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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung, um Zelluloseether mit
tiefem Molekulargewicht herzustellen, welche über eine verminderte Anwesenheit
von kohlenstoffhaltigen Teeren verfügen.
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Farb-Kontamination kann bei der Herstellung von
Zelluloseethern mit tiefem Molekulargewicht auftreten. Die Kontamination
nimmt die Form von kohlestoffhaltigen Teeren an, welche eine braune
oder schwarze Farbe haben. Die Teere nehmen in pulverigen Zelluloseether-Endprodukten
die Form von schwarzen Partikeln an. Die Anwesenheit der schwarzen
Partikeln ist problematisch, wenn die Zelluloseether-Produkte in
bezüglich
Erscheinung heiklen Anwendungen wie etwa Tabletten-Überzügen für Pharmazeutika
verwendet werden sollen. Partikel-Kontamination in Tabletten-Überzügen ist
für Konsumenten
und Hersteller nicht akzeptierbar.
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Kohlenstoffhaltige Teere bilden sich
als Resultat eines übermässigen Abbaus
während
der Depolymerisation von Zelluloseethern mit hohem Molekulargewicht
zu Zelluloseethern mit niedrigem Molekulargewicht. Depolymerisation
wird typischerweise durch Hinzufügen
einer starken Säure,
d.h. Chlorwasserstoff, zu Zelluloseethern mit hohem Molekulargewicht
ausgeführt,
um einen Teil der Etherverbindungen zu spalten.
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Übermässiger Abbau
des Zelluloseethers während
der Depolymerisation kann aus dem folgenden resultieren: ungleichmässige Feuchtigkeitsverteilung
innerhalb des Zelluloseethers; statisches Haften zwischen dem Zelluloseether
und den inneren Oberflächen
des Depolymerisations-Reaktors; ungleichmässige Applikation oder Absorption
der starken Säure;
und Katalysierung der Depolymerisationsreaktion aufgrund des Kontaktes
mit katalytisch aktiven Oberflächen
oder Substanzen.
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Übermässiger Abbau
aufgrund von ungleichmässiger
Feuchtigkeitsverteilung tritt auf, wenn Wasser, welches innerhalb
des Zelluloseethers absorbiert ist, verdampft und an kälteren Stellen
auf den inneren Oberflächen
des Depolymerisationsreaktors kondensiert. Trockenes Zelluloseether-Pulver
absorbiert das kondensierte Wasser und hält an den inneren Oberflächen fest.
Die starke Säure,
d.h. Chlorwasserstoff, wird ebenso durch die hohe Feuchtigkeit angezogen, was
in einem erhöhten
Säuregehalt
an Punkten auf den inneren Oberflächen resultiert. Der erhöhte Säuregehalt
verursacht, dass die Depolymerisationsrate mehrfach ansteigt verglichen
mit dem Grossteil des Zelluloseether-Pulvers. Die erhöhte Reaktionsrate verursacht
die Bildung von Teerpartikeln an Punkten auf den inneren Oberflächen des
Depolymerisationsreaktors.
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Übermässiger Abbau
aufgrund von statischem Haften tritt auf, wenn ein Film aus Zelluloseether-Pulver
an ortsfesten Regionen der inneren Oberflächen des Depolymerisationsreaktors
haftet. Wenn der Reaktor geleert wird, haftet der Pulverfilm an
den Oberflächen
und ist Gegenstand einer Überreaktion
für nachfolgende
Chargen-Reaktionen.
Diese Überreaktion
kann in der Bildung von Teerpartikeln an Regionen auf den inneren
Oberflächen
des Depolymerisationsreaktors resultieren.
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Übermässiger Abbau
kann auftreten bei der ungleichmässigen
Applikation oder Absorption der depolymerisierenden Säure, wenn
sie in den Reaktor in einer nicht-gasförmigen Form, wie etwa einer wässrigen
Flüssigkeit,
eingeführt
wird. Die ungleichmässige
Applikation oder Absorption resultiert in einem erhöhten Säuregehalt
in Teilen des Zelluloseether-Pulvers.
Der erhöhte
Säuregehalt
verursacht, dass die Depolymerisationsrate mehrfach ansteigt verglichen
mit dem Grossteil des Zelluloseether-Pulvers. Die erhöhte Reaktionsrate
kann die Bildung von Teerpartikeln im Zelluloseether-Pulver verursachen.
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Übermässiger Abbau
kann auftreten bei der Katalysierung der Depolymerisationsreaktion
durch Kontakt mit katalytisch aktiven Oberflächen oder Substanzen. Sind
innere Oberflächen
des Reaktors katalytisch aktiv, kann die erhöhte Reaktionsrate in der Bildung
von Teerpartikeln an diesen Oberflächen resultieren.
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Es wäre wünschenswert, ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Herstellung von Zelluloseethern mit tiefem
Molekulargewicht zu haben mit einem wesentlich reduzierten Auftreten
an Teerbildung.
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US Patent Nr. 3,391,135 offenbart
eine Depolymerisationsreaktion von Zelluloseethern. Um Verfärbungen
zu verhindern, offenbart das US Patent, dass ein Zelluloseether
von hohem Molekulargewicht mit einem Wasserstoffhalogenid-Gas bei
einer Temperatur von nicht mehr als 80°C, vorzugsweise zwischen 30-60°C zur Reaktion
gebracht wird. Nach Beispiel 1 wird die Depolymerisationsreaktion in
einem mit Glas ausgekleideten Gefäss ausgeführt, welches mit einem mit
Glas ausgekleideten Mischer ausgestattet ist.
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US Patent Nr. 4,728,731 offenbart
einen Reaktor zur Herstellung eines Zelluloseethers durch alkalische
Behandlung und Veretherung. Der Reaktor enthält vielstufige Rührelemente
und Platten und ist nur geeignet für einen besonderen Satz an
Ausgangsmaterialien und Produkten.
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Nach der vorliegenden Erfindung gibt
es ein Verfahren zur Herstellung eines Zelluloseethers. Das Verfahren
beinhaltet das folgende: dass a) Zellulose-Zellstoff alkalisch behandelt
wird; b) alkalisch behandelter Zellulose-Zellstoff zur Bildung eines
Zelluloseethers verethert wird; c) der Zelluloseether gewaschen
wird; d) der Zelluloseether auf einen reduzierten Feuchtigkeitsgehalt
getrocknet wird; e) der Zellulose-Zellstoff zu einer Partikel-Form gemahlen
wird; f) die Temperatur des partikelförmigen Zelluloseethers auf
50°C bis
130°C eingestellt
wird; g) der partikelförmige
Zelluloseether in einem Reaktor rotiert wird, während gleichzeitig der Zelluloseether
mit einer Säure
in Kontakt gebracht wird, um teilweise den Zelluloseether zu depolymerisieren,
so dass eine zweiprozentige wässrige
Lösung
davon eine Viskosität
von 200 centipoise (cP) oder weniger bei 20°C hat; und h) die Säure teilweise
oder im wesentlichen durch Inkontaktbringen mit einer basischen
Verbindung neutralisiert wird.
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Der Zellulose-Zellstoff wird vorzugsweise
alkalisch behandelt, indem er mit Natriumhydroxid in Kontakt gebracht
wird. Der alkalisch behandelte Zellulose-Zellstoff wird vorzugsweise verethert,
indem er mit Methylchlorid oder einer Mischung aus Methylchlorid
und Propylenoxid in Kontakt gebracht wird. Der Zelluloseether wird
vorzugsweise gewaschen, indem er mit Wasser in Kontakt gebracht
wird. Der Zelluloseether wird vorzugsweise getrocknet, indem er
erhitzt wird. Der Zelluloseether wird vorzugsweise gemahlen, indem
er gerieben oder zusammengepresst wird. Vorzugsweise wird der Zelluloseether während der
Depolymerisation im wesentlichen frei vom Kontakt mit Oberflächen gehalten,
die Eisen enthalten. Mit dem vorliegenden Verfahren können Zelluloseether
mit tiefem Molekulargewicht hergestellt werden, die im wesentlichen
frei von der Bildung von sichtbarem Teer sind.
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Des weiteren gibt es nach der vorliegenden Erfindung
eine Vorrichtung zur Herstellung von Zelluloseethern. Die Vorrichtung
beinhaltet das folgende: a) einen ersten Reaktor zum alkalischen
Behandeln und Verethern eines Zellulose-Zellstoffes zur Bildung eines
Zelluloseethers; c) einen Wascher zum Waschen des Zelluloseethers;
d) einen Trockner zum Trocknen des Zelluloseethers auf einen reduzierten Feuchtigkeitsgehalt;
e) eine Mühle
zum Mahlen des Zelluloseethers zu einer Partikel-Form; f) einen
zweiten Reaktor, welcher den partikelförmigen Zelluloseether fortlaufend
rotiert, während
es mit einer sauren und darauf mit einer basischen Verbindung in Kontakt
gebracht wird. Vorzugsweise werden alkalische Behandlung und Veretherung
in einem einzigen Reaktor ausgeführt.
Vorzugsweise sind die inneren Oberflächen des Reaktors, in welchem
Kontakt zwischen dem partikelförmigen
Zelluloseether und der im wesentlichen wasserfreien Säure auftritt,
im wesentlichen frei von Eisen.
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1 zeigt
eine Seitenansicht eines rotierenden Reaktors, welcher im Verfahren
und in der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung nützlich ist.
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Die vorliegende Erfindung richtet
sich an das Problem der Bildung von kohlenstoffhaltigem Teer während der
Herstellung von Zelluloseethern mit tiefem Molekulargewicht. In
weitester Hinsicht setzt die Erfindung einen rotierenden Reaktor
während
der Depolymerisation ein. Der rotierende Reaktor verschiebt die
Inhalte des Reaktors und hilft somit, ortsfeste Regionen entlang
der inneren Oberflächen
des Reaktors zu vermeiden, und hält
eine im wesentlichen gleichmässige
Reaktionstemperatur und Verteilung der Depolymerisationssäure in der
Zelluloseether-Masse aufrecht. In einem weiteren Aspekt der Erfindung
wird die Depolymerisationssäure
in einer im wesentlichen wasserfreien, gasförmigen Form in den Reaktor
eingeführt,
um einen hohen Grad von Verteilung und Kontakt mit der Zelluloseether-Masse zu
bewirken und das Einführen
von zusätzlichem Wasser
zu vermeiden. In einem weiteren Aspekt der Erfindung werden die
inneren Oberflächen
des Depolymerisationsreaktors oft genug gewaschen, um Teerpartikel
in einem verhältnismässig tieferen
Härtungszustand
zu entfernen, bevor diese unlöslich
in Wasser werden. Das Rehmaterial, welches verwendet wird, um Zelluloseether
von tiefem Molekulargewicht herzustellen, ist Zellulose-Zellstoff.
Zellulose-Zellstoff wird typischerweise aus Holz oder Baumwolle
erhalten. Der Zellstoff wird vorzugsweise in pulveriger Form oder
in Granula zur Verfügung
gestellt. Um Zelluloseether für
Tabletten-Überzüge herzustellen,
wird bevorzugt, dass ein Zellulose-Zellstoff verwendet wird, welcher
einen hohen intrinsischen Grad an Weisse aufweist.
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Der Zellulose-Zellstoff wird in einem
Reaktor mit alkalischem Hydroxid alkalisch behandelt, vorzugsweise
mit Natriumhydroxid. Der Zellstoff kann mit dem alkalischen Hydroxid
mittels aller im Stand der Technik bekannten Mittel alkalisch behandelt werden,
wie etwa Eintauchen in einem Bad oder einem gerührten Tank, welcher wässriges
Hydroxid enthält,
oder Ansprühen
des wässrigen
Hydroaids auf den trockenen Zellstoff. Die Reaktionszeit variiert gemäss der Hydroxidkonzentration,
der Temperatur und der Retentionszeit. Das wässrige Hydroxid wird vorzugsweise
bei einem Gehalt an alkalischem Hydroxid von 30 bis 70 Gewichtsprozenten
bezogen auf des Gewicht des Wassers verwendet. Retentionszeiten
befinden sich vorzugsweise im Bereich zwischen 5 und 90 Minuten.
Die Temperatur der alkalischen Behandlung liegt vorzugsweise im
Bereich zwischen 30°C
und 60°C.
Gleichmässiges
Anschwellen und Alkali-Verteilung im Zellstoff wird kontrolliert
durch Mischen und Schütteln.
Der Kopfraum des Reaktors der alkalischen Behandlung kann evakuiert
oder teilweise oder im wesentlichen mit einem Inert-Gas wie etwa
Stickstoff gereinigt werden, um die Depolymerisation des Zelluloseether-Produktes
zu kontrollieren. Nicht reagiertes alkalisches Hydroxid kann mit
einer Säure
wie etwa Salzsäure,
Salpetersäure
oder Essigsäure
neutralisiert werden, oder kann mit einem leichten Überschuss
eines verethernden Agens neutralisiert werden.
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Der alkalisch behandelte Zellulose-Zellstoff wird
darauf verethert, um einen Zelluloseether von hohem Molekulargewicht
zu bilden. Ein Zelluloseether von hohem Molekulargewicht ist ein
Zelluloseether mit einem solchen Molekulargewicht, dass eine zweiprozentige
wässrige
Lösung
davon eine Viskosität
grösser
als 200 cP und typischer 4000 cP bis 100,000 cP in einer zweiprozentigen
wässrigen
Lösung
bei 20°C
hat.
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Die Veretherungsreaktion wird typischerweise
in einem Reaktor unter erhöhten
Druckbedingungen (100 bis 300 Pfund pro Quadratinch (689 bis 2070
Kilopascal (kPA))) während
0.5 bis 16 Stunden abhängig
von der Reaktivität
des verethernden Agens ausgeführt.
Typische verethernde Agentien beinhalten die tieferen Alkylhalogenide
und Epoxide wie etwa Methylchlorid, Ethylchlorid, Ethylenoxid, Propylenoxid,
Butylenoxid und Mischungen der oben genannten. Beispielsweise kann
Methylchlorid verwendet werden um Methylzellulose herzustellen und eine
Mischung aus Methylchlorid und Propylenoxid kann verwendet werden,
um Hydroxypropylmethylzellulose herzustellen. Die Verwendung von
Methylchlorid resultiert in der Nebenprodukt-Bildung von Natriumchlorid
(Salz). Vorzugsweise wird ein leichter Überschuss des Veretherungs-Agens
hinzugefügt, um
mit irgendwelchem alkalischen Hydroxid zu reagieren, welches von
der Alkylierung übrig
bleibt.
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Der veretherte Zelluloseether mit
hohem Molekulargewicht wird gewaschen, um Salz und andere Reaktions-Nebenprodukte
zu entfernen. Jedes Lösungsmittel,
in dem Salz löslich
ist, kann verwendet werden, aber Wasser wird aufgrund seiner Verfügbarkeit
und Umweltverträglichkeit
stark bevorzugt. Der Zelluloseether kann in einem Veretherungsreaktor
gewaschen werden, wird aber vorzugsweise in einem separaten Wascher
gewaschen, welcher diesem Reaktor nachgeschaltet vorliegt. Vor oder
nach dem Waschen kann der Zelluloseether mittels Dampfaussetzung
abgestreift werden, um den restlichen organischen Gehalt zu vermindern.
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Der Zelluloseether mit hohem Molekulargewicht
wird auf einen reduzierten Feuchtigkeitsgehalt von 0.5 bis 5.0 Gewichtsprozent
Wasser und vorzugsweise auf 0.8 bis 3.0 Gewichtsprozent Wasser bezogen
auf das Gewicht des Zelluloseethers getrocknet. Der reduzierte Feuchtigkeitsgehalt
erlaubt es, den Zelluloseether in Partikelform zu mahlen und zu
depolymerisieren. Der Zelluloseether wird vorzugsweise bei einer
Temperatur von 40°C
bis 80°C getrocknet.
Nützliche
Trockner beinhalten Trockenschränke,
Flüssigbett-Trockner,
Schnelltrockner, Schütteltrockner
und Röhrentrockner.
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Der getrocknete Zelluloseether mit
hohem Molekulargewicht wird zu Partikeln von gewünschter Grösse gemahlen. Das Mahlen kann
durch alle im Stand der Technik bekannten Mittel durchgeführt werden,
wie etwa einer Kugelmühle
oder einem Schlag-Pulverisierer. Typische Retentionszeiten in einer
Kugelmühle
oder einem Schlag-Pulverisierer liegen im Bereich von 20 bis 120
Minuten. Eine nützliche
Teilchengrösse
liegt im Bereich von 25 bis 1000 Mikrometern. Bevorzugte Teilchengrössen sind
40 bis 250 Mikrometer.
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Es ist wünschenswert, alle Metallpartikel
zu entfernen, welche das Pulver von partikelförmigem Zelluloseether während des
Mahlens kontaminiert haben können.
Metallpartikel können
mittels Magneten entfernt werden.
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Vor der Depolymerisation werden die
Zellulosepartikel auf eine Temperatur von 50°C bis 130°C und vorzugsweise 70°C bis 110°C erhitzt.
Das Erhitzen kann im Depolymerisationsreaktor durchgeführt werden
oder durch einen separaten Erhitzer, welcher einem solchen Reaktor
vorgeschaltet ist. Der Feuchtigkeitsgehalt der Partikel kann wieder
hergestellt werden, wenn nötig,
auf ein höheres
Niveau als vor der Depolymerisation, indem die Partikel im Depolymerisationsreaktor
oder in einem separaten Mischer, welcher einem solchen Reaktor vorgelagert
ist, mit Wasser gemischt werden.
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Die gemahlenen Teilchen des Zelluloseethers
mit hohem Molekulargewicht werden depolymerisiert, um einen Zelluloseether
mit tiefem Molekulargewicht zu bilden. Ein Zelluloseether mit tiefem Molekulargewicht
ist ein Zelluloseether mit einem solchen Molekulargewicht, dass
eine zweiprozentige wässrige
Lösung
davon eine Viskosität
von 200cP oder weniger bei 20°C
hat, vorzugsweise 1 bis 100cP bei 20°C, und am meisten bevorzugt
3 bis 100 cP.
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Die gemahlenen Teilchen des Zelluloseethers
von hohem Molekulargewicht werden durch Kontakt oder Behandlung
mit einer starken Säure
in einem Reaktor, welcher rotiert wird, depolymerisiert. Ein Rotieren
wird bevorzugt, weil es das Auftreten von ortsfesten inneren Oberflächen innerhalb
des Reaktors vermindert und nur relativ einfache mechanische Mittel
benötigt
werden, um dies zu erreichen. Die Rotationsrate liegt vorzugsweise
in einem Bereich von 1 bis 60 Umdrehungen pro Minute (rpm) und liegt
am bevorzugtesten in einem Bereich von 1 bis 10 rpm. Die Rotationsrate
wird gemäss
der Reaktorkapazität
und der Menge an Zelluloseether im Reaktor variieren. Der Reaktor
kann rotiert werden, indem er Ende über Ende rotiert wird oder
indem er axial rotiert wird. Ein Rotieren Ende über Ende wird bevorzugt.
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Säuren,
die während
der Depolymerisation nützlich
sind, beinhalten Chlorwasserstoff, Bromwasserstoff, Salzsäure und
Schwefelsäure.
Wasserfreie Säuren
werden aufgrund ihres Mangels an Wassergehalt bevorzugt. Chlorwasserstoff
ist die am meisten bevorzugte wasserfreie Säure.
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Die Depolymerisationssäure kann
zum Reaktor in irgendeiner Form hinzugefügt werden, etwa als Flüssigkeit,
Dampf oder Gas. Ein Hinzufügen
in der Form eines im wesentlichen wasserfreien Gases wird aus einer
Anzahl von Gründen
bevorzugt: a) der hohe Grad an möglicher
Dispersion und Kontakt; lokalisierte Konzentrationen von Säure, die
in Teerbildung resultieren könnten,
werden verhindert; b) die Anwesenheit von zusätzlichem Wasser, typischerweise
anwesend als eine flüssige
Säure,
wird im Reaktor verhindert; Absorption von zusätzlichem Wasser durch das Zelluloseether-Produkt
von tiefem Molekulargewicht und Wasserkondensationsprobleme werden
verhindert. Wasserfreies Gas kann in den Kopfraum des Reaktors oder
direkt in das Zelluloseether-Pulver hinzugefügt werden. Ein Hinzufügen in den
Kopfraum des Reaktors ist bevorzugt. Der Kopfraum des Reaktors kann
mit einem Inertgas gereinigt werden, um die Verbrennung oder Entzündung des Pulvers
zu verhindern.
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Die Depolymerisationsreaktion wird
bei Temperaturen ausgeführt,
welche sich im Bereich von 50°C
bis 130°C
befinden, und am bevorzugtesten von 70°C bis 110°C. Die Temperatur des Zelluloseethers
während
der Reaktion wird bevorzugt bei einem im wesentlichen konstanten
oder isothermen Niveau gehalten. Die Temperatur der inneren Oberflächen des
Reaktors oder des Kopfraumes (Luft) innerhalb des Reaktors sind
vorzugsweise gleich wie die gewünschte
Temperatur des Zelluloseethers während der
Reaktion. Die Temperatur des Reaktors kann mittels eines Erhitzungs/Kühlungsmantels,
einer Isolationsdecke, oder mittels Platzierung in eine Umgebung,
welche eine regulierte Temperatur zur Verfügung stellt, wie etwa ein Ofen,
eine Kammer oder ein Raum mit kontrollierter Temperatur oder eine
isolierte Hülle,
Schild oder Einschluss, reguliert werden.
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Nach der Depolymerisation wird der
partikelförmige
Zelluloseether mit einer basischen Verbindung, vorzugsweise einer
im wesentlichen wasserfreien basischen Verbindung in Kontakt gebracht,
um etwelche verbleibende Säure
zu neutralisieren. Wasserfreie Pulver-Verbindungen werden bevorzugt,
weil sie Wasser in den partikelförmigen
Zelluloseether nicht wiedereinführen.
Eine bevorzugte basische Verbindung ist wasserfreies Natriumbicarbonat.
Die basische Verbindung kann im Kopfraum des Inneren des Depolymersierungsreaktor
eingeführt
werden oder in einen anderen Reaktor, zu welchem der depolymerisierte
partikelförmige
Zelluloseether transferiert worden ist. Die basische Verbindung
kann durch jedes im Stand der Technik bekannte Mittel in einen Reaktor
eingeführt
werden, etwa durch Flüssiginjektion,
Ansprühen
eines Aerosols oder Dampfes und Einblasen von Pulver. Das bevorzugte
Mittel zur Einführung
der basischen Verbindung in einen Reaktor ist es, trockenes Pulver
mit komprimierter oder gepresster Luft oder mechanischem Druck hineinzublasen.
Die basische Verbindung neutralisiert etwelche Säure, welche sich im Kopfraum
befindet und zieht einige oder die meiste der im Zelluloseether
vorhandenen Säure
heraus. Der Reaktor wird vorzugsweise rotiert, wenn die Neutralisationsreaktion
stattfindet. Neutralisation kann in einem breiten Temperaturbereich
stattfinden, abhängig
von den chemischen Eigenschaften der Depolymerisationssäure und
der neutralisierenden basischen Verbindung. Typischerweise wird
die Neutralisation bei den selben Temperaturbedingungen ausgeführt wie
die Depolymerisation, da es üblich
ist, beide Reaktionen im selben Reaktor auszuführen. Die Neutralisationsreaktion zwischen
Chlorwasserstoff und Natriumbicarbonat kann bei erhöhten Depolymerisationstemperaturen
oder bei Umgebungstemperatur oder tiefer ausgeführt werden.
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1 zeigt
eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung in der Form eines rotierenden Reaktors 10.
Der rotierende Reaktor 10 enthält ein Reaktionsgefäss 14,
welches eine Reaktionskammer 18 darin definiert, um ein
Zelluloseether-Pulver (nicht gezeigt) und eine starke Säure wie
Chlorwasserstoff (nicht gezeigt) darin aufzunehmen und zu reagieren. Gefäss 14 hat
darauf ein Gefässventil 20,
welches geöffnet
werden kann, um eine Öffnung
offenzulegen, durch welche das Zelluloseether-Pulver zur Kammer hinzugefügt oder
von der Kammer 18 entfernt werden kann. Das Gefäss 14 hat
Schäfte 26 und 30,
welche davon hervortreten und innerhalb der Stützen 34 und 38 liegen
oder drehen, um ein Ende über
Ende Rotieren des Gefässes
zu erlauben. Gefäss 14 kann
mittels jedes im Stand der Technik bekannten Mittels wie etwa mit
der Hand oder mittels mechanischer Mittel wie etwa eines Elektromotors (nicht
gezeigt), welcher mit dem Schaft 26 verbunden ist, rotiert
werden. Ein Durchgangskanal 42 erstreckt sich durch das
Zentrum des Schaftes 30 durch eine Öffnung 46 in das Gefäss 14.
Der Durchgangskanal 42 ist angepasst, um Chlorwasserstoff
zur Kammer zu liefern. Der rotierende Reaktor 10 hat auch
eine Schusskammer 50, welche an Kammer 18 angrenzt und
welche angepasst ist, um in Kommunikation mit Kammer 18 zu
stehen. Die Schusskammer 50 ist angepasst, um eine im wesentlichen
wasserfreie basische Verbindung wie etwa Natriumbicarbonat (nicht gezeigt)
zu enthalten, welche die starke Säure neutralisieren kann. Die
basische Verbindung wird aus der Schusskammer 50 in die
Kammer 18 mit komprimierter Luft oder einem inerten Gas
geschossen. Die basische Verbindung wird in die Schusskammer 50 geladen
und komprimierte Luft wird zu dieser Kammer durch ein Ventil 52 geliefert.
Die basische Verbindung wird aus der Schusskammer 50 in
die Kammer 18 durch das Ventil 54 geschossen.
Die Temperatur des Gefässes 14 kann
reguliert werden, indem es mit einem Erhitzungs-/Kühlungs-Mantel
(nicht gezeigt) darum versehen wird, oder indem das Gefäss 14 in eine
Umgebung gestellt wird, die über
eine regulierte gleichmässige
Temperatur verfügt
wie etwa ein Ofen oder eine Kammer, Raum, Hülle oder Einschluss mit kontrollierter
Temperatur (nicht gezeigt).
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Vorzugsweise kommt der Zelluloseether während der
Herstellung nicht in Kontakt mit Oberflächen, welche Eisen enthalten.
Es wurde entdeckt, dass Eisen die Depolymerisationsreaktion von
Zelluloseether mit hohem Molekulargewicht zu Zelluloseether mit
tiefem Molekulargewicht zu katalysieren scheint. Diese Katalyse
neigt dazu, die Depolymerisationsrate weniger gleichmässig durch
den ganzen Reaktor hindurch zu machen, und kann die Bildung von
kohlenstoffhaltigem Teer aufgrund von lokal erhöhten Depolymerisationsraten
erhöhen.
Geeignete nichteisenhaltige Metalle für die Konstruktion von Kontaktoberflächen einer
Verfahrensausstattung einschliesslich Reaktoren, beinhalten Titan,
Nickel und Chrom. Abwechselnd können
eisenhaltige Kontaktoberflächen
mit Silikonen oder Polymeren wie etwa Fluoropolymeren beschichtet
werden, oder mit Hitze-resistentem Plastik ausgekleidet werden.
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Ein weiteres Mittel, die Teerpartikel-Kontamination
im Zelluloseether-Produkt zu reduzieren, ist es, das Innere der
Kontaktoberflächen
des Depolymerisationsreaktors häufig
zu waschen. Teerpartikel werden zunehmend weniger löslich in
polaren Lösungsmitteln
wie Wasser, je mehr sie aushärten
oder abgebaut werden. Unlösliche
Partikel sind schwierig mittels Waschen zu entfernen. Häufiges Waschen von
Kontaktoberflächen
erlaubt es, dass die Partikel entfernt werden können, während sie immer noch wasserlöslich sind.
Vorzugsweise werden die Kontaktoberflächen nach 20 Produkt-Chargen
oder weniger gewaschen.
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Das Endprodukt Zelluloseether mit
tiefem Molekulargewicht ist vorzugsweise im wesentlichen frei von
Teerpartikeln, wenn er mit blossem Auge betrachtet wird.
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Die vorliegende Erfindung ist nützlich zur Herstellung
der folgenden Zelluloseether: Methylzellulose, Ethylzellulose, Hydroxyethylzellulose,
Hydroxyethylmethylzellulose, Hydroxypropylmethylzellulose und Hydroxybutylmethylzellulose.
Das Verfahren ist besonders nützlich
in der Herstellung von Methylzellulose und Hydroxypropylmethylzellulose.
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Zelluloseether mit tiefem Molekulargewicht, insbesondere
jene von Methylzellulose und Hydroxypropylmethylzellulose, sind
nützlich
in Bauprodukten, Lebensmittelanwendungen und pharmazeutischen Anwendungen.
Eine besonders nützliche
Anwendung ist die Anwendung als Tabletten-Überzug für Medikamente oder Wirkstoffe.
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Das Folgende sind Beispiele der vorliegenden
Erfindung. Wenn nicht andersartig gekennzeichnet, sind alle Prozente,
Teile und Proportionen auf das Gewicht bezogen.
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BEISPIELE
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Das Verfahren der vorliegenden Erfindung wurde
verwendet, um einen Zelluloseether mit tiefem Molekulargewicht herzustellen.
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Das Verfahren wurde in einem 1 Kubikfuss (28.3
Liter) rotierenden Stahl-Chargenreaktor ausgeführt. Der Reaktor hatte eine
Titanauskleidung im Innern um sicherzustellen, dass die Inhalte
frei vom Kontakt mit Oberflächen
waren, die Eisen enthalten.
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Der Reaktor wurde geladen mit einer
Serie von zehn Chargen von METHOCEL E4M Methylzellulose mit hohem
Molekulargewicht. Diese Methylzellulose hat eine nominale Viskosität von 4000
cP in einer zweiprozentigen wässrigen
Lösung
bei 20°C,
einen Methoxyl-Gehalt von 28 bis 30 Prozent, einen Hydroxypropyl-Gehalt
von 7 bis 12 Prozent. Wasserfreies Wasserstoffchorid-Gas wurde zu
0.2 Gewichtsprozenten bezogen auf das Gewicht von METHOCEL E4M zum
Reaktor hinzugefügt,
um es zu einer Methylzellulose von tiefem Molekulargewicht zu depolymerisieren.
Der Reaktor wurde in einen Ofen gestellt, welcher auf 90°C gestellt
wurde, und bei einer Rate von 10 rpm während 40 Minuten rotiert. Eine
zur Menge an eingesetztem HCl stöchiometrische
Menge an trockenem Natriumbicarbonat-Pulver wurde in den Kopfteil des Reaktors
mittels Einblasen mit komprimierter Luft hinzugefügt. Das
Rotieren wurde während
5 Minuten fortgeführt
und die Inhalte des Reaktors wurden entfernt.
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Die resultierenden Mengen von Methylzellulosepulver
mit tiefem Molekulargewicht zeigte Viskositäten, die von 2.4 bis 5.0 centipoise
in einer 2-gewichtsprozentigen wässrigen
Lösung
gemessen bei 20°C
reichten. Es gab keinen sichtbaren Beweis für die Anwesenheit von Teerpartikel-Bildung in irgendeiner
der Chargen oder auf den inneren Oberflächen der Beschichtung innerhalb
des Reaktors. Das Pulver war weiss und sauber.
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Während
Ausführungsformen
des Verfahrens und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung in
bezug auf spezifische Details gezeigt worden sind, wird man anerkennen,
dass die vorliegende Erfindung modifiziert werden kann, während sie
sich immer noch im Bereich der neuen Lehren und Prinzipien befindet,
die hier gezeigt sind.