FI75836C - Nytt foerfarande foer framstaellning av natriumkarboximetylcellulosa. - Google Patents

Description

1 75836

Uusi menetelmä natriumkarboksimetyyliselluloosan valmistamiseksi Tämä keksintö koskee menetelmää ja laitteistoa natriumkarbok-simetyyliselluloosan valmistamiseksi.

NaCMC:n ja CMC:n valmistuksessa selluloosaa esikäsitellään mekaanisesti ja kemiallisesti ennen varsinaista eetteröintiä. Mekaanisen käsittelyn tarkoituksena on aksessibiliteetin ja homogeenisuuden aikaansaaminen ja kemiallisen käsittelyn avulla selluloosa aktivoidaan NaOH:lla. Esikäsittelyn eli merseroinnin tuloksena syntyy alkaliselluloosaa, joka eette-röintireagenssin kanssa muodostaa NaCMCta.

Arkkimerseroinnissa esikäsittely perustuu kokonaisten selluloosa-arkkien upottamiseen 18 itseen NaOH-vesiliuokseen. Ark-keihin jäävä NaOH-määrä säädetään arkkeja puristamalla, jolloin haittana on, että NaOH-pitoisuus jää reaktion taloudellisen suorittamisen kannalta liian suureksi. Menetelmässä ei voida käyttää menestyksellisesti muita kuin pitkäkuituisia seiluloosalaatuja arkkien hajoamisen takia. Puristuksessa poistuva ylimääräinen NaOH on vaikea käyttää uudelleen hyödyksi massasta liukenevien ja suspendoitavien epäpuhtauksien takia .

Slurry- eli lietemenetelmissä selluloosa jauhetaan hienoksi ja käsitellään liuottimena ja NaOH:11a. Reaktioväliaineina käytetään suuria määriä erilaisia liuottimia, kuten esimerkiksi isopropyylialkoholia tai asetonia. Tyypillisesti slur-ry-menetelmässä käytetään liuottimia 10-25 l/kg selluloosaa, mikä usein edellyttää selluloosan merseroitumisen kannalta kiinteän NaOH:n käyttöä. Paitsi että kiinteä NaOH on kallista niin myöskin sen käsittely teollisessa mittakaavassa on erittäin hankalaa sen suuren hygroskooppisuuden takia. Kun reaktio suoritetaan laimeassa sakeudessa tarvitaan lisäksi suuria reaktoreita tietyn kapasiteetin saavuttamiseksi. Sa- 2 75836 moin tarvitaan suuri tislauskapasiteetti liuottimien regene-roimiseksi. Eräissä slurry-menetelmissä selluloosa joudutaan jauhamaan jopa 200^um:n raekokoon, mikä on hidasta ja kunnossapidon kannalta vaikeaa. Slurry-menetelmää on käytetty mm. US-patenttijulkaisussa 3 284 441 ja FI-patenttijulkaisussa 71750.

Arkkien muodossa oleva selluloosa voidaan myös hajottaa kui-vahajottimessa ja siirtää se pneumaattisesti reaktoreihin, joihin sitten lisätään reaktioväliaine ja n. 50 %:nen NaOH:n vesiliuos, jonka avulla selluloosa muutetaan reaktiiviseksi alkaliselluloosaksi (Suomen kemian teollisuus, Kemian keskusliitto , s. 149) .

Kneader- eli hiertämismenetelmissä merserointi tapahtuu sa-keudessa, joka vastaa 1-6 l/kg liuotinmäärää. Kneader-tyyppi-sissä menetelmissä selluloosaa ei jauheta niin hienoksi kuin slurry-menetelmissä. Tällöin selluloosa on epähomogeenista ja sitä on vaikea sekoittaa, joten menetelmä asettaa erittäin suuria vaatimuksia käytettävälle reaktoritekniikalle. Halvemmissa reaktorityypeissä joudutaan käyttämään suuria kemikaa-limääria hyvälaatuisten lopputuotteiden valmistamiseksi.

Eo. keksinnön tarkoituksena on aikaansaada menetelmä ja laitteisto selluloosan esikäsittelemiseksi, jonka avulla em. haitat voidaan poistaa. Keksinnölle on tunnusomaista, että esikäsittelyssä a) selluloosa sulputetaan reaktioväliaineeseen n. 5-15 prosentin, edullisesti 5-10 prosentin sakeuteen, b) vaiheesta a) saatu kuitususpensio sakeutetaan n.

20-35 prosentin sakeuteen ja c) toisesta vaiheesta saatu reaktioväliainepitoinen massa homogenisoidaan frotapulpperilla reaktiivisuuden nostamiseksi, jolloin selluloosaa aktivoiva merserointi suoritetaan vaiheen b) ja/tai c) jälkeen, ja että näin esikäsitelty

II

3 75836 selluloosa eetteröidään sinänsä tunnetulla tavalla. Siten on tehty mahdolliseksi hyvänlaatuisten selluloosaeetterien valmistus suuressa sakeudessa ilman selluloosan huonosti hallittavaa kuivajauhatusta tai -revintää käyttäen jopa 30 % vähemmän kemikaaleja kuin aikaisemmin.

Keksinnön mukaisen CMC:n valmistusmenetelmän esikäsittely tapahtuu oleellisesti kolmessa vaiheessa.

Ensimmäisessä vaiheessa oleellisesti kuivat selluloosaarkit ja reaktioväliaine syötetään pulpperiin, jossa ne muutetaan kui-tususpensioksi. Reaktioväliaineen käyttö näin aikaisessa vaiheessa helpottaa huomattavasti selluloosan mekaanista käsittelyä. Reaktioväliaineeksi sopii mikä tahansa CMC:n valmistuksessa käytettävä aine, edullisesti etanoli. Sulputus suoritetaan tavanomaisen pulpperin avulla n. 5-15 %:n, edullisesti 5-10 %:n sakeuteen.

Toisessa vaiheessa ensimmäisestä vaiheesta pumpattu kuitusus-pensio sakeutetaan n. 20-35 %:n sakeuteen. Sakeuttimena voidaan käyttää tavanomaista laitetta kuten pyörivää sihtirumpua, mutta on erityisen edullista käyttää ruuvipuristinta. Ruuvi-puristin toimii siten, että laajenevan varren omaava ruuvi kuljettaa kuitususpensiota eteenpäin tasapaksussa sihtikana-vassa, jolloin se samalla puristaa ylimääräistä reaktiovä-liainetta ulos sihtikanavan seinien läpi. Ylimääräinen reaktioväliaine otetaan edullisesti talteen, suodatetaan mahdollisesti ja pumpataan takaisin pulpperiin.

Kolmannessa vaiheessa toisesta vaiheesta esim. ruuvikuljetti-men avulla kuljetettu reaktioväliainepitoinen massa käsitellään vielä kuitukimppujen hajottamiseksi ja kuitujen muokkaamiseksi ns. frotapulpperilla. Protapulpperi on ruuvikuljetin, jonka kierrenousu jyrkkenee mentäessä syöttöaukosta pois-toaukkoon. Kierrenousun jyrkkenemisen ansiosta massa muok-kaantuu homogeeniseksi ja selluloosan tai alkaliselluloosan • 75836 4 aksessibiliteetti kasvaa niin, että kemikaalien tarve huomattavasti vähenee. Käyttökelpoinen frotapulpperi on esim. Kamyr AB:n laite, tyyppi H400 tai H1000.

Toisen ja kolmannen vaiheen välissä voidaan mahdollisesti suorittaa merserointivaihe. Tällöin muokkaaminen frotapulppe-rilla tapahtuu NaOHrn läsnäollessa, mikä lisää ja nopeuttaa reaktiivisen alkaliselluloosan muodostumista. Merserointivaihe voi myös olla esimerserointi, jolloin sen pääasiallisena tarkoituksena on aksessibiliteetin ja homogeenisuuden lisääminen samanaikaisella mekaanisella ja kemiallisella käsittelyllä .

Kolmannen vaiheen jälkeen esikäsitelty massa siirretään reaktoriin, jossa sille suoritetaan merserointi (ellei merseroin-tia ole jo suoritettu toisen ja kolmannen vaiheen välissä) ja eetteröinti. Menetelmä ja laitteisto ovat tavanomaiset ja sinänsä tunnetut.

On selvää, että keksinnön mukainen menetelmä sopii paitsi CMC:n ja NaCMC:n valmistukseen myös muiden selluloosajohdannaisten valmistukseen. Kysymykseen tulevat tällöin sellaiset johdannaiset, joissa selluloosa aktivoidaan valmistamalla homogeenista alkaliselluloosaa, kuten selluloosan hydroksieet-terit ja etyyliselluloosa.

Seuraavassa keksintöä valaistaan esimerkin avulla viitaten kuvioon, jossa on esitetty keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukainen menetelmä ja laitteisto.

Esimerkki 1 300 kg kuusisulfiittiselluloosaa, jonka alfa-pitoisuus on 92 %, pulpperoitiin 93 %:seen etyylialkoholiin 5 %:n sakeu-teen tyypillisen paperiteollisuuden käyttämän pulpperin 1 avulla. Puolen tunnin hajotusajan kuluttua sulppu sisälsi vielä hajoamattomia nuppuja, jotka kokemuksen mukaan ovat 5 75836 selluloosaeettereiden valmistuksen kannalta haitallisia.

o .

Lämpötila oli tällöin 35 C. Pitempien pulpperomtiaikojen hyväksikäyttö edellyttää lämpötilan liiallisen nousemisen takia hyvää jäähdytystä.

Pulpperista seos pumpattiin monopumpulla ruuvipuristimeen 2, jossa sakeus nostettiin 25 %:iin. Puristuksessa eronnut etyylialkoholi otettiin talteen uudelleen käytettäväksi.

Ruuvipuristimesta saatu etanolipitoinen tuote johdettiin ruu-vikuljettimen avulla ns. frotapulpperiin 3, jossa kuitukimp-pujen hajoaminen ja kuitujen muokkaus tapahtui. Energian kulutus oli 40 kWh/t selluloosaa. Lämpötila muokkauksen jälkeen o oli 55 C. Tämän jälkeen etanolipitoinen massa siirrettiin kneader-tyyppiseen reaktoriin natrium-karboksimetyylisellu-loosan valmistusta varten, joka tapahtui alan asiantuntijalle sinänsä tunnetulla tavalla.

Optimointityön tuloksena voitiin todeta, että em. menetelmän mukaisesti esikäsitelty selluloosa mahdollisti kemikaalien käyttömäärien pienentämisen 30 %:lla kuivarevintään tai kuiva jauhatukseen verrattuna.

Claims (10)

1. Menetelmä natriumkarboksimetyyliselluloosan valmistamiseksi, tunnettu siitä, että esikäsittelyssä a) selluloosa sulputetaan reaktioväliaineeseen n. 5-15 prosentin, edullisesti 5-10 prosentin sakeuteen, b) vaiheesta a) saatu kuitususpensio sakeutetaan n. 20-35 prosentin sakeuteen ja c) toisesta vaiheesta saatu reaktioväliainepitoinen massa homogenisoidaan frotapulpperilla reaktiivisuuden nostamiseksi, jolloin selluloosaa aktivoiva merserointi suoritetaan vaiheen b) ja/tai c) jälkeen, ja että näin esikäsitelty selluloosa eetteröidään sinänsä tunnetulla tavalla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaiheen b) jälkeen suoritetaan esimerserointi ja vaiheen c) jälkeen päämerserointi.

3. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaiheen c) homogenisointiin käytetään energiaa n. 40 kWh/t selluloosaa.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaiheen b) sakeutuksesta saatu reaktioväliaine palautetaan vaiheeseen a) uudelleenkäytettäväksi .

5. Jonkin edellisen patenttivaatimusen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että reaktioväliaineena käytetään etanolia.

6. Laitteisto natriumkarboksimetyyliselluloosan valmistamiseksi jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukaisen menetelmän mukaisesti, tunnettu pulpperista (1), sakeuttimesta (2) ja frotapulpperista (3), jotka on kytketty sarjaan mainitussa järjestyksessä ennen eetteröintireaktoria. Il 7 75836

6 75836

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että sakeutin on laajenevan ruuvin periaatteella toimiva sakeutin (2), joka jatkuvassa syötössä sakeuttaa sellu-loosareaktioväliainesuspensiota 5-15 prosentista 20-35 prosenttiin .

8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että frotapulpperi on jyrkkenevällä ruuvin kierrenousulla toimiva massan homogenisointilaite (3).

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että sakeuttimen (2) ja frotapulp-perin (3) väliin ja/tai frotapulpperin (3) ja eetteröinti-reaktorin väliin on kytketty merserointiastia.

10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että eetteröintireaktori on kneader-tyyppinen reaktori. 8 75836