DEM0000447MA - Verfahren zur Herstellung von Alkalizellulose - Google Patents

Description

Es ist bekannt, dass man bei der Herstellung von beispielsweise Kunstseide nach dem Viskoseverfahren der bei der Herstellung von Äthylcellulose, von Methylcellulose oder von anderen Celluloseestern bzw. -äthern bestrebt ist, Erzeugnisse mit einem möglichst geringen Gehalt an niedrigmolekularer Cellulose oder an Verunreinigungen wie Pentosanen zu erhalten. Dies ist von Bedeutung z.B. für die Festigkeit der Viskoseseide und für die Verwendung von beispielsweise Methylcellulose in Leimfarben.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, um eine Alkalicellulose in solcher Weise herzustellen, dass sie im Verlauf ihrer Herstellung von niedrigmolekularer Cellulose und verschiedenen Fremdstoffen, insbesondere Pentosanen, gereinigt wird. Das Verfahren besteht im wesentlichen darin, dass ein cellulosehaltiges Material, z.B. Holzzellstoff, Mercerisierung und anschliessender Pressung in zwei Stufen unterworfen wird, und dass die Alkalicellulose zwischen den Stufen einer Vorreife unterworfen wird.

Bisher hat man versucht, das obengenannte Ziel dadurch zu erreichen, dass man das Cellulosematerial einer Reinigung unterwarf, gewöhnlich durch Alkalibehandlung der Cellulose entweder bei hoher Temperatur, z.B. 100°, oder bei niedrigerer Temperatur, z.B. 40°. Bei der Behandlung der Cellulose bei hoher Temperatur treten jedoch grosse Verluste an cellulosehaltigem Material auf, und bei der Behandlung bei niedriger Temperatur entstehen Schwierigkeiten bei der Zurückgewinnung des verwendeten Natriumhydroxyds.

Während es Vorreifeprozesses treten Reaktionen auf, durch welche ein Teil des Cellulosematerials, der vorher nicht alkalilöslich war, in lösliche Form übergeführt wird. Ausserdem wird ein grosser Teil der in der Alkalicellulose vorhandenen Pentosane in lösliche Form übergeführt. Erfindungsgemäss werden die Pentosane und die niedrigmolekulare Cellulosefraktion durch eine erneute Mercerisierung entfernt, nachdem die Alkalicellulose der Vorreife unterworfen worden ist. Die Herauslösung der Pentosane aus cellulosehaltigem Material wird durch das folgende Beispiel veranschaulicht.

Ein gebleichter Sulfatzellstoff aus Kiefer wurde mercerisiert, wobei die erhaltene Alkalicellulose 2,43% Pentosan enthielt, das nicht mittels Mercerisierlauge herausgelöst werden konnte. Die Mercerisierung erfolgte bei 20° während 1 Stunde. Nach 10-stündiger Vorreife wurde bei erneuter Behandlung mit Mercerisierlauge der grösste Teil des Pentosangehaltes herausgelöst. Der Pentosangehalt des Rückstandes betrug 0,75%. Nach 30-stündiger Vorreife war der entsprechende Wert 0,63%. Die Vorreife erfolgte bei 25°. Der ursprüngliche Zellstoff hatte eine Viskosität von 44,8 cp nach Tappi. Nach 10-stündiger Vorreife betrug die Viskosität 16,1 cp und nach 30 Stunden 7,7 cp.

Die Erfindung kann vorteilhaft bei pentosanreichen Materialien, wie Sulfatzellstoffen aus verschiedenen Hölzern und Sulfitzellstoffen aus sowohl Nadel- als auch Laubhölzern, verwendet werden. Ein besonderer Vorteil liegt darin, dass man von einem Zellstoff dieser Art von hoher Viskosität ausgehen kann. Hierdurch wird erzielt, dass bei der Herstellung der Zellstoffe ein geringerer Holzverbrauch entsteht als bei Herstellung von Zellstoffen normaler Viskosität. Ausserdem erhält man eine verbesserte Polymolekularität der vorgereiften Alkalicellulose bzw. des Endproduktes, z.B. der Kunstseide.

Gemäss einer zweckmässigen Ausführungsform der Erfindung wird die letzte Mercerisierstufe mit der vorgereiften Alkalicellulose in Natronlauge aufgeschlämmt durchgeführt. Der Laugenüberschuss wird in einer kontinuierlich arbeitenden Apparatur abgepresst. Aus vielen Gesichtspunkten ist es zweckmässig, den ganzen Prozess oder auf jeden Fall gewisse Teile desselben in einer kontinuierlich arbeitenden Apparatur durchzuführen. Für die Herauslösung von niedrigmolekularer Cellulose bzw. von Verunreinigungen, z.B. Pentosanen, ist es zweckmässig, dass die Temperatur der in den beiden Mercerisierstufen verwendeten Laugen um wenigstens 10° verschieden ist. Bei gewissen Cellulosematerialien hat es sich als zweckmässig herausgestellt, die Temperatur der Lauge in der ersten Stufe unter 12° zu halten. Dies begünstigt die gewünschte Herauslösung und kann bei einem Cellulosematerial, welches grosse Mengen von Verunreinigungen enthält, von wesentlicher Bedeutung sein beispielsweise für die Qualität der erzielten Viskoseseide.

In der zweiten Mercerisierstufe kann man oft mit Vorteil eine höhere Temperatur, beispielsweise mindesten 20°, verwenden. Durch die höhere Temperatur wird das Herauspressen der Lauge erleichtert, was von Bedeutung sein kann u.a. für die Erzielung einer Alkalicellulose von gleichförmiger Zusammensetzung, die dann für verschiedene Zwecke, z.B. um in Cellulose- xanthogenat übergeführt zu werden, verwendet werden kann.

Für verschiedene Verwendungszwecke, z.B. für die Herstellung von Kunstseide grosser Festigkeit, hat es sich als zweckmässig erwiesen, dafür zu sorgen, dass der Hemicellulosegehalt der Lauge in der zweiten Stufe bei einem Wert gehalten wird, der höchstens ein Drittel des Hemicellulosegehalts der Lauge in der ersten Stufe beträgt. Dies kann in der Weise erreicht werden, dass Frischlauge in der zweiten Stufe eingeführt wird und dass Lauge von der zweiten Stufe in die erste Mercerisierstufe übergeführt wird, wobei die Reinigung der Lauge nach an sich bekannten Methoden derart durchgeführt wird, dass der Hemicellulosegehalt in der zweiten Mercerisierstufe auf einem niedrigen Niveau gehalten wird.

In vielen Fällen hat es sich als zweckmässig herausgestellt, für die Mercerisierlauge in der ersten Stufe eine geringe Konzentration zu verwenden, das hierdurch die Herauslösung nicht gewünschter Bestandteile begünstigt wird. In solchen Fällen sollte die Konzentration der Mercerisierlauge höchstens 180 g NaOH pro Liter sein. In der zweiten Mercerisierstufe kann es dagegen, beispielsweise bei der Herstellung gewisser Kunstseidequalitäten, wünschenswert sein, eine Konzentration der Mercerisierlauge von mindestens 230 g NaOH pro Liter zu verwenden. Ein weiteres Verfahren innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung um die Herauslösung nicht gewünschter Bestandteile zu verbessern, besteht darin, dass man das cellulosehaltige Material in ein und derselben Stufe mit Laugen von verschiedenen Konzentrationen und/oder Temperaturen zusammenführt.

Beispiel 1.

In einem mit Desintegrator für den Zellstoff versehenen Mischapparat wurde kontinuierlich ein Sulfatzellstoff aus Kiefer von einer Viskosität von 30 cp nach Tappi 206 und mit einem Pentosangehalt von 7,0% eingeführt. Gleichzeitig wurde Natronlauge von einer NaOH-Konzentration von 12%, einer Temperatur von +3° und einem Hemicellulosegehalt von 40 g pro Liter eingeführt. Die erhaltene Aufschlämmung von Alkalicellulose in Natronlauge wurde auf ein endloses Sieb übergeführt. Die entstehende Stoffschicht wurde auf 25° erwärmt, indem Mercerisierlauge von etwa 30° in feiner Schicht aufgesprüht wurde. Die Stoffschicht lief dann durch eine Presse, in der der Laugenüberschuss abgepresst wurde, so dass eine Alkalicellulose erhalten wurde, die 30% Cellulose und 15% NaOH enthielt.

Diese Alkalicellulose wurde bei 55° kontinuierlich vorgereift und dann in einer Mercerisierlauge von 35°, einer Konzen- tration von 260 g NaOH pro Liter und einem Hemicellulosegehalt von 8 g pro Liter aufgeschlämmt.

In einer kontinuierlich arbeitenden Mercerisierpresse wurde dann der Laugenüberschuss entfernt und abgepresst, sodass eine Alkalicellulose erhalten wurde, die 33% Cellulose und 15,5% NaOH enthielt. Die Alkalicellulose hatte eine Viskosität von 5 cp und enthielt 0,5% Pentosan.

Beispiel 2.

Ein gebleichter Sulfatzellstoff aus Kiefer mit den Analysendaten:

Viskosität 44,8 cp

Alphacellulose 87,0%

Pentosan in der Alphacellulose 2,43%

Pentosan 9,40%

wurde in Flocken mittels 18%-iger Natronlauge während 60 Minuten bei 20° mercerisiert. Die Mercerisierlauge enthielt pro Liter 230 g NaOH und 0,4 g hochsulfoniertes Rizinusöl. Die Alkalicellulose wurde zu einem Pressfaktor von 2,62 abgepresst und in einem Werner-Pfleiderer-Zerfaserer während 2 Stufen bei 19-22° zerfasert. Nach der Zerfaserung hatte die Alkalicellulose folgende Zusammensetzung:

Cellulose 29,6%

NaOH 15,8%

Na(sub)2CO(sub)3 0,5%

Die Alkalicellulose wurde bei 25° vorgereift. Nach verschiedenen Vorreifezeiten wurden Proben herausgenommen und nach Waschen sowie Behandlung mit verdünnter Essigsäure analysiert.

Ergebnis:

Beispiel 3.

Ein Sulfitzellstoff aus Birke mit folgenden Analysendaten:

Viskosität 16,5% cp (TAPPI T 296)

Alphacellulose 91,1% (CCA 7)

Pentosan 3,17% (CCA 4 kolorimetrisch mittels Orcin)

wurde in Bogenform mittels 19%-iger Natronlauge bei 20° während 60 Minuten mercerisiert. Die Alkalicellulose wurde zu einem Pressfaktor von 2,86 abgepresst und dann in einem Werner-Pfleiderer-Zerfaserer während 2 Stunden bei 20-24° zerfasert. Die Zusammensetzung der Alkalicellulose nach der Zerfaserung war:

Cellulose 30,0%

NaOH 15,6%

Na(sub)2CO(sub)3 0,6%

Die Alkalicellulose wurde bei 25° vorgereift. Nachstehend ist die Viskosität der regenerierten Cellulose nach verschiedenen Vorreifezeiten angegeben. Die Vorreifezeit wurde in sämtlichen Fällen vom Beginn der Mercerisierung an gerechnet.

Der auf 7,0 cp vorgereifte Stoff wurde durch Waschen mit Wasser und Behandlung mit verdünnter Essigsäure regeneriert. Der Pentosangehalt des regenerierten Produktes war 0,69%. Der Stoff wurde auf Neue mit 17,5%-iger Natronlauge während 30 Stunden bei 20° mercerisiert. Die Alphacellulosebestimmung wurd nach CCA 7 ausgeführt.

Ausbeute an Alphacellulose nach der 2. Mercerisierung 92,0%

Viskosität 6,5%

Pentosan 0,45%

Beispiel 4.

Ein Papierstoff, hergestellt aus Tanne nach der Sulfitmethode und mit den folgenden Analysendaten:

Viskosität 75 cp

Alphacellulose 88,1%

Pentosan in der Alphacellulose 0,96%

Pentosan (insgesamt) 4,07%

wurde in Flocken mittels 19%-iger Natronlauge bei 20° während 60 Minuten mercerisiert. Die Alkalicellulose wurde dann in einer mit offenem Korb versehenen Zentrifuge während 20 Minuten bei einer Umlaufszahl von etwa 1300 pro Minute zentrifugiert. Der Pressfaktor nach der Zentrifugierung war 3,57, und die Zusammensetzung der Alkalicellulose nach 2-stündiger Zerfaserung in einem Werner-Pfleiderer-Zerfaserer war;

Cellulose 22,6%

NaOH 20,6%

Na(sub)2CO(sub)3 0,5%

Die Alkalicellulose wurde bei 35° vorgereift. Die regenerierte Cellulose wies nach verschiedenen Vorreifezeiten folgende Viskosität auf:

Die Vorreifedauer wurde vom Beginn der Mercerisierung angerechnet.

Der auf 6,0 cp vorgereifte Stoff wurde durch Waschen mit Wasser und Behandlung mittels Essigsäure regeneriert. Nach der Regenerierung war der Pentosangehalt 0,48%. Der Stoff wurde aufs Neue mittels 17,5%-iger Natronlauge während 30 Minuten bei 20° mercerisiert. (Alphacellulosebestimmung nach CCA 7).

Ergebnis:

Ausbeute an Alphacellulose nach der 2. Mercerisierung 97,0%

Viskosität 5,8%

Pentosan 0,36%.

In den oben angegebenen Beispielen wurde der Pentosangehalt kolorimetrisch nach der Orcinmethode ermittelt.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung von Alkalicellulose, dadurch gekennzeichnet, dass ein cellulosehaltiges Material, z.B. Holzzellstoff, in mindestens zwei Stufen mercerisiert und anschliessend die Mercerisierlauge z.B. durch Pressen entfernt wird, wobei die in der ersten Stufe erhaltene Alkalicellulose einer Vorreife unterworfen wird und die während der Vorreife gebildeten alkalilöslichen Produkte in der nächsten Mercerisierstufe herausgelöst und entfernt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die letzte Mercerisierstufe mit der in Natronlauge aufgeschlämmten vorgereiften Alkalicellulose durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturen der in den beiden Stufen verwendeten Laugen um wenigstens 10° verschieden sind.

4. Verfahren nach Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Lauge der ersten Stufe unter 12° liegt.

5. Verfahren nach Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Lauge der zweiten Stufe wenigstens 20°C beträgt.

6. Verfahren nach Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hemicellulosegehalt der Lauge der zweiten Stufe bei einem Wert gehalten wird, der höchstens ein Drittel des Hemicellulosegehalts der Lauge der ersten Stufe beträgt.

7. Verfahren nach Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mercerisierlauge der ersten Stufe eine Konzentration von höchstens 180 g NaOH pro Liter aufweist.

8. Verfahren nach Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mercerisierlauge der zweiten Stufe eine Konzentration von wenigstens 230 g NaOH pro Liter aufweist.

9. Verfahren nach Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass man in der ersten Stufe eine Mercerisierlauge verwendet, welche vorher in der zweiten Stufe verwendet worden ist.

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