäßrigen Lösung des
erhaltenen Celluloseethers. Ist der mittlere Teilchendurchmesser
größer als
300 Mikron, wird dies die Fluidität in dem Reaktor und die Alkaliabsorption
während der
Herstellung eines Celluloseethers nachteilig beeinflussen und so
zu einem Anwachsen des ungelösten
Fasergehalts beitragen.
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Durch
die Verwendung des so erhaltenen pulverförmigen Zellstoffs ist es möglich, eine
Alkalicellulose herzustellen, in die eine alkalische Substanz einheitlicher
eingedrungen ist und dadurch den ungelösten Fasergehalt in einer wäßrigen Lösung des
resultierenden Celluloseethers zu reduzieren.
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Celluloseether
können
in bekannter Weise hergestellt werden, z.B. durch Hinzufügen einer
alkalischen Substanz (z.B. Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid)
zu Rohcellulose, um eine Alkalicellulose zu bilden und anschließendem Hinzufügen eines
verethernden Mittels wie z.B. Methylchlorid, Propylenoxid oder Ethylenoxid.
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Das
Verfahren zum Zerkleinern von Zellstoff zu Pulver gemäß der vorliegenden
Erfindung ermöglicht es,
aus industrieller Sicht vorteilhaften pulverförmigen Zellstoff mit hoher
Produktivität
und guter Stabilität
herzustellen, der eine hohe Schüttdichte
aufweist. Darüber
hinaus ist es möglich,
wenn ein Celluloseether unter Verwendung dieses gepulverten Zellstoffs
als Ausgangsmaterial hergestellt wird, den ungelösten Fasergehalt in einer wäßrigen Lösung des
Celluloseethers zu reduzieren.
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Die
vorliegende Erfindung wird durch die folgenden Beispiele und Vergleichsbeispiele
weiter veranschaulicht. Diese Beispiele sollen den Umfang der Erfindung
nicht beschränken.
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Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel
1
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Unter
Verwendung einer IHI-Vertikalpulverisierungsmühle (IS-Mühle, hergestellt von Ishikawajima
Harima Heavy Industries Co., Ltd.) als Vertikalwalzenmühle wurde
Rohzellstoff in diese eingebracht und gemahlen. Der Rohzellstoff
lag in der Form von quadratischen Chips mit einer Größe von 1
bis 2 cm vor, wobei jedoch keine besondere Beschränkung auf
der Form des Rohzellstoffs liegt. Nach dem Mahlen wurde der pulverförmige Zellstoff
in einem Sackfilter gesammelt. Der so erhaltene pulverförmige Zellstoff
wurde als Startmaterial für
die Herstellung von Hydroxypropylmethylcellulose verwendet.
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Das
in diesem Beispiel zur Herstellung des Celluloseethers verwendete
Verfahren war wie folgt: Zu dem pulverförmigen Zellstoff wurde Natriumhydroxyd
hinzugefügt,
um eine Alkalicellulose zu bilden. Anschließend wurde Methylchlorid zum
Ersetzen mit Methoxyl und Propylenoxid zum Ersetzen mit Hydroxypropoxyl hinzugefügt und damit
zur Reaktion gebracht. Die erhaltene Hydroxypropylmethylcellulose
wurde gereinigt, bis dessen Restsalzgehalt auf etwa 1 Gew.-% reduziert
war und anschließend
getrocknet bis dessen Feuchtigkeitsgehalt 1,2 Gew.-% erreicht hatte.
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Die
getrocknete Hydroxypropylmethylcellulose wurde in einer diskontinuierlichen
Vibrationsmühle
für zwei
Stunden pulverisiert (B-3, hergestellt von Chuo Kakoki Co., Ltd.).
Die erhaltene pulverförmige
Hydroxylpropylmethylcellulose wurde in die Form einer wäßrigen Lösung mit
einer Konzentration von 2 Gew.-% gebracht und zur Messung der Lichttransmission
verwendet.
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Zu
Vergleichszwecken wurde der Zellstoff mit Hilfe einer Maschenmühle gemahlen
(HA-2542, hergestellt von Hourai Tekkosho, Ltd.). Für beide
Mühlen
wurden sowohl der Baumwoll-Linter-Zellstoff, als auch der Holzschliff
als Rohzellstoff verwendet. Der mittlere Teilchendurchmesser und
die Schüttdichte
jedes pulverförmigen
Zellstoffs und die Lichttransmission einer wäßrigen Lösung von jeder pulverförmigen Hydroxypropylmethylcellulose
(in Tabelle 1 als "HPMC" abgekürzt) sind
in Tabelle 1 gezeigt.
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Die
Schüttdichte
wurde in folgender Weise unter Verwendung eines Modell-PT-E-Hosokawa-Pulvertesters (hergestellt
von der Hosokawa Micron Corporation) gemessen.
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Nachdem
der Hosokawa-Pulvertester auf den Modus zur Messung der spezifischen
Fülldichte
(lose) eingestellt worden war, wurde eine geeignete Menge (etwa
40 g) einer Probe sanft auf das Sieb mit einem speziellen Schöpflöffel gebracht
und der Indikator des Rheostaten wurde eingestellt (bei 2,5), um
eine Flußrate
zu ergeben, bei der die Schale (100 cm3)
mit der herunterfallenden Probe so gefüllt wurde, daß sie in
etwa 20–30 Sekunden überlief.
Nachdem jeglicher Überschuß der Probe
von der Schale mit einer vertikal stehenden Klinge heruntergestrichen
worden war und jegliches Probenpulver, das an der Schale anhaftete
mit einer Bürste entfernt
worden war, wurde die mit der Probe gefüllte Schale mit einer Genauigkeit
von 0,1 g bei ausgeglichener Balance gewogen. Anschließend wurde
die spezifische Fülldichte
der Probe gemäß der folgenden
Gleichung berechnet: spezifische Fülldichte
(lose) = (A – B)/100,worin
A das kombinierte Gewicht (g) der Probe und der Schale ist und B
die Tara (g) der Schale ist.
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Die
Lichttransmission wurde mit sichtbarem Licht unter Verwendung eines
photoelektrischen Kolorimeters, Modell-PC-50, mit einer Zellenbreite
von 20 mm gemessen.
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Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel
2
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Es
wurde das gleiche Verfahren wie oben beschrieben durchgeführt, mit
der Ausnahme, daß anstelle von
Baumwoll-Linter-Zellstoff Holzschliff als Rohzellstoff eingesetzt
wurde.
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Wie
in Tabelle 1 gezeigt, hatten die durch Mahlen in einem Vertikalwalzenmahlwerk
erhaltenen pulverförmigen
Zellstoffe einen kleineren mittleren Teilchendurchmesser und eine
höhere
Schüttdichte
als die durch Mahlen in einer Maschenmühle erhaltenen pulverförmigen Zellstoffe.
Darüber
hinaus lieferte die Hydroxypropylmethylcellulose, hergestellt unter
Verwendung des in einer Walzenmühle
gemahlenen Zellstoffs, eine wäßrige Lösung mit
einer höheren
Lichttransmission.
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Dementsprechend
kann festgestellt werden, daß pulverförmiger Zellstoff,
der einen geeigneten mittleren Teilchendurchmesser und folglich
eine höhere
Schüttdichte
als konventioneller pulverförmiger
Zellstoff aufweist, durch Mahlen von Zellstoff gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung erhalten werden kann und dieser pulverförmige Zellstoff
zur Herstellung von Celluloseethern geeignet ist.
