EA045531B1 - Предварительная обработка целлюлозы - Google Patents
Предварительная обработка целлюлозы Download PDFInfo
- Publication number
- EA045531B1 EA045531B1 EA202290194 EA045531B1 EA 045531 B1 EA045531 B1 EA 045531B1 EA 202290194 EA202290194 EA 202290194 EA 045531 B1 EA045531 B1 EA 045531B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- cellulose
- mixture
- mechanical
- mixing device
- temperature
- Prior art date
Links
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 title claims description 158
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 title claims description 158
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 title description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 89
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 48
- KXDHJXZQYSOELW-UHFFFAOYSA-M Carbamate Chemical compound NC([O-])=O KXDHJXZQYSOELW-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 40
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 40
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 28
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims description 16
- 210000002421 cell wall Anatomy 0.000 claims description 16
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 5
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 2
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 30
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 24
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 description 19
- 239000000463 material Substances 0.000 description 18
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 17
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 16
- 239000013043 chemical agent Substances 0.000 description 15
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 10
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 206010061592 cardiac fibrillation Diseases 0.000 description 7
- 230000002600 fibrillogenic effect Effects 0.000 description 7
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 7
- 238000009996 mechanical pre-treatment Methods 0.000 description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- 150000004657 carbamic acid derivatives Chemical class 0.000 description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 5
- 244000025254 Cannabis sativa Species 0.000 description 4
- 235000012766 Cannabis sativa ssp. sativa var. sativa Nutrition 0.000 description 4
- 235000012765 Cannabis sativa ssp. sativa var. spontanea Nutrition 0.000 description 4
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 235000004431 Linum usitatissimum Nutrition 0.000 description 4
- 240000006240 Linum usitatissimum Species 0.000 description 4
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 4
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 4
- 235000009120 camo Nutrition 0.000 description 4
- 235000005607 chanvre indien Nutrition 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 4
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 4
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 4
- 239000011487 hemp Substances 0.000 description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 4
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 4
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 4
- 239000010902 straw Substances 0.000 description 4
- 239000010784 textile waste Substances 0.000 description 4
- 241000609240 Ambelania acida Species 0.000 description 3
- 239000010905 bagasse Substances 0.000 description 3
- 238000000635 electron micrograph Methods 0.000 description 3
- 230000003780 keratinization Effects 0.000 description 3
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 3
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 3
- 238000010257 thawing Methods 0.000 description 3
- 235000017166 Bambusa arundinacea Nutrition 0.000 description 2
- 235000017491 Bambusa tulda Nutrition 0.000 description 2
- LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M Cetrimonium bromide Chemical compound [Br-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 240000000491 Corchorus aestuans Species 0.000 description 2
- 235000011777 Corchorus aestuans Nutrition 0.000 description 2
- 235000010862 Corchorus capsularis Nutrition 0.000 description 2
- 229920000875 Dissolving pulp Polymers 0.000 description 2
- 240000000797 Hibiscus cannabinus Species 0.000 description 2
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 2
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 2
- 244000082204 Phyllostachys viridis Species 0.000 description 2
- 235000015334 Phyllostachys viridis Nutrition 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000209140 Triticum Species 0.000 description 2
- 235000021307 Triticum Nutrition 0.000 description 2
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 description 2
- 235000005824 Zea mays ssp. parviglumis Nutrition 0.000 description 2
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 150000003973 alkyl amines Chemical class 0.000 description 2
- 239000011425 bamboo Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- ATSGLBOJGVTHHC-UHFFFAOYSA-N bis(ethane-1,2-diamine)copper(2+) Chemical compound [Cu+2].NCCN.NCCN ATSGLBOJGVTHHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000012993 chemical processing Methods 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 2
- 239000000123 paper Substances 0.000 description 2
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 2
- 229920000151 polyglycol Polymers 0.000 description 2
- 239000010695 polyglycol Substances 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 2
- HVTHJRMZXBWFNE-UHFFFAOYSA-J sodium zincate Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[Na+].[Na+].[Zn+2] HVTHJRMZXBWFNE-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000930 thermomechanical effect Effects 0.000 description 2
- 238000002166 wet spinning Methods 0.000 description 2
- IEORSVTYLWZQJQ-UHFFFAOYSA-N 2-(2-nonylphenoxy)ethanol Chemical compound CCCCCCCCCC1=CC=CC=C1OCCO IEORSVTYLWZQJQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920003043 Cellulose fiber Polymers 0.000 description 1
- 229920001046 Nanocellulose Polymers 0.000 description 1
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-N Sulfurous acid Chemical compound OS(O)=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DHXVGJBLRPWPCS-UHFFFAOYSA-N Tetrahydropyran Chemical compound C1CCOCC1 DHXVGJBLRPWPCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 1
- 239000002280 amphoteric surfactant Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000003945 anionic surfactant Substances 0.000 description 1
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 description 1
- 238000009960 carding Methods 0.000 description 1
- 239000003093 cationic surfactant Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000009849 deactivation Effects 0.000 description 1
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 1
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- GVGUFUZHNYFZLC-UHFFFAOYSA-N dodecyl benzenesulfonate;sodium Chemical compound [Na].CCCCCCCCCCCCOS(=O)(=O)C1=CC=CC=C1 GVGUFUZHNYFZLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009837 dry grinding Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- -1 hydroxide ions Chemical class 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000004137 mechanical activation Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 239000002736 nonionic surfactant Substances 0.000 description 1
- 229920000847 nonoxynol Polymers 0.000 description 1
- UQUHCKQQWVFQJA-UHFFFAOYSA-N oxane;zinc Chemical compound [Zn].C1CCOCC1 UQUHCKQQWVFQJA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011087 paperboard Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000010587 phase diagram Methods 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- 239000012488 sample solution Substances 0.000 description 1
- 229940080264 sodium dodecylbenzenesulfonate Drugs 0.000 description 1
- 229910052938 sodium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011152 sodium sulphate Nutrition 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000010907 stover Substances 0.000 description 1
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 238000003809 water extraction Methods 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Description
Изобретение относится к способу предварительной обработки целлюлозы. В частности, способ относится к предварительной обработке для применения при образовании карбамата целлюлозы или, иными словами, изобретение относится к применению способа предварительной обработки целлюлозы для получения карбамата целлюлозы.
Уровень техники
Целлюлоза частично растворима в водном растворе гидроксида натрия с концентрацией примерно 10% мас./мас. Количество целлюлозы, растворимой в NaOH/H2O, зависит от степени полимеризации и также от способа кристаллизации. Isogai исследовал растворимость целлюлозы из ряда источников, но так и не смог получить растворы целлюлозы с концентрацией выше 5%. Способ полного растворения целлюлозы в щелочном растворе был раскрыт в публикации заявки на патент США 5410034. Для того, чтобы растворить целлюлозу в щелочной водной среде, ее необходимо значительно охладить ниже комнатной температуры. Soube et al. построили фазовую диаграмму для тройной системы целлюлоза/NaOH/H2O. Принимая во внимание амфифильные свойства целлюлозы - не удивительно, что было показано, что целлюлоза в NaOH/H2O на самом деле не полностью растворима, а образует агрегаты.
Способ растворения целлюлозы в водной щелочи основан на методе замораживания-оттаивания. Перед добавлением целлюлозы растворитель предварительно охлаждают до температуры ниже точки замерзания воды и выдерживают на холоде до полного растворения полимера. Карбамат целлюлозы, получаемый из растворенной целлюлозной массы, легко растворим в растворе щелочи, например, в растворе NaOH, без необходимости замораживания и оттаивания. Однако хлопок сложнее и не так легко растворим, в основном из-за структуры его клеточной стенки, имеющей несколько фибриллярных слоев.
Замораживание и оттаивание растворов полимеров нецелесообразны в промышленных масштабах как с экономической, так и с энергетической точки зрения. Замораживание и оттаивание требуют затрат энергии и времени и снижают общую эффективность и стабильность способа.
Краткое описание изобретения
Целью настоящего изобретения является преодоление по меньшей мере некоторых из описанных выше проблем и обеспечение способа предварительной обработки целлюлозы, включающего стадии, в которых целлюлозу и жидкость подвергают механической обработке для раскрытия фибриллярной структуры клеточных стенок целлюлозы, что повышает доступность фибрилл целлюлозы для растворителей и химических агентов. Повышенная доступность фибрилл, в свою очередь, обеспечивает повышенные эффективность и выход реакции при последующем получении производных целлюлозы, которые применяют, например, при растворении и получении таких продуктов, как волокна, пленки, пены и покрытия.
Изобретение определяется признаками независимых пунктов формулы изобретения. Некоторые конкретные варианты реализации определены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения, предложен способ предварительной обработки целлюлозы, включающий стадии обеспечения смеси, содержащей твердое вещество, причем указанная смесь включает целлюлозу и жидкость, и механической обработки смеси для раскрытия фибриллярной структуры клеточных стенок целлюлозы. Механическая обработка включает перемешивание со сдвиговым усилием в механическом непрерывно перемешивающем устройстве.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения, предложено применение способа предварительной обработки целлюлозы для получения карбамата целлюлозы. Смесь, предложенная в способе, включает целлюлозу, жидкость и дополнительно включает мочевину.
Посредством настоящего изобретения достигаются значительные преимущества. Настоящее изобретение обеспечивает способ предварительной обработки целлюлозы, включающий стадии, в которых целлюлозу и жидкость подвергают механической обработке с целью раскрытия фибриллярной структуры клеточных стенок целлюлозы, что повышает доступность фибрилл целлюлозы для растворителей и химических агентов. Повышенная доступность фибрилл, в свою очередь, обеспечивает повышенные эффективность и выход реакции при последующем получении производных целлюлозы, которые применяют, например, при растворении и получении таких продуктов, как волокна, пленки, пены и покрытия. Разрушение клеточной стенки приводит к уменьшению препятствия диффузии растворителей и других химических агентов. Высокая доступность является необходимым условием для однородного замещения целлюлозного материала. На структуру целлюлозы можно воздействовать посредством механической активации.
Следующий вариант реализации будет описан более подробно со ссылкой на приложенные чертежи и детальное описание.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 представляет собой электронную микрофотографию фибрилл целлюлозы, измельченных в сухих условиях;
Фиг. 2 представляет собой электронную микрофотографию фибрилл целлюлозы, измельченных в условиях высокой консистенции и
- 1 045531
Фиг. 3 представляет собой электронную микрофотографию фибрилл целлюлозы, измельченные в условиях низкой консистенции.
Варианты реализации
Определения
В контексте настоящего изобретения, термин экструдер означает любой аппарат интенсивного перемешивания непрерывного действия, обеспечивающий 1) смешивание со сдвиговым усилием, 2) непрерывную работу и 3) положительную замену. Экструдеры включают те аппараты интенсивного перемешивания непрерывного действия, которые способны обрабатывать целлюлозную массу высокой консистенции.
Целлюлозная масса высокой консистенции - это целлюлозная масса с содержанием твердого вещества более 5 мас.% и жидкости, как правило, с содержанием твердого вещества более 20 мас.% и жидкости.
Целлюлозная масса особо высокой консистенции - это целлюлозная масса с содержанием твердого вещества более 20 мас.% и жидкости, которая не выделяет свободную влагу.
Посредством вариантов реализации настоящего изобретения было неожиданно обнаружено, что доступность целлюлозы для растворителей и других химических агентов может быть увеличена при предварительной обработке, при которой целлюлозу и жидкость подвергают механической обработке. Неожиданно было обнаружено, что метод заморозки-оттаивания может быть исключен из способа предварительной обработки, т.е. перед растворением, в том числе в случае сложных целлюлозных масс, обладающих множеством слоев фибрилл, таких как хлопок, хлопковый агломерат, конопля, флекс, лён и других волокон стеблей и семян.
Фиг. 1 демонстрирует измельченную сухую целлюлозную массу. Как хорошо видно, целлюлоза роговидная; в процессе сухого размола фибриллы отсутствуют или их очень мало.
Фиг. 2 демонстрирует пример измельченной целлюлозной массы высокой консистенции, или целлюлозную массу с высоким содержанием твердого вещества, но не полностью сухую целлюлозную массу. Фибриллы хорошо разделены и доступны в измельченных волокнах.
Фиг. 3 демонстрирует пример целлюлозной массы низкой консистенции. Фибриллы лучше разделены, чем в измельченной сухой целлюлозной массе, но не так хорошо разделены и не так хорошо доступны, как в измельченной целлюлозной массе высокой консистенции.
Подробное описание изобретения
Целлюлоза может быть предварительно обработана способами согласно вариантам реализации настоящего изобретения. Согласно одному варианту реализации, способ предварительной обработки целлюлозы включает стадии обеспечения смеси с содержанием твердого вещества, причем указанная смесь включает целлюлозу и жидкость, и механической обработки смеси для раскрытия фибриллярной структуры клеточных стенок целлюлозы. Механическая обработка включает перемешивание со сдвиговым усилием в механическом непрерывно перемешивающем устройстве.
В одном варианте реализации, смесь имеет начальное содержание твердого вещества, составляющее по меньшей мере 50% в расчете на массу смеси, предпочтительно начальное содержание твердого вещества составляет 50% или более в расчете на массу смеси, например, более 50% в расчете на массу смеси, например, 51% в расчете на массу смеси, 52% в расчете на массу смеси или, например, 55% в расчете на массу смеси, предпочтительно по меньшей мере 65% в расчете на массу смеси, в частности до 75% в расчете на массу смеси, наиболее предпочтительно содержание твердого вещества 71% или 72% или 73% или 74% в расчете на массу смеси. Механическая обработка целлюлозных смесей особо высокой консистенции, таких как эти, по сравнению с целлюлозными смесями низкой консистенции, обеспечивает лучшее смещение ламелей в клеточных стенках волокон, что приводит к улучшенному поглощению химических агентов, таких как мочевина, на молекулярном уровне в смеси или целлюлозной смеси. Начальное содержание твердого вещества по меньшей мере 50 мас.% в расчете на массу смеси обеспечивает эффективную обработку целлюлозы, т.е. на стенки целлюлозы действуют достаточные силы сдвига для эффективного разрушения клеточных стенок и увеличения доступности фибрилл целлюлозы для растворителей и химических агентов. Начальное содержание твердого вещества по меньшей мере 50%, например, менее 50% по массе, приводит к менее эффективной обработке целлюлозы. Наилучшая обработка целлюлозы происходит, когда начальное содержание твердого вещества составляет по меньшей мере 50% в расчете на массу смеси, предпочтительно начальное содержание твердого вещества составляет 50% или более в расчете на массу смеси, например, более 50% в расчете на массу смеси, например, 51% в расчете на массу смеси, 52% в расчете на массу смеси или, например, 55% в расчете на массу смеси, предпочтительно по меньшей мере 65% в расчете на массу смеси, в частности до 75% в расчете на массу смеси, наиболее предпочтительно 71% или 72% или 73% или 74% в расчете на массу смеси.
Согласно другому варианту реализации, содержание твердого вещества не превышает 90% в расчете на массу смеси, предпочтительно содержание твердого вещества не превышает 75% в расчете на массу смеси. Использование целлюлозной массы высокой консистенции, в которой содержание твердого вещества не превышает 90% в расчете на массу смеси, предпочтительно не превышает 75% в расчете на массу смеси, обеспечивает предотвращение ороговения или перекристаллизации из-за деактивации, вызванной
- 2 045531 потерей свободных гидроксильных групп, и, таким образом, структура клеточной стенки не закрыта для поглощения химических агентов.
В пределах, описанных в вышеупомянутых вариантах, пространства достаточно для того, чтобы сдвиговые силы могли действовать на целлюлозу без отрыва фибрилл от поверхности целлюлозы, и чтобы была увеличена доступность фибрилл на клеточных стенках волокон для растворителей и химических агентов, что является оптимальным. Смесь с содержанием твердого вещества в вышеописанных пределах является оптимальной для хлопка, поскольку при таком содержании твердого вещества шестислойная фибриллярная структура не смачивается насквозь. При смачивании хлопка насквозь, фибриллярная структура фиксируется и её становится еще труднее раскрыть, чтобы увеличить доступность целлюлозных волокон.
Целлюлоза может быть получена из различных источников и в виде различных целлюлозных смесей. В одном варианте реализации целлюлоза выбрана из группы, состоящей из химической целлюлозной смеси, механической целлюлозной смеси, термомеханической целлюлозной смеси, химической термомеханической целлюлозной смеси и их смеси.
В другом варианте реализации химическая целлюлозная смесь выбрана из группы, состоящей из органосольвентной целлюлозной смеси, содовой целлюлозной смеси, растворенной целлюлозной смеси, сульфитной целлюлозной смеси, целлюлозной смеси горячей водной экстракции и их смеси. В вариантах реализации применяют целлюлозную смесь бумажного сорта. В других вариантах реализации применяют целлюлозную смесь для химической переработки. Переработанные целлюлозные смеси, такие как облагороженная макулатурная масса, также применяют в вариантах реализации. В конкретном варианте реализации целлюлоза представляет собой высушенную целлюлозную массу для химической переработки.
Согласно одному из аспектов настоящего изобретения, обеспечивают способ предварительной обработки целлюлозы, например, хлопка, включающий стадии по обеспечению смеси с содержанием твердого вещества, указанная смесь включает целлюлозу и жидкость, и механической обработки смеси для раскрытия фибриллярной структуры клеточных стенок целлюлозы. Механическая обработка включает перемешивание со сдвиговым усилием в механическом непрерывно перемешивающем устройстве.
В одном из вариантов реализации целлюлозу получают из переработанной целлюлозы, выбранной из группы, состоящей из бумаги, картона, хлопка, хлопкового агломерата, пшеничной соломы, рисовой соломы, кукурузного жома, конопли, кенафа, багассы, бамбука, льна, джута и их смеси. Варианты реализации способа особенно эффективны при предварительной обработке таких сложных целлюлозных смесей, имеющих множество фибриллярных слоев, как хлопок, хлопковый агломерат, конопля, флекс, лен и другие волокна стеблей и семян.
Аналогично, первичные источники целлюлозы одинаково подходят. Так, в одном из вариантов реализации целлюлозу получают из первичного хлопка, первичного хлопкового агломерата, первичной пшеничной соломы, первичной рисовой соломы, первичной кукурузной соломы, первичной конопли, первичного кенафа, первичной багассы, первичного бамбука, первичного льна, первичного джута и их смеси.
Как было упомянуто выше, один из вариантов реализации включает механическую обработку смеси для раскрытия фибриллярной структуры клеточных стенок целлюлозы. В одном варианте реализации смесь непрерывно подают в механическое перемешивающее устройство. Непрерывная подача материала в механическое перемешивающее устройство обеспечивает оптимизацию потребления энергии и времени в способе, в котором повышают доступность фибрилл целлюлозы.
В одном варианте реализации механическое перемешивающее устройство выполнено с возможностью самоочищения. Это позволяет обеспечить непрерывное прохождение целлюлозы через смесительное устройство и работу устройства без засорения, что является особенно полезным атрибутом в промышленном применении.
В вариантах реализации могут быть применены различные устройства для перемешивания. В одном из вариантов реализации механическое перемешивающее устройство выбрано из группы, состоящей из ножевой мельницы, молотковой мельницы, шаровой мельницы, мельницы дискового типа, прессагранулятора и экструдеров.
В предпочтительном варианте реализации механическое устройство представляет собой прессгранулятор, например, пресс Kahl. Другие пресс-грануляторы, допустимые для механического перемешивания материалов на основе целлюлозы, как описано в настоящем документе, одинаково допустимы к применению в вариантах реализации настоящего изобретения.
В конкретном варианте реализации механическое перемешивающее устройство представляет собой экструдер. В допустимом варианте реализации механическое смесительное устройство включает в себя два или более экструдеров. В вариантах реализации, в которых два или более экструдеров работают последовательно, целлюлоза может проходить из первого экструдера в другой экструдер. Целлюлоза проходит в дальнейшие экструдеры, пока по меньшей мере часть целлюлозы не станет микрофибриллированной.
В одном из вариантов реализации экструдер выбран из группы, состоящей из двухшнекового экс
- 3 045531 трудера со встречным вращением, совращающегося двухшнекового экструдера, многошнекового экструдера, плунжерного экструдера, планетарного экструдера, непрерывного смесителя Бенбери, z-образный смеситель периодического действия, конического экструдера и их комбинации.
В другом варианте реализации механическое перемешивающее устройство представляет собой мельницу дискового типа.
Как было упомянуто выше, назначение механического перемешивающего устройства является фибриллирование целлюлозы. Таким образом, в одном варианте реализации механическая обработка включает в себя раскрытие фибриллярной структуры клеточных стенок целлюлозы.
Желательно достичь определенных уровней фибриллирования. По мере увеличения фибриллирования, доступность фибрилл для химических агентов увеличивается. В одном из вариантов реализации смесь механически обрабатывают до тех пор, пока по меньшей мере часть целлюлозы не станет микрофибриллированной, предпочтительно пока по меньшей мере 40% в расчете на массу целлюлозы не станет микрофибриллированной, в частности пока по меньшей мере 60% в расчете на массу целлюлозы не станет микрофибриллированной, предпочтительно по меньшей мере 75% в расчете на массу целлюлозы не станет микрофибриллированной, как правило по меньшей мере 95% в расчете на массу целлюлозы не станет микрофибриллированной.
В вариантах реализации влажная целлюлозная среда имеет щелочной или слабощелочной показатель водорода (рН). Щелочной или слабощелочной рН благоприятен для фибриллирования целлюлозы. Как было упомянуто выше и показано на чертежах, ясно, что целлюлозная масса высокой консистенции больше всего подвержена фибриллированию и не подвержена ороговению. Так, по меньшей мере часть жидкости должна быть смешана с целлюлозой либо перед подачей в смесительное устройство, либо подана в перемешивающее устройство отдельно, либо подана в перемешивающее устройство одновременно с целлюлозой. В одном из вариантов реализации жидкость включает воду со значением рН 7,0 или более, предпочтительно 7,2 или более, как правило, 7,3 или 7,4, предпочтительно 7,5 или более, и необязательно включает добавленные гидроксид-ионы. В одном из вариантов реализации, рН жидкости составляет 10,0 или более, предпочтительно рН составляет 10,5 или более, необязательно рН находится в диапазоне от 7,0 до 14,0.
В другом варианте реализации щелочная или слабощелочная жидкость дополнительно включает поверхностно-активные вещества (ПАВ), такие как ПАВ, выбранные из группы, состоящей из анионных ПАВ, таких как додецилбензолсульфонат натрия, неионогенных ПАВ, таких как этоксилат нонилфенола, катионных ПАВ таких как цетилтриметиламмоний бромид (СТАВ) и амфотерных ПАВ, таких как сульфат полигликолевого эфира алкиламина (Albegal A (AMS)) или полигликолевый эфир алкиламина. ПАВ помогают предотвратить обратное осаждение примесей, которые уже были удалены из целлюлозной среды, и в целом повышают реакционную способность за счет снижения поверхностного натяжения и, таким образом, обеспечения лучшего контакта между химическими агентами и целлюлозной средой, особенно в щелочных условиях.
Механическую обработку проводят при температуре, позволяющей контролировать содержание влаги в целлюлозе. Желательное конечное содержание твердого вещества составляет более 85% в расчете на массу смеси. Механическую обработку можно повторять до тех пор, пока не будет достигнуто желаемое содержание твердого вещества. Конечное содержание твердого вещества не должно превышать 95% в расчете на массу композиции. В таких случаях происходит ороговение.
Таким образом, в вариантах реализации механическую обработку проводят при температуре в диапазоне от 0 до 100°С, предпочтительно при температуре от 10 до 80°С, допустимо проводить механическую обработку при температуре от 20 до 70°С, в частности, при 30 или 40 или 50 или 60°С.
Скорость сдвига также может способствовать появлению желаемых свойств у получаемой предварительно обработанной целлюлозы. В варианте реализации механическую обработку проводят при скорости > 80 с-1, предпочтительно при скорости > 90 с-1, в частности, при скорости > 100 с-1. В некоторых вариантах реализации скорость сдвига может быть значительно выше, например, от 300 до 500 с-1, даже до 1000 с-1. Например, при микрофибриллировании и получении наноцеллюлозы используют значительно более высокие скорости сдвига.
Как упоминалось выше, существует предпочтительный диапазон температуры для перемешивающего устройства. Температуру можно регулировать посредством охлаждающего устройства. В одном варианте реализации смесительное устройство охлаждают, предпочтительно с применением циркулирующей воды, чтобы поддерживать температуру в смесительном устройстве на максимальном уровне 100°С или ниже. В вариантах реализации, относящихся только к этапу предварительной обработки, максимальная температура особенно важна. Если температура механически обработанной целлюлозы превышает 100°С, происходит ороговение.
Как описано ранее, конкретные степени фибриллирования могут быть достигнуты путем пропускания смеси через экструдер один или более раз. Соответственно, в одном из вариантов реализации смесь проходит через экструдер один или более раз.
Другие варианты реализации относятся к дополнительным этапам способа. Поскольку механическая обработка целлюлозы способствует фибриллированию, увеличивается доступность целлюлозных
- 4 045531 волокон/фибрилл для химических агентов по сравнению с нефибриллированной целлюлозой. В одном варианте реализации способ включает дополнительный этап добавления мочевины к смеси. В другом варианте реализации добавляют 11-22% мочевины в расчете на массу смеси и 0,4-1,1% пероксида водорода (Н2О2) в расчете на массу смеси для регулирования степени полимеризации целлюлозы. Материал обрабатывают до тех пор, пока все растворы полностью не будут абсорбированы и масса не достигнет гомогенного состава. Затем механически обработанный материал приводят в контакт в отдельной фазе, в которой механически обработанный материал перемешивают и нагревают при температуре в диапазоне от 133 до 155°С в течение периода от 2 до 4 часов.
В другом варианте реализации смесь механически обрабатывают и быстро нагревают, прямо или косвенно, до температуры в диапазоне от 120 до 135°С, как правило, до температуры 133°С, и далее нагревают до второй температуры. Как правило, нагревание продолжают до достижения температуры в диапазоне 133-140°С, как правило, до температуры 135°С. В результате механической обработки и нагревания мочевину и целлюлозу приводят в контакт с образованием карбамата целлюлозы.
Карбамат целлюлозы может быть образован с высоким выходом реакции в вариантах реализации настоящего изобретения за относительно короткий период времени. Например, в вариантах реализации механическая обработка, как описано выше, предлагает способ получения микрофибриллированной целлюлозы в диапазоне от 40% по массе целлюлозы до 95% в расчете на массу целлюлозы за период времени от 30 минут до 5 часов, предпочтительно за период от 1 до 4 часов, допустимо за 2 часа или за 3 часа. Добавление мочевины к смеси с нагреванием, как описано выше, и механической обработкой, как описано выше, приводят к образованию карбамата целлюлозы из целлюлозного исходного материала за период от 1 до 6 часов, предпочтительно от 2 до 5 часов, допустимо за 3 часа или за 4 часа.
Карбамат целлюлозы, предлагаемый согласно вариантам реализации способа, может быть выделен для хранения или непосредственно для применения в других областях.
Карбамат целлюлозы, предлагаемый согласно вариантам реализации способа, является сухим. В дополнительных вариантах реализации карбамат целлюлозы промывают водой и затем сушат в сушильном шкафу. Сушка при температуре выше 155°С может пагубно воздействовать на выход продукта карбамата целлюлозы. Поэтому сушку предпочтительно проводят при температуре менее или равной 133°С. Температуру, применяемую на стадии получения карбамата, как правило, не превышают на стадии сушки.
Примеры
Пример 1
Вторичные хлопковые отходы распустили на волокно чесальной машиной на фрагменты нити и волокна. Хлопковый материал содержал менее 10% других волокнистых материалов. Степень полимеризации (СП) целлюлозы варьировалась между 600 и 1000 кДа. К материалу добавляли воду с растворенной в ней мочевиной (220 г/кг) для достижения содержания азота 1,7%. Перекись водорода (0,75%) добавляли для контроля молярной массы до СП 360 кДа, что эквивалентно вязкости 280 сП. Каждый из материалов имел одинаковую химическую загрузку, в то время как содержание твердого вещества перед механической обработкой было различным в каждом эксперименте (57% (влажный), 72% (оптимальный) и 77% (сухой)). Материалы подвергали механической обработке и многократному сжатию через фильер до достижения содержания твердого вещества в пределах 91-93%. Влажные, оптимальные и сухие образцы требовали 9, 2 и 1 прохода через фильер, соответственно, до достижения желаемого содержания твердого вещества. Для сушки продукты нагревали при температуре в диапазоне 133-155°С в течение 3 часов.
Карбаматы получали либо в реакторе-смесителе Drais объемом 250 л, либо в реакторе-смесителе Lodige объемом 600 л. Первоначально целлюлозную массу/хлопок высушивали в вакууме до содержания сухого вещества примерно 85%. Перекись водорода смешивали с водной мочевиной и добавляли смесь к целлюлозной массе. После добавления химических агентов, конечное содержание сухого вещества составляло 65-70% для облегчения эластичного прессования. Прессование проводили дважды с применением устройства Kahl. Гранулированную (спрессованную) целлюлозу помещали обратно в реактор смешивания, куда запускали пар. Расчет времени реакции карбамирования начинали, когда температура достигала 115°С, затем температуру повышали до 140-150°С. Общее время реакции составило 4 часа. После карбамирования целлюлозную массу дважды измельчали посредством измельчителя для улучшения растворимости.
Из каждого продукта был получен прядильный расплав, из которого сформовали волокна.
- 5 045531
Таблица 1
| Оброзец | Консистенция (%) | Расплав | Волокно | |
| Не растворимая в воде фракция (kW) | Линейная плотность (дтекс) | Прочность (сН/дтекс) | ||
| Влажный | 57 | 6000 | > 1,7 | <1,9 |
| Оптимальный | 72 | 250 | 1,2 | 2,7 |
| Сухой | 77 | 3500 | 1,5 | 2,1 |
Из табл. 1 видно, что согласно вариантам реализации настоящего изобретения, механическая обработка оптимального образца, имеющего оптимальную консистенцию в диапазоне около 70-75%, согласно вариантам реализации способов, описанных выше, раскрывает клеточные стенки целлюлозы и способствует фибриллированию целлюлозы, повышая доступность для химических агентов. Механически предварительно обработанные волокна допустимы к применению в различных способах, например, в карбамировании мочевиной, обеспечивающих получение прядильного расплава и прядильного тонкого волокна с высоким показателем прочности.
Пример 2
Сырье целлюлозной массы для способа получения карбамата целлюлозы было приготовлено из переработанных отходов хлопкового текстиля (с вязкостью по раствору куприэтилендиамина (КЭД) 330±30 мл/г, модифицированный ISO 5351). Способ получения целлюлозной массы проводили как описано в заявке на патент Финляндии FI20205250. Карбаматы целлюлозы получали либо в реакторесмесителе Lodige объемом 600 л, либо в реакторе-смесителе Lodige объемом 2000 л. Целлюлозную массу, приготовленную из переработанных отходов хлопкового текстиля, обезвоживали в присутствии гидроксида натрия в количестве 6 г на 1 кг воздушно-сухого целлюлозного материала в условиях вакуума до содержания сухого вещества около 85% в расчете на массу смеси. Значение рН жидкости в обработанном щелочью материале определяли путем отстаивания 10 г обезвоженного материала в 100 г воды. Значение рН составило 10,5. Перекись водорода (дозировка Н2О2 составляла 0,3±0,1% от количества сухой целлюлозной массы) смешивали с водным раствором мочевины (дозировка мочевины составляла 18,5% от количества сухой целлюлозной массы) и смесь добавляли к целлюлозной массе. После добавления водного раствора мочевины и перекиси водорода, получаемое содержание сухого вещества из смеси целлюлоза-химические агенты-жидкость составляло 72±2%, чтобы облегчить эластичную механическую предварительную обработку. Механическую предварительную обработку проводили последовательно шесть раз (6) путем воздействия сдвигового перемешивания в механическом непрерывно перемешивающем устройстве с применением устройства Kahl. Механически обработанную целлюлозу снова помещали в реактор смешивания, куда запускали пар. Расчет времени реакции карбамирования начинали, когда температура достигала 133°С, и далее температуру повышали до 135±2°С для непосредственно проведения реакции карбамирования. Общее время реакции составило 180 мин после достижения конечной начальной температуры 133°С. После карбамирования в гранулированной форме, гранулы карбамата целлюлозы измельчали для необязательной последующей обработки карбамата целлюлозы или его прямого конечного применения. Степень полимеризации целлюлозы, измеренная в измельченном, промытом и высушенном карбамате целлюлозы, составляла 248±20 мл/г (по вязкости КЭД, ISO 5351). Степень замещения карбамата целлюлозы, измеренная посредством общего содержания азота в промытом высушенном карбамате целлюлозы (согласно SFS 5505:1988, модифицированному), была на 30-40% выше в случае механически предварительно обработанной целлюлозы с добавлением щелочи (6 г NaOH на 1 кг воздушно-сухой целлюлозной массы), как показано в настоящем примере, по сравнению с продуктом, полученном посредством аналогичного процесса, но в отсутствие гидроксида натрия на стадии обезвоживания целлюлозы.
Пример прямого конечного применения порошка карбамата целлюлозы, полученного с применением вышеописанного способа: Карбамат целлюлозы, полученный посредством карбамирования, дополнительно растворяли для получения волокон карбамата целлюлозы для формования по мокрому способу: Измельченный воздушно-сухой порошок карбамата целлюлозы суспендировали и растворяли в растворе цинката натрия (оксана цинка) до конечного содержания карбамата целлюлозы 6,5±0,2% (n=10), содер
- 6 045531 жания гидроксида натрия 6,5±0,2% (n=10). Полученный в результате способа растворения расплав карбамата целлюлозы впоследствии фильтровали посредством способа двухстадийной фильтрации с обратной промывкой, применяя на второй стадии фильтрации фильтрующий материал размером 20 мкм. Формование из отфильтрованного и деаэрированного карбамата целлюлозы по мокрому способу проводили с применением осадительной ванны, оптимизированной для способа карбамата целлюлозы, содержащей, например, сульфат натрия и свободную серную кислоту. В условиях растяжения в горячей ванне приложенный предел прочности на сдвиг составил 86±8% (n=56). Филаментная лента, полученная в результате формования, была разрезана на штапельные волокна с длиной резки 40 мм. Конечный титр филамента составлял 1,3 дтекс. Упругость при разрыве штапельных волокон составила 23±1 сН/текс (n=56), удлинение при разрыве - 16,4±1,5% (n=56) (SFS-EN ISO 5079).
Пример 3
Механическая обработка целлюлозной массы с применением молотковой дробилки.
Сырье целлюлозной массы для способа получения карбамата целлюлозы было приготовлено из переработанных отходов хлопкового текстиля (с вязкостью по КЭД 330± 30 мл/г, модифицированный ISO 5351). Способ получения целлюлозной массы проводили как описано в заявке на патент Финляндии FI20205250. Целлюлозную массу, полученную из переработанных хлопковых текстильных отходов, обезвоживали в условиях вакуума до содержания сухого вещества около 85% в расчете на массу смеси. Перекись водорода (дозировка Н2О2 составляла 0,3±0,1% от количества сухой целлюлозной массы) смешивали с водным раствором мочевины (дозировка мочевины составляла 18,5% от количества сухой целлюлозной массы) и добавляли смесь к целлюлозе. После добавления водного раствора мочевины и перекиси водорода, содержание сухого вещества в смеси целлюлоза-химический агент-жидкость составило 72±2%, что способствовало эластичной механической предварительной обработке. Обезвоживание и смешивание дополнительной воды и химических агентов проводили в реакторе-смесителе Lodige объемом 600 л. После смешения химического агента и оптимизации содержания твердого вещества, целлюлозную смесь разделили на две отдельные партии для последующих испытаний механической обработки: 1) Механическую предварительную обработку проводили три раза (3) последовательно посредством перемешивания со сдвиговым усилием в механическом непрерывно перемешивающем устройстве с применением молотковой мельницы (молотковая дробилка Kamas с ситовой пластиной с диаметром отверстий 3 мм). 2) Механическую предварительную обработку проводили шесть раз (6) последовательно посредством перемешивания со сдвиговым усилием в механическом непрерывно перемешивающем устройстве с применением устройства Kahl (пресс-гранулятор). Механически обработанные целлюлозные массы раздельно распределяли тонким слоем около 1 см в кастрюлю из нержавеющей стали. Кастрюли помещали в вентилируемый сушильный шкаф с циркулирующим потоком при температуре 140°С на 180 мин. Полученные карбаматы целлюлозы измельчали на молотковой мельнице лабораторного масштаба с применением сита с диаметром отверстий 0,5 мм. Характеристики качественных свойств двух различных образцов карбамата целлюлозы определяли по следующей процедуре: Карбаматы целлюлозы, полученные способом карбамирования, дополнительно растворяли для приготовления соответствующих карбаматов целлюлозы (расплавов карбаматов целлюлозы) путем суспендирования и растворения измельченных порошков в растворе цинката натрия (оксана цинка) до конечного содержания карбаматов целлюлозы 6,5±0,2% и содержания гидроксида натрия 6,5±0,2%.
Таблица 2
| Образец | Карбамат целлюлозы (сухой порошок после промывания) | Расплав карбамата целлюлозы (раствор) | ||
| Содержание общего азота (N %) | Не растворимая в воде фракция (%) | Kw | Kr | |
| Устройство Kahl | 1,8 | 95,8 | 300 | 190 |
| Молотковая дробилка | 1,7 | 94,9 | 160 | 90 |
Из табл. 2 видно, что в вариантах реализации, согласно настоящему изобретению, механическая обработка с применением устройства Kahl привела к немного более высокой степени замещения, измеренной посредством общего содержания азота и содержания нерастворимой в воде фракции промытого и высушенного образца карбамата целлюлозы по сравнению с образцом, полученным с применением устройства молотковой дробилки. Показатель KW и индекс KR (KR соответствует значению KW, скорректированному по вязкости) указывают на фильтруемость растворов карбамата целлюлозы, чем ниже значение, тем меньше количество непрореагировавших частиц, забивающих фильтр (>10 мкм), обнаруженных
- 7 045531 в приготовленных растворах образцов. Таким образом, механическая предварительная обработка с применением молотковой дробилки позволила получить более качественный карбамат целлюлозы на основе анализа фильтруемости.
Следует понимать, что раскрытые варианты реализация настоящего изобретения не ограничиваются конкретными структурами, стадиями способа или материалами, раскрытыми в настоящем документе, но распространяются на их эквиваленты, которые будут признаны специалистами в соответствующих областях техники. Следует также понимать, что терминология, применяемая в настоящем документе, применяется только для описания конкретных вариантов реализации и не является ограничивающей.
Ссылка по всему описанию настоящего изобретения на один из вариантов реализации или вариант реализации означает, что конкретный признак, структура или характеристика, описанные в связи с вариантом реализации, включены по меньшей мере в один вариант реализации настоящего изобретения. Таким образом, фразы в одном варианте реализации или в варианте реализации, встречающиеся в различных местах описания настоящего изобретения, не обязательно относят к одному и тому же варианту реализации. В тех случаях, когда дают ссылку на числовое значение с применением такого термина, как, например, около или по существу, точное числовое значение также раскрывают.
Применимые в данном документе множество признаков, структурных элементов, композиционных элементов и/или материалов могут быть представлены в общем перечне для удобства. Однако эти перечни должны толковаться так, как если бы каждый аналог перечня был индивидуально идентифицирован как отдельный и уникальный аналог. Таким образом, ни один отдельный признак такого списка не должен быть истолкован как фактический эквивалент любого другого признака того же списка только на основании их представления в общей группе без указаний на обратное. Кроме того, в настоящем документе могут быть упомянуты различные варианты реализации и примеры настоящего изобретения, а также альтернативные варианты различных его компонентов. Следует понимать, что такие варианты реализации, примеры и альтернативы не следует рассматривать как фактические эквиваленты друг друга, а следует рассматривать как отдельные и автономные примеры настоящего изобретения.
Кроме того, описанные признаки, структуры или характеристики могут быть объединены любым подходящим способом в одном или нескольких вариантах реализации. В последующем описании приведены многочисленные конкретные детали, такие как примеры длины, ширины, формы и т.д., чтобы обеспечить глубокое понимание вариантов реализации изобретения. Однако специалисты в данной области техники поймут, что изобретение может быть реализовано без одной или нескольких конкретных деталей или с применением других способов, компонентов, материалов и т.д. В других случаях известные структуры, материалы или способы не показаны или не описаны подробно, чтобы избежать неясности аспектов изобретения.
Хотя приведенные примеры демонстрируют принципы настоящего изобретения в одном или нескольких конкретных применениях, специалистам в данной области будет очевидно, что многочисленные изменения формы, применения и деталей реализации могут быть сделаны без применения изобретательского таланта и без отхода от принципов и концепций изобретения. Соответственно, не предполагается ограничивать изобретение, кроме как в соответствии с приведенной ниже формулой изобретения.
Глаголы содержать и включать применяют в настоящем документе как открытые ограничения, которые не исключают и не требуют существования также не перечисленных признаков. Признаки, приведенные в зависимых пунктах формулы изобретения, свободно комбинируются друг с другом, если явно не указано иное. Кроме того, следует понимать, что в настоящем описании форма единственного числа не исключает форму множественного числа.
Промышленная применимость
По меньшей мере некоторые варианты реализации настоящего изобретения находят промышленную применимость в обработке и переработке целлюлозы для применения в текстильной промышленности, а также в приготовлении первичной целлюлозы для применения в масштабах всей отрасли.
Список литературы
Патентная литература:
Заявка на патент США 5410034 А
Непатентная литература:
Isogai, A. and Atalla, R.H. (1998). Dissolution of Cellulose in Aqueous NaOH Solutions. Cellulose, 5(4): 309-319.
Sobue, H., Kiessig, H. and Hess, K. (1939). The System: Cellulose-Sodium Hydroxide-Water in Relation to the Temperature. Zeitschrift fur Physikalishe Chemie, B43: 309.
Claims (16)
1. Способ получения карбамата целлюлозы, включающий этапы:
обеспечения смеси, имеющей начальное содержание твердых веществ, в диапазоне от 50 мас.% до 75 мас.%, где указанная смесь включает целлюлозу и воду, имеющую рН более 7,0, добавления мочевины к указанной смеси, механической обработки смеси при температуре в диапазоне от 20 до 100°С для раскрытия фибриллярной структуры клеточных стенок целлюлозы, при этом указанная механическая обработка включает перемешивание со сдвиговым усилием в механическом непрерывно перемешивающем устройстве, и нагревания смеси до первой температуры в диапазоне от 120 до 135°С, и дополнительно нагревания до второй температуры в диапазоне от 133 до 155°С с получением карбамата целлюлозы.
2. Способ по п.1, в котором смесь имеет начальное содержание твердых веществ, составляющее по меньшей мере 65 мас.%, в частности до 71 мас.%, или 72 мас.%, или 73 мас.%, или 74 мас.%.
3. Способ по п.1 или 2, в котором смесь непрерывно подают в механическое перемешивающее устройство.
4. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором механическое перемешивающее устройст во выполнено с возможностью самоочищения.
5. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором механическое перемешивающее устройство выбрано из группы, состоящей из ножевой мельницы, молотковой дробилки, шаровой мельницы, мельницы дискового типа, пресс-гранулятора и экструдеров.
6. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором механическое перемешивающее устройство представляет собой пресс-гранулятор.
7. Способ по п.5 или 6, в котором механическое перемешивающее устройство представляет собой экструдер, выбранный из группы, состоящей из двухшнекового экструдера со встречным вращением, совращающегося двухшнекового экструдера, многошнекового экструдера, плунжерного экструдера, планетарного экструдера, непрерывного смесителя Бенбери, z-образного смесителя периодического действия, конического экструдера и их комбинации.
8. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором механическая обработка включает раскрытие фибриллярной структуры клеточных стенок целлюлозы.
9. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором смесь механически обрабатывают до тех пор, пока по меньшей мере часть целлюлозы не станет микрофибриллированной.
10. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором рН воды составляет более 7,2 или более, предпочтительно 7,3 или 7,4, предпочтительно 7,5 или более.
11. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором рН воды составляет 10,0 или выше, предпочтительно рН составляет 10,5 или выше, необязательно рН находится в диапазоне от 7,0 до 14,0.
12. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором механическую обработку проводят при температуре в диапазоне от 20 до 80°С, предпочтительно от 20 до 70°С, в частности при температуре 30, или 40, или 50, или 60°С.
13. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором перемешивающее устройство охлаждают, предпочтительно с применением циркулирующей воды.
14. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором смесь проходит через экструдер один или более раз.
15. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором первая температура составляет 133°С.
16. Способ по п.11, в котором карбамат целлюлозы дополнительно выделяют, промывают и высушивают, предпочтительно при температуре ниже 155°С, в частности при температуре, ниже или равной 133°С.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI20195717 | 2019-08-30 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA045531B1 true EA045531B1 (ru) | 2023-11-30 |
Family
ID=
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7453711B2 (ja) | セルロースの前処理 | |
| US11753482B2 (en) | System for the production of a spinning dope composition | |
| CA2801989C (en) | A novel method to produce microcellulose | |
| JP4210285B2 (ja) | セルロース繊維の製造方法 | |
| CA2801987C (en) | Process for producing microcellulose | |
| KR0184950B1 (ko) | 셀룰로오스 용액의 제조 방법 | |
| SE1450795A1 (sv) | Förfarande för framställning av cellulosakarbamat | |
| EP2397501A1 (en) | Method for producing cellulose diacetate from bamboo fibers | |
| EA045531B1 (ru) | Предварительная обработка целлюлозы | |
| TWI838573B (zh) | 纖維素預處理 | |
| US20080042309A1 (en) | Lyocell Method and Device Comprising a Press Water Recirculation System | |
| JP7263099B2 (ja) | セルロース繊維組成物、及びその製造方法 | |
| KR101110106B1 (ko) | 엔-메틸모폴린 엔-옥사이드를 이용한 셀룰로오스 용액 및이를 이용한 고강도 라이오셀 필라멘트 | |
| KR101928868B1 (ko) | 고무 성분을 가지는 첨가제를 포함하는 라이오셀 섬유 | |
| JP2024501697A (ja) | セルロース誘導体の連続溶解 | |
| WO2022153170A1 (en) | A high tenacity regenerated cellulosic fiber | |
| KR20180112183A (ko) | 아마이드 구조를 가지는 첨가제를 포함하는 라이오셀 섬유 | |
| IL112943A (en) | Process for the preparation of cellulose solutions |