FI97977C - Menetelmä selluloosatuotteen valmistamiseksi - Google Patents
Menetelmä selluloosatuotteen valmistamiseksi Download PDFInfo
- Publication number
- FI97977C FI97977C FI900951A FI900951A FI97977C FI 97977 C FI97977 C FI 97977C FI 900951 A FI900951 A FI 900951A FI 900951 A FI900951 A FI 900951A FI 97977 C FI97977 C FI 97977C
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- cellulose
- water
- acetic acid
- potassium hydroxide
- beta
- Prior art date
Links
Landscapes
- Polysaccharides And Polysaccharide Derivatives (AREA)
Description
- 97977
Menetelmä selluloosatuotteen valmistamiseksi
Keksinnön kohteena on menetelmä selluloosatuotteen, kuten valkaistun selluloosan, korkean alfa-selluloosapitoisuuden 5 omaavan selluloosa I:n, selluloosa II:n, eli ns. merseroi-dun selluloosan tai selluloosa-asetaatin, joka voi olla korkean puhtauden ja reaktiivisuuden omaava selluloosa-asetaatti, valmistamiseksi. Menetelmän oleelliset tunnusmerkit ilmenevät oheisesta vaatimuksesta 1.
10
Ennen sen prosessin keksimistä, jolla ligniini tehdään erotettavaksi selluloosasta ja hemiselluloosasta, ei ollut olemassa mitään tunnettua, taloudellisesti elinkykyistä prosessia hemiselluloosan kemiallisesti reaktiivisen lig-15 niinin ja ksylaanikomponentin välisten ristisiltojen puhtaaksi katkaisemiseksi, mikä puolestaan sallii niiden erottamisen irrotetussa lignoselluloosamateriaalissa olevasta selluloosasta ei-reaktiivisella liuotinuutolla.
20 Tässä patenttiselityksessä "lignoselluloosamateriaali" sisältää sellaiset kasvimateriaalit kuin bagassin, riisin-korren, vehnänkorren, kaurankorren, ohrankorren ja eri puulajit, erityisesti lehtipuut. Lignoselluloosamateriaali koostuu kolmesta kemiallisesta pääkomponentista, lignii-25 nistä, hemiselluloosasta ja selluloosasta seuraavissa likimääräisissä suhteissa, ynnä tuhkasta, öljyistä ja hi-venalkuaineista:
Lehtipuut: ligniini 21% 30 hemiselluloosa 27% selluloosa 50%
Yksivuotinen kasvimateriaali (korsi, bagassi jne): ligniini 15% hemiselluloosa 35% 35 selluloosa 48%
Selluloosa ja hemiselluloosa ovat molemmat hiilihydraatteja. Selluloosa on luonnon yleisin orgaaninen kemikaali, hemiselluloosa on toiseksi ja ligniini kolmanneksi yleisin. Selluloosa koostuu kuusihiilisistä (glukoosi) soke- 2 97977 rimolekvvleistä. Yksivuotisten kasvien ia lehitouiden he-misei 1 uioosan ksvlaanikomponentti (noin 70%) on amorfinen hii1ihydraattioolymeeri, ioka koostuu pääasiassa viisihiili-sistä (ksvloosi) sokerimolekvvleistä. Liqniini on monimut-5 kainen amorfinen hiilivetymolekvvli, ioka koostuu monista kemiallisista komponenteista, ioita esiintyy öljyssä ia kaasussa, kuten fenolista, benseenistä, propaanista ine. Näiden kolmen materiaalin tehtävä 1icmosei1 uioosakompleksis-sa on seuraava: 10 - Liqnosel1 uioosakuidun ydin koostuu pääasiassa selluloosas ta. Selluloosa on kuiturakenteen ranko ia rakenteellinen luiuusosa. Se esiintyy kiteisten fibrillien kimppuina, iotka on saranoitu noin ioka 300. qlukoosimolekyylin välein ia iotka tukevat puun tai kasvin kudosta.
15 - Hemisel1 uioosa ia liqniini ovat si 11oittuneita muodsotaen matriisin, ioka ympäröi sei 1 uioosarankaa ia pitää rakenteen koossa samalla tavoin kuin hartsin lasikuitukomposiitissa.
Kuvio 3 esittää 1iqnosel1 uioosakuitua, iossa pilkutettua 20 aluetta 46 kutsutaan keski 1amel1iksi. Keskilamelli 46 on liima, ioka pitää vierekkäiset kuidut yhdessä. Se sisältää si 11oittunutta liqniiniä ia ksylaania suhteessa n. 70:30. Primääriseinämä 48 on ulkovaiopa kuituvtimen ympärillä hyvin samalla tavoin kuin vaippa puhelinmaakaapelissa. Se sisältää 25 si 11 oittunutta liqniiniä ia ksylaania suunnilleen yhtä suuret määrät ia pienen määrän selluloosaa, ioka aikaansaa rakenteellista luiuutta. Kuitukimppu tai ydin 50. 51 ia 52 koostuu läheisesti toisiinsa sitoutuneista sei 1 uioosafi-brilleistä. Jokainen fibrilli on sidottu viereisiin fibril-30 leihin si 11 oittuneen liqniinin ia ksvlaanin 1isäoääl1vsteen avulla. Liqniinin suhde ksvlaaniin kuituytimessä on 30:70, mutta johtuen liqniinin suuresta määrästä verrattuna keski-lamelliin ia primääri seinämään 70 prosenttia siitä esiintyy kuitukimpussa. Kuitukimpussa olevat fibril lit muodostavat 35 lievän spiraalin kuidun pituussuunnassa ia jokainen fibrilli on saranoitu amorfisen alueen avulla, ioka esiintyy noin ioka 300. qlukoosimolekvvlin välein fibrillissä. Juuri tämä sarana on fibrillin heikoin lenkki ia se on kohta, josta fibrill.it murtuvat, ia muuttuvat, siten mi k r of i br i 1J ei ksi 3 97977 räiähdvsprosessissa, kun se suoritetaan kanadalaisen patentin 1 217 765 ohieiden mukaisesti. Lopuksi tiehyt 54 on ontto alue kuitukimpun keskellä, iossa nesteet kulkevat 1iqnosel1 uioosakomposiitin läpi tuoden ravintoa kasville.
5 Juuri tämä selluloosaa ympäröivä 1 ioniini/hemisel- luloosamatriisi aikaansaa luonnon suoiauksen mikrobien hyökkäystä vastaan. Se tekee myös materiaalin vettä kestäväksi ia 1uoksepääsemättömäksi kemiallisille reaoenssei11 e.
Soveltamalla kanadalaisten patenttien 1 217 765 ia 10 1 141 376 ohieita on ratkaistu onoelma, ioka on askarrutta nut tiedemiehiä ia insinööreiä yli vuosisadan aian, eli kuinka murtaa lioaniinin ia hemisei 1 uioosan molekyylien väliset ristisillat aiheuttamatta oleellista haioamista kummallekaan näistä kemiallisista komponenteista. Kun liq-15 noselluloosamateriaalissa olevat molekyylien väliset risti-sillat on katkaistu, on suhteellisen yksinkertaista erottaa materiaali sen kolmeen kemialliseen pääkomponenttiin (liq-niiniin, ksylaaniin ia selluloosaan) käyttäen mietoia or-qaanisia liuottimia tai heikkoia emäsiiuoksia.
20 Tämän prosessin toteuttamiseen käytetty laitteisto esitetään kuviossa 1, iossa 1 on paineastia, ionka pohialla on venttiilillä varustettu poistoputki 2 ia yläosassa panos-tusventtiili 3. 4 on höyryn syöttöventtii1i. 5 ia 6 ovat termopareia. iotka on suunniteltu mittaamaan paineastiassa 25 olevan materiaalin lämpötilaa. 9 on höyryn svöttöputkessa oleva termopard, ioka mittaa svöttöhövryn lämpötilaa. 10 on painemittari, ioka mittaa syöttöhövrvn painetta. 7 on kondensaat.t i 1 oukku , ioka pitää sisällään vesi kondensaat.in , ioka muodostuu materiaalin 1ämmitvsiakson aikana, kun kuumaa 30 höyryä sekoitetaan palion kvlmempään 1iqnosel1 uioosasvöttö-materiaaliin. Kun materiaali imee lämpöä höyrystä, muodostuu kondensaatti, ioka valuu keittoastian pohialle ia konden-saatti1oukkuun 7. 8 on valinnainen suutin, ioka voi aikaansaada erilaisia aukkorakenteita suuremman tai pienemmän 35 hankauksen aikaansaamiseksi räjähtävän paineenaI ennuksen aikana riippuen prosessoidun materiaalin 1oppusovel1 uksesta. 11 on mekaanisesti iaettu 1iqnoselluloosasvöttöraaka-aine.
Lyhyesti höyryräiähdysprosessi saattaa koko liq-nosel 1 uI.oosamateriaa 1 in pehmitettyyn tilaan (selluloosan 97977 4 1asittumis1ämpöti1assa) kuumentamalla materiaalin 234°C:en, iossa sen paine alennetaan räiähdysmäisesti kapean aukon läpi. Räiähdvksessä esiintyvät valtavat 1eikkausvoimat depolvmeroivat makromolekyylit pienemmiksi yksiköiksi me-5 kaanisesti. Selluloosa pilkkoutuu amorfisista saranoistaan, jotka ovat seiluloosaketiun heikoimpia lenkkeiä. Tämä iohtaa selluloosaan, ionka DP-arvo on välillä 200-500. Jos halutaan saada korkeamman DP-arvon sei 1 uioosatuote, 1ianosel1 uioosa-syöttömateriaalia voidaan prosessoida kanadalaisen patentin 10 1 141 375 ohieiden mukaisesti. Ristisi!lat hemiselluloosan ksylaanikomponentin ia lianiinin välillä katkeavat ia Iraniini vapautuu hiilihydraatista.
Vaikka tavanomaisia massanoesureita ia suodattimia voidaan käyttää, edullinen menetelmä irrotetun materiaalin 15 1iuotinuuttamiseksi tapahtuu kolonnissa (kts. kuvio 2).
ioka sisältää hiukkasmaista materiaalia. Erilaisia liuottimia, kuten vettä, alkoholia ia emästä kaadetaan materiaalin läpi tulppavirtauksena iäriestvksessä vesi, alkoholi ia emäs tai vesi ia emäs. Emäsuuton iälkeen iälielle iäänvt 20 erittäin puhdas sei 1 uioosamateriaali voidaan valkaista tavanomaisissa vaikaisusysteemeissä tai se valkaistaan edullisesti iohtamalla valkaisuaine, tavallisesti puskuroitu hypokloriitti materiaalin läpi sen sisältyessä vielä kolonniin .
25 Tämän valkaistun iäännösselluloosamateriaa 1 in tyypillinen puhtausmääritvs haapapuun kyseessä ollen osoittaa yli 98%:n polvsakkaridipitoi suutta, iosta n. 3,5% on ksyloosia, 0,4% on mannoosia ia yli 96% on alukoosia. Lisäksi materiaali voi sisältää n. 1,3% kasviölivä ia 0,1-0.5% 30 tuhkaa riippuen sen veden mineraalipitoisuudesta, iota käytettiin uuttoibin.
Kuvio 2 on luonnos kolonnista, iota käytetään liuottamaan räiähdvsprosessoidun 1iqnosel1 uioosamateriaalin eri irrotetut kemialliset komponentit ia siten saavutta-35 maan niiden ensimmäisen vaiheen erotuksen. Kolonni 1 on putki, ioka on molemmista päistä avoin. Putkella voi olla lähes mikä tahansa poikkileikkauksen qeometrinen muoto pyöreästä kolmikulmaiseen ia suorakulmaiseen ine. Kolonniin 1 panostetaan löysästi pakattua, prosessoitua liqnosellu- 5 97977 1oosamateriaalia 6. Kolonnin pohialla on suodatin 2, loka on riittävän tiheä estääkseen prosessoitua materiaalia läpäisemästä sitä, mutta kuitenkin riittävän karkea salliakseen liuenneita kiinteitä aineita sisältävän eluaatin valua 5 läpi niin nopeasti kuin materiaalikolonni sallii. Kolonni on asennettu kapenevan pohian 3 päälle eluantin iohtamiseksi kaulaosaan, iossa on venttiilillä varustettu poistoputki 4 kolonnin virtausnopeuden säätämiseksi tarvittaessa. Lämpötila-, pH-, virtausnopeus- ia muut anturit on siioitettu 10 kolonnin pohialle säätöinformaation saamiseksi kolonnin komento-ia säätösvsteemi11 e. Tiheä seula 5 on siioitettu kolonnin yläosaan svöttöiiuottimen haiottamiseksi tasaisesti materiaalin päälle kolonnin yläosassa. Tämä estää kolonnissa olevan materiaalin kohtuuttoman puristamisen.
15 Liuottimia, kuten vettä 7, seniälkeen alkoholia 8, seniälkeen laimeaa emästä 9 ia seniälkeen valkaisuainetta tai mitä tahansa näiden yhdistelmää voidaan sitten syöttää kolonnin yläosaan ia niiden eluantit, iotka sisältävät kyseiseen liuottimeen liukoisia kiinteitä aineita, valuvat 20 prosessoidun licrnoselluloosamateriaalin läpi tulppavi rtauk-sena ia otetaan talteen tuotteen saamiseksi kolonnin pohial-ta vesiliukoisina 11, alkoholi1iukoisina 12, emäs 1iukoisina 13 ia valkaisuaineliukoisina aineina 14 tai ionakin niiden yhdistelmänä. Kolonnia voidaan käyttää eri käsittelvihi n, 25 kuten happo- tai aikoholikvl1ästvkseen, kun halutaan saada iäännösmateriaalin tasainen käsittely ia erityisesti, kun halutaan syriäyttää yksi neste toisella.
Lopputuloksena on kiteisyydeltään suuri, puhtaudeltaan suuri, huomattavan reaktiivinen, pienen polvmeroitu-30 misasteen (DP), mutta kapean DP-Takautuman sei 1 uioosatuote, iota voidaan sitten iälkivalkaista eri reaaenssei11 a lisäarvoltaan korkeiden lopputuotteiden, kuten sei 1 uioosatriase-taatin, seiluloosa-asetaatin. karboksimetvvliselluloosan, sei 1 uioosanitraatin, pitoisuudeltaan korkean alfa-sellu-35 loosan, beta-sel1 uioosan, merseroidun selluloosan ia mikro-kiteisen selluloosan valmistamiseki. Esimerkiksi valkaisun iälkeen valkaisuaine svriävtetään vedellä tai alkoholilla valkaisureaktion pysäyttämiseksi. Alkoholia käytettäisiin vain, mikäli selluloosa olisi määrä kuivata ennen lisäkäsit- 6 97977 telvä. Alkoholi vähentää selluloosan kuivaukseen tarvittavaa 1ämoöenerqiaa ia se säilyttää selluloosan suuren reaktiivisuuden ehkäisemällä vetysidosten muodostumista kuivausiakson aikana. Selluloosa voidaan sitten iakaa kahteen iakeeseen, 5 ioista toisella on suuri alfa-selluloosan (DP yli 100) ia toisella iakeella on suuri beta-selluloosan pitoisuus (DP alle 100) (kts. kuvio 4).
Kuvio 4 esittää kahta selluloosan polvmeroitumisasteen (DP) 10 käyrää. Käyrä 1 on räiähdysprosessi11 a saatu selluloosa, ioka on valmistettu kanadalaisen patentin 1 217 765 ohieiden mukaisesti. Käyrä mitattiin asetvloimalla valkaistua selluloosaa ia mittaamalla sitten sei 1 uioosatriasetaatin DP-orofiili korkeapainenestekromatoarafialla. Oletuksena on, 15 että selluloosan DP laskee vain vähän asetyloinin aikana. Havainnot monista näytteistä ovat tuottaneet huomattavan yhdenmukaista tietoa, ioka antaisi odottaa, että oletus on oleellisesti oikea. Se seikka, että selluloosan tibrillit katkeavat mekaanisesti saranakohdasta räiähdysprosessissa.
20 selittää erittäin korkean, mutta kapean iakautumapiikin, ionka keskipiste on kohdassa DP 280.
Käyrä 2 on tavanomainen 1iuotusmassan DP-kävrä. Käyrä otettiin tavanomaisen 1iuotusmassan klassillisen DP-käyrän 25 oppikiriakuvauksesta. Leveä DP-iakautumakävrä voidaan selittää sillä, että DP:n aleneminen 1iuotusmassatehtaassa on kemiallinen prosessi, ioka vaikuttaa sei 1 uioosaketiuun umpimähkäisellä tavalla.
30 DP-alue 3 on mielivaltainen, mutta ikivanha määritelmä beta-sel luloosal le (DP alle 100). DP-alue 4 on klassillinen alfa-selluoosan määritelmä (DP uli 100). Beta-sel1 uioosa on herkkä liialliselle paisumiselle emäskäsittelvien aikana.
Se muodostaa usein oeelin, mikä antaa selluloosalle huonot 35 suodatusominaisuudet. Selluloosan beta-iae on helpompi tehdä liukenevaksi kuin ai fa-sel1 uioosaiae.
Jos vaaditaan runsaasti merseroitua alfa-selluloosa II:a sisältävää iaett.a. beta-sel1 uioosa voidaan tehdä Jiukenevak- 7 97977 si ia siten uuttaa suodattamalla käyttäen kaiiumhvdroksidin 3- molaarista liuosta (kts. taulukko 1). Kaiiumhvdroksidia käytetään takaamaan hyvät suodatettavuusominaisuudet. Tämä uutto tuottaa liukoisen beta-sel1 uioosan iakeen. ioka on 5 16-19% valkaistun selluloosan alkupainosta kuivana. Jäännös- selluloosa II-iakeen alfa-sellul1oosapitoisuus on yli 90%. 95%:n ai fapitoisuudet voidaan saavuttaa toisella uuttovai-heella. Runsaasti merseroitua alfa-selluloosaa sisältävän iakeen DP:llä on huomattavan kapea iakautuma, ionka huippu 10 on välillä DP 200 - DP 500. Sekä alfa- että beta-sel1 uioo-saiakeet ovat merseroidussa (selluloosa II) muodossa ia ne ovat kiteisiä, erittäin absorboivia ia reaktiivisia. Jos halutaan saada selluloosan merseroimaton alfa-kidemuoto, ioka muodostaa vetvsidoksia kuivattaessa, ai fa/beta-erotus 15 tulee tehdä emäs 1iuottimen 2-molaarisella liuoksella (kts. taulukko 1) beta-iakeen uuttamiseksi. Jälleen kaiiumhvdrok-sidi on edullinen liiallisen paisumisen estämiseksi ia näin ollen hyvien suodatettavuusominaisuuksien takaamiseksi. Pienempi emäsväkevyys suorittaa tehokkaan beta-iakeen ero-20 tuksen, mutta se ei merseroi selluloosa I:ä selluloosa II:ksi. Vesipesty runsaan alfa-pitoisuuden selluloosa I-lopputuote muodostaa helposti vetvsidoksia kuivattaessa farmaseuttisiin ia elintarvikesovel1utuksiin.
Taulukko 1. - KOH-uutto 20°C:ssa 25 KOH-väkevyys Koe 1 Koe 2 20°C:ssa beta-saanto beta-saanto 1- molaarinen 8% 8% 2- molaarinen 16% 15% 2,5-molaarinen 19% 19,2% 30 3-molaarinen 17% 17% 4- molaarinen 15% 14,6% 5- molaarinen 15% 14,7% Näin ollen kaiiumhydroksidin käytöllä saavutetaan kaksi 35 teollisesti hyödyllistä tulosta verrattuna lähes yleismaailmallisesti käytettyyn natriumhvdroksidikäsittelvvn. Ensiksi se estää liiallisen paisumisen ia takaa siten hyvät suodatettavuusominaisuudet. Toiseksi kaiiumhvdroksidin ootimiva-kevvvs (2,5-moJaarinen) ai fa-ia bet a sei 1u!oosaiakeiden 8 97977 erottamiseen osuu melko tarkalleen yhteen merseroinnin saavuttamiseen tarvittavan kaiiumhydroksidin optimi väkevyyden kanssa. Näin ollen ai fa/beta-erotukset voidaan tehokkaasti saavuttaa lopputuotteen aifa-selluloosapitoisuuden 5 nostamiseksi valiten ioko merseroitu tai merseroimaton selluloosa muuttamalla KOH~1iuotinväkevyvs 3-molaarisesta 2-molaariseksi. Tässä patenttimäärityksessä alfa- ia beta-seiluloosan erotus ia samanaikainen valkaistun hövryräiäh-dysselluloosan merserointi suoritetaan huoneenlämpötilassa 10 (20°C). Kosketusaika kaiiumhvdroksidissa on lyhyt, tavalli sesti n. 7 minuuttia. Optimaalisen KOH-1iuotinuuton ia merserointitehon yhteensattuminen on ainutlaatuinen ilmiö, ioka sopii erityisen hyvin räiähdysprosessiselluloosalle, iolla on huomattavan pieni hemiseiluloosa-, mutta suuri 15 beta-sel1 uioosapitoisuus. Massan 1iuotusteol1isuudessa käytetään natriumhvdroksidia liuottamaan beta-sel1 uioosa-ia hemiselluloosaiakeet tavanomaisesta 1iuotusmassasta 10%:n väkevyydellä ia 1ämpöti1 avali11ä 20-25°C. Merserointiolosuh-teet natriumhvdroksidia käyttäen ai kaii-(merseroidun) sellu-20 loosan tuottamiseksi vaativat 17-19%:n NaOH-väkevvvksiä korotetuissa lämoöätiloissa välillä 35-58°C. Kuitumorfoloai-set tekiiät, hienoiakoisten osien Pitoisuus, lietteen homogeenisuus, lietteen konsistenssi ia lämpötila ovat kaikki tärkeitä tekiiöitä, iotka vaikuttavat tavanomaisista liuo-25 tusmassalähteistä saatavan ai kaiisei 1 uioosan laatuun. Kuitenkin viskoosiprosessia lukuunottamatta mersetointja on vältettävä, sillä tavanomaisen kuivatun merseroidun massa-kuidun reaktiivisuus on alhainen ia voi näin ollen aiheuttaa vaikeuksia seuraavassa massan asyloinnissa. Lisäksi merse-30 rointivahvuisen alkalin hemiselluloosapitoisuudesta tulee melko korkea (15-35 q/1) tavanomaisen massan standardi natriumhvdroksidikäsittelyn tapauksessa. Tämä vahvan alkalin hemiselluloosakontaminaatio raioittaa sen uudelleenkäyttöä, koska kontaminaatiot kasautuvat ia kontaminoivat seuraavat 35 panokset. Räiähdysprosessiselluloosa on vähemmän herkkä näille ongelmille, koska sen hemisei 1 uioosapitoisuus val-kaisuiakson iälkeen on alle 2 prosenttia verrattuna tavanomaisen .1 i uotusmassan hemi sei 1 ui oosaväkevvvksi i n , iotka vaihtelevat aina kymmeneen prosenttiin asti ia ovat harvoin
II
9 97977 alle viisi prosenttia. Kaiiumhvdroksidi otetaan talteen liukoiseksi tehdystä beta-iakeesta käänteisosmoosi11 a ia beta-sel1 uioosa otetaan talteen seostamalla selluloosa lisäämällä vettä tai happoa beta-konsentraattiin, mitä 5 seuraa suodatus.
Seiluloosatriasetaatti on eräs tärkeimmistä selluloosan orgaanisista happoestereistä. Sitä käytetään kuidun kehrävk-seen tekstiiliteollisuutta varten ia kuituina savukesuodat-10 timien valmistukseen. Sei 1 ui osatriasetaattika1 voi 1 a on erinomainen kirkkaus läpinäkyviin pakkauksiin, vaiokuvausti1-meihin, elokuvatilmeihin ia magneettinauhoihin. Sitä käytetään ruiskuvaluun muovisovellutuksissa. Sei 1 uioosatriasetaatti hydrolysoidaan usein alempaan substituutioasteeseen 15 sei 1 uioosadiasetaatin valmistamiseksi, iota kutsutaan yleisesti seiluloosa-asetaatiksi ia iota käytetään suureen loukkoon muita sovellutuksia.
Normaalisti seiluloosatriasetaatti valmistetaan erittäin 20 puhtaasta (yli 95% aita-selluloosaa) asetvlointi1aadun massasta. Tavallisena käytäntönä on höytälöidä massa iauha-tusvksikköön, iossa se revitään sen pinta-alan lisäämiseksi asetylointia varten. Massaa esikäsitel1 ään sitten etikkaha-poila ia vedellä n. 6%:n massaväkevyvdel1ä noin tunnin aian 25 25-40°C:ssa, iotta taataan, että se on täysin kostunut.
Suuria määriä etikkahappoa käytetään sitten 1iuotinvaihto-prosessissa läsnä olevan veden vähentämiseksi hyvin pieniin pitoisuuksiin, sillä etikkahapooanhvdridi, iota käytetään asetvloinnissa, muuttuu etikkahapoksi veden läsnäollessa.
30 Tämän iälkeen suoritetaan akti vointi vaihe etikkahapon ia selluloosan seoksessa lisäämällä rikkihappoa 1-2 painoprosentin määrä selluloosasta. Aktivointiaika on 1-2 tuntia. Tämä vaihe alentaa selluloosan keskimääräisen DP-arvon lopputuotteen haluttuun DP-arvoon. Keskimääräiset DP-t.asot 35 välillä 150-300 ovat yleisimpiä. Aktivointivaiheen iälkeen selluloosa siirretään asetylointireaktori in ia etikkahaopo-anhvdridiä lisätään selluloosan asetyloimiseksi selluioosat-riasetaattia olevaksi lopputuotteeksi.
10 97977
Ennen rikkihapon lisäystä aktivointivaiheessa suuria määriä etikkahappoa käytetään 1iuotinvaihtoprosessissa läsnä olevan veden määrän pienentämiseksi hyvin alhaisille tasoille, koska etikkahappoanhydridi reaqoi veden kanssa muodostaen 5 etikkahappoa. Tämä reaktio on eksoterminen ia voi aikaansaada ei-hyväksyttävän korkeat 1ämpöti1atasot reaktoriin, ios vettä on liian palion läsnä, kuluttaen lisäksi etikkahappo-anhydridiä, ioka on kallista. Tällöinkin käytetään tavallisesti jäähdytys jaksoa etikkahapon, etikkahaopoanhydridin 10 ia happokatalyytin ylikuumenemisen estämiseksi asetyioinnin aikana, koska korkeat lämpötilat rikkihapon läsnäollessa aiheuttavat seluloosan kiihtynyttä ia hallitsematonta deoo-1ymeroitumista. Lämpötila pidetään näin ollen 50uC:ssa. Kun selluloosa on täysin liuennut kirkkaaksi liuokseksi, asety-15 lointi pysäytetään lisäämällä liuos veteen ylimääräisen etikkahappoanhvdridin muuttamsieksi etikkabapoksi, ioka otetaan sitten talteen. Tämän hakemuksen teki iän parannettu prosessi sei 1 uioosa-asetaatin ia -triasetaatin valmistami seksi ei vaadi mitään iauhatusyksikköä tai pitkiä aktivoin-20 tiprosesseia. Kaikki mitä vaaditaan on, että räiähdvsproses-sista saatu selluloosa on kostutettu vedellä.
Tähän saakka seiluloosatriasetaatin valmistani en on oJ Jut välttämätöntä ostaa erittäin puhdasta asetaattilaadun liuo-25 tusmassaa lähtöaineeksi. Johtuen suuresta puhtausvaat i Hiuksesta tavanomaisilla 1iuotusmassaprosessei11 a tuotettu selluloosa on ollut kallista. Kuten edellä esitettiin, ko, massan 1isäkäsittelvt sen vakioimiseksi ia muulla tavoin preparoimiseksi asetviointia varten, ovat olleet kalliita 30 johtuen hintavista saantohäviöistä ia etikkahapon suurten määrien käytöstä ia talteenotosta vedestä 1 i uoti nvai ht.o-prosessissa.
Luonnossa 1iqnosel1 uioosamateriaal in sisällä oleva se)luloo 35 sa koostuu useista fibri11eistä, jotka koostuvat kiteisestä selluloosasta, jonka parakiteinen tai amorfinen alue saranoi yhteen. Tämä tutkimus on, osoittanut, että sarana on sellu-loosaketiun heikko lenkki. Kun räiäböysprosessin esikäsitte lv toteutetaan kanadalaisen patentin 1 217 765 ohieiden
II
11 97977 mukaisesti, se murtaa oleellisesti kaikki selluloosassa olevat saranat, mikä tuottaa erittäin kiteisen selluloosa-tuotteen, iolla on merkittävän kapea DP--jakautuma, lonka huippu on kohdalla n. DP 280 (kts. kuvio 4). DP 280 on 5 lähellä ihanteellista seiluloosatriasetaatiksi konversion kannalta. Sei 1 uioosa-asetaatista valmistetuissa kuiduissa, muoveissa ia halvoissa mekaaniset ominaisuudet, kuten veto-luiuuus, iskuluiuus, venymä ia taivutus!uiuus vaihte)evät polymerointiasteen (DP) ia DP-Takautuman mukana. Mekaaniset 10 ominaisuudet paranevat merkittävästi ia tasaantuvat sitten, kun sei 1 uioosatriasetaatin DP nostetaan arvosta 200 arvoon 250. Jos korkeamman DP-arvon selluloosaa vaaditaan määrättyyn sovellutukseen, räiähdysprosessi voidaan suorittaa kanadalaisen patentin 1 141 376 ohieiden mukaisesti.
15 Tämän patentt.imäärityksen eräässä toteutusmuodossa sellu-loosatriasetaatti voidaan valmistaa erittäin kiteisestä selluloosasta kolonnissa valkaisun lopussa erottamatta ai fa/beta-iakeita tai merseroimatta selluloosaa svriävttä-20 mällä kolonnissa oleva valkaisuaine vedellä tulppavirtaukse-na ia syriäyttämällä sitten vesi iääetikalla. Kun kyseessä on 150 cm:n koi onni. alle yksi kolonnin tilavuus riittää syrnäyttämään oleellisesti kaiken selluloosassa olevan veden ia uuttamaan kaiken iäliellä olevan kasviöliyn. Tavanomai-25 nen triasetaattiprosessi syriäyttää veden useilla liuotin-vaihdo.il la päättymättömässä laimennusprosessi ssa , Tolloin vaikka etikkahappo otetaan talteen, massiiviset etikkahaopo-määrät , iot.ka normaalisti liittyvät, veden s vr iä vt t äm.i seen , iohtavat korkeisiin taiteenottokustannuksiiin, mikä lisää 30 merkittävästi 1ooputuotteen kustannuksia. Tässä parennet ussa toteutusmuodossa selluloosa on erittäin reaktiivinen ia sen DP on optimaalinen se11 uioosatriasetaattiJoppntuotteen kannalta. Näin ollen aktivointivaihe, ioka alentaa sellu 1oosan DP-arvoa, vältetään. Etjkkahapo.l.1 a kyllästetty sellu-35 loosa siirretään suoraan asetylointireaktoriin, ioka sisältää lisää etikkahappoa sei 1 uioosatriasetaatin liuottimena ynnä asetvlointireaktioon tarvittavan etikkahanpoanhydridin ynnä kata] vyt. i n .
12 97977
Kyseessä olevassa tutkimuksessa on käytetty perkloorihappoa alle 1% anhydridisisäl1östä edullisena katalyyttinä. Rikkihappoa on tietoisesti vältetty, koska havaittiin, että 5 rikkihappo haiotti selluloosan huomattavasti alempaan DP-arvoon ia leveämpään DP-jakautumaan, Jos alhaisen DP-arvon lopputuote, jolla on leveä DP-jakautuma, on toivottava lopputuotteessa, rikkihappoa tulee käyttää. Jos oleellisesti mitään DP-arvon alenemaa ei haluta, perk 1oorihapoo on teho-10 kas katalyytti käytettäväksi räjähdysprosessi11 a valmistetun selluloosan yhteydessä. Korvattaessa vesi jääetikalla kävt-täen kolonnin tulppavirtaustoimintaa vesipitoisuus on mitätön ja johtaa reaktorissa vain noin 10°C:n lämpötilan nousuun mukaanluettuna asety1ointireaktion synnyttämä lämpö 15 noin ?0°C:n 1 äht. öl ämpöt.i 1 asta . Tämä hyvin lievä lämpötilan nousu osoittaa veden täydellistä syrjäyttämistä jääetikalla 1 i uot i nvai bt. ovaiheessa kolonnia käyttäen. Tämä merkitsee myös, että etikkahappoanhvdridin käyttö voidaan pitää asetv-lointiin vaaditussa minimissä, koska sitä ei kulu konversi-20 oon etikkahapoksi etikkahaopoliuottimessa olevan jäännösve-den vaikutuksesta. Alle 20 minuutissa reaktorissa selluloosa on riittävästi asetvloitunut liuetakseen kirkkaaksi liuokseksi . Vielä alle 15 minuutin kuluttua aset.vvl i rvhmi en täydellisen substituution varmistamiseksi liuennut asetvloi-25 tu selluloosa suodatetaan liukenemattomien epäpuhtauksien poistamiseksi ja saostetaan vedessä ja pestään sitten edelleen jäännösetikkahappoanhydridin täydellisen palautumisen etikkihapoksi varmistamiseksi, minkä jälkeen etikkahappo otetaan talteen. Saostusmenete1 mää voidaan vaihdella joko 30 pulverin tai hövtäleen valmistamiseksi.
Tällä uudella prosessilla valmistetun seiJui oosat. ri set aat i n substi tuutioaste on vähintään 3. Tästä johtuen ja. myös johtuen sen huomattavan kapeasta DP-jakautumasta (kis. kuvio 35 41 se liukenee hyvin nopeasti ja täydellisesti di.kloorime- taaniin valua tai kehrävstä varten tarvitsematta alkoholia diklooriasetaatin luontaisen 1iuotintehon lisäämiseen. Liuottimen a 1 koho 1 i komponent. I n välttäminen yksinkertaistaa liuottimen talteenottoa, sillä dikl oorimet.aanin höyrystymis- il 13 97977 lämpötila on vain 40°C ilmakehän paineessa ia se on hvdro-tobinen.
Tämän keksinnön toisessa toteutusmuodossa voidaan valmistaa 5 seiluloosatriasetaatin erittäin puhdasta, korkean alfa-pitoisuuden omaavaa muotoa ioko korkean aita-pitoisuuden merseroidusta selluloosasta tai korkean aifa-oitoisuuden merseroimattomasta selluloosasta antamalla kolonnista saadun valkaistun selluloosan reaqoida vesipesun iälkeen, ioko 3-10 molaarisen tai 2-molaarisen liuoksen kanssa. Kummassakin tapauksessa kaiiumhvdroksidi liuottaa beta-selluloosaiakeen, ioka otetaan talteen suodattamalla, edullisesti paineen alaisena beta-sel1 uioosaa sisältävän kaiiumhvdroksidi1iuot-timen maksimimäärän taiteenottamiseksi. Kaiiumhvdroksidi 15 otetaan sitten talteen uudelleenkäytettävässä muodossa erottamalla liuotin beta-iakeesta käänt.eisosmoosi 11 a . Merse-roitu beta-selluloosaiae otetaan sitten talteen seostamalla ia suodattamalla. Korkean alfa-pitoisuuden merseroidut tai merseroimattomat seiluloosaiakeet 1iuotinvaihdetaan suoda-20 tuksen iälkeen vedellä ia palautetaan sitten kolonniin valumaan. Selluloosassa oleva vesi syriävtetään sitten kolonnissa iääetikaJJa. Et.i kkahapol 1 a kyllästetty selluloosa siirretään sitten asetvlointireaktoriin, ioka sisältää lisää etikkahappoa sei 1 uioosatriasetaatin liuottimena ynnä asety-25 lointireaktioon vaaditun etikkahappoanhydridin ynnä katalyytin. Edellä vain valkaistulle selluloosalle esitettyä asety-1ointimenettelvä noudatetaan ioko merseroidun tai merseroi-mattoman, korkean alfa-pitoisuuden selluloosan asetvloimi-seksi, sei 1 uioosatriasetaatiksi . Asetyloitu, merseroitu 30 selluloosa tuottaa hienoiakoisen, puhtaan, erittäin reaktiivisen lopputuotteen pui veromuodossa. Merseroidun selluloosan merkittävästi kasvanutta reaktiivisuutta verrattuna merse-roimattomaan selluloosaan osoittaa se. että täydellinen liukeneminen normaaleihin iääetikka-, et.ik kabappoanhvdr.i di -35 ia perkloorihappoväkevyvksi in tapahtuu noin kahdessa mi.nuu-t. i s s a .
Tämän keksinnön toisessa toteutusmuodossa huo.iehdi taan selluloosan kuivauksesta sen erotuksen ia asetv t. oi.nni.n 14 97977 välisenä aikana. Tässä tapauksessa vain valkaistu selluloosa tai merseroitu tai merseroimaton korkean aita-pitoisuuden selluloosa, ioka sisältää valkaisuaineen tai iäännöskalium-hvdroksidin syriäyttämiseen beta-uuton iälkeen kävtetvn 5 veden, voidaan syriävttää kolonnissa alkoholilla, ioka on valittu etanolista, metanolista tai isopropanoiista, tai etikkahapolla. Sekä alkoholi että etikkahappo vähentävät merkittävästi lämpöä, ioka vaaditaan materiaalin kuivaamiseen ia selluloosa pidättää pienen prosenttimäärän alkoho-10 lista tai etikkahaposta, ioka ehkäisee vetysidosten muodostumista kuivausiakson aikana ia säilyttää siten selluloosa-materiaalin reaktiivisuuden. Vain valkaistun selluloosan tapauksessa alkoholia voidaan käyttää valkaisuaineen svr-iävttämiseen valkaisuaineen vedellä tapahtuvan neste/neste-15 vaihdon siiasta. Kun kyseessä on etikkahapolla kyllästetty selluloosa, kuivauksen iälkeen iälielle iäävä etikkahappo ei vain säilytä selluloosan reaktiivisuutta ehkäisemällä vetysidosten muodostumista, vaan se ehkäisee myös värin Palautumista. Kuivattu sei 1 uioosatuote aktivoidaan uudelleen 20 vedellä ia palautetaan kolonniin valumaan ennen aset.v)omt.ia tai käyttöä muissa lisäarvoa antavissa konversioissa tai sovellutuksissa.
Claims (2)
1. Förfarande för framställning av en cellulosaprodukt säsom en blekt cellulosa, en cellulosa I med en hög alfa-cellulosahalt, en cellulosa II, sk. merceriserad cellulosa 5 eller en cellulosaacetat som kan vara en cellulosaacetat med en hög renhet och reaktivitet, kännetecknat av att (a) det dissocierade lignocellulosiska materialet extra-heras med vatten för att avlägsna vanillinet, syringalde- 10 hyd, furfuraldehyd, protein, ättiksyra, glukuronsyra och xylosmonomerer och -oligomerer, varefter (b) det kvarstäende i vatten olösliga materialet extrahe-ras med en alkohol vald ur gruppen isopropanol, etanol och 15 metanol för att avlägsna den vegetabiliska oljan och lignin, följt av blandning med en mild, mindre än 2 %-ig kaustiklösning vald ur gruppen av natriumhydroxid, litium-hydroxid eller kaliumhydroxid för att lösa och extrahera xylosoligomererna med hög polymeriseringsvärde och en lig-20 nin/furfuraldehydkopolymer, vanligen betecknad som pseudo-lignin, eller att det i vatten lösliga materialet extrahe-ras direkt med mild, mindre än 2 %-ig kaustik vald frän gruppen av natriumhydroxid, litiumhydroxid eller kaliumhydroxid, varefter 25 (c) det dissocierade lignocellulosiska material som ext-raherats med vatten, alkohol och/eller kaustik bleks med blekmedel vid en koncentration av mindre än 2 %, varefter 30 (d) blekningsmedlet vätskeextraheras med vatten för att avsluta blekninsverkan, varefter eventuellt (e) vattnet vätskeextraheras med ättiksyra för att hindra vätebindning och färgreversion under torkning, varefter 35 (f) cellulosa som impregnerats med ättiksyra torkas för ätervinnande av ättiksyran genom avdunstning, eller alter-nativt 97977 (g) blekmedlet vätskeextraheras med alkohol för att av-sluta blekningsverkan och för att hindra vätebindning under torkning, varefter 5 (h) cellulosa som impregnerats med alkohol torkas för ätervinnande av alkoholen genom avdunstning, och möjligt-vis för beredning av en cellulosa I med hög alfacellulosahalt, 10 genom separering av betacellulosan ifrän den blekta cellu-losan, (a) den blekta cellulosan överförs tili en kaliumhydro-xidlösning, vid en temperatur av cirka 20°C, vilken, dä 15 den späds med det kvarvarande vattnet i cellulosan, medför en kaustikstyrka i omrädet av 2 molar, varefter (b) cellulosan omsorgsfullt blandas in i kaustiklösningen för att lösa betacellulosakomponenten, varefter (c) kaliumhydroxidlösningsmedlet som innehäller betacel-lulosafraktionen separeras genom filtrering, varefter (d) den kvarvarande kaliumhydsoxidlösningen i cellulosan 25 I med en hög alfacellulosahalt vätskeextraheras med vat- ten, eller för beredning av cellulosa II, eller merceriserad cellulosa, frän blekt cellulosa, medelst separering av betacellu-30 losa därifrän för att öka alfacellulosahalten i produkten, (a) den blekta cellulosan överförs tili en kaliumhydro-xidlösning, vid en temperatur av cirka 20°C, som da den späds med kvarvarande vatten i cellulosan, medför en kaus-35 tikstyrka i omrädet av 3 molar, varefter li 97977 (b) cellulosan omsorgsfullt blandas in i kaustiklosningen för att mercerisera cellulosan och betacellulosakomponen-ten samtidigt loses, varefter 5 (c) det kaliumhydroxidlösningsmedel som innehaller beta- cellulosafraktionen separeras genom filtrering, varefter (d) den kvarvarande kaliumhydroxidlösningen i produkten av merceriserad cellulosa II med en hög alfacellulosahalt 10 vätskeextraheras med vatten, eller för acetylering av den blekta cellulosan till cellulosa-triacetat 15 (a) vattnet förträngs frän den blekta cellulosan i kolon- nen med isättika, varefter (b) den med isattika impregnerade cellulosan överförs till en acetyleringsreaktor innehällande ytterligare is- 20 ättika avsedd att verka som ett lösningsmedel för cellu-losatriacetaten, ättiksyraanhydrid och en katalysator tills cellulosan löses till en klar lösning, varefter (c) efter en ytterligare period av mindre än 15 minuter 25 för att säkerställa fullständig acetylering den klara cel- lulosatriacetatlösningen filtreras för avlägsnande av alla olösta föroreningar, varefter (d) cellulosatriacetaten falls ut i vatten, varefter den 30 utfällda cellulosatriacetaten vattentvättas ytterligare för att säkerställa att ali överskottsättiksyraanhydrid omvandlas tili ättiksyra, varefter (e) ättiksyran ätervinnes genom vätskeextraktion eller 35 avdunstning, eller 97977 för beredning av en anmärkningsvärt ren och reaktions-benägen form av cellulosatriacetat frän torkad cellulosa, antingen merceriserad eller omerceriserad, 5 (a) den torkade cellulosan slammas med vatten och place- ras i en kolonn för att rinna av, (b) vattnet förträngs frän den blekta omerceriserade eller merceriserade cellulosan i kolonnen med isättika, valo refter (c) den med isättika impregnerade cellulosan överförs tili en acetyleringsreaktor innehällande ytterligare isättika som verkar som ett lösningsmedel för cellulosatriace- 15 täten, plus ättiksyraanhydrid och en katalysator till dess att cellulosan löses tili en klar lösning, varefter (d) efter en ytterligare period av mindre än 15 minuter, för att säkerställa fullständig acetylering, den klara 20 cellulosatriacetatlösningen filtreras för att avlägsna alla olösta föroreningar, varefter (e) cellulosatriacetatlösningen falls ut i vatten för att säkerställa att hela överskottet av ättiksyraanhydrid om- 25 vandlas tili ättiksyra, varefter (f) ättiksyran ätervinnes genom vätskeextraktion eller avdunstning. 30
2. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att blekningsmedlet är ett buffrat hypokloritblekningsmedel.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI900951A FI97977C (fi) | 1990-02-23 | 1990-02-23 | Menetelmä selluloosatuotteen valmistamiseksi |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI900951A FI97977C (fi) | 1990-02-23 | 1990-02-23 | Menetelmä selluloosatuotteen valmistamiseksi |
FI900951 | 1990-02-23 |
Publications (4)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FI900951A0 FI900951A0 (fi) | 1990-02-23 |
FI900951A FI900951A (fi) | 1991-08-24 |
FI97977B FI97977B (fi) | 1996-12-13 |
FI97977C true FI97977C (fi) | 1997-03-25 |
Family
ID=8529950
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FI900951A FI97977C (fi) | 1990-02-23 | 1990-02-23 | Menetelmä selluloosatuotteen valmistamiseksi |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
FI (1) | FI97977C (fi) |
-
1990
- 1990-02-23 FI FI900951A patent/FI97977C/fi not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FI97977B (fi) | 1996-12-13 |
FI900951A (fi) | 1991-08-24 |
FI900951A0 (fi) | 1990-02-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA1198703A (en) | Method of producing level off d p microcrystalline cellulose and glucose from lignocellulosic material | |
Han et al. | Preparation and comparative assessment of regenerated cellulose films from corn (Zea mays) stalk pulp fines in DMAc/LiCl solution | |
Sun et al. | Fractional isolation, physico-chemical characterization and homogeneous esterification of hemicelluloses from fast-growing poplar wood | |
CA1278294C (en) | Method for fractionation of lignins from steam exploded lignocellulosics to provide fractions with different, but reproducible properties,and some methods for their interconversions and the products so produced | |
EP2796561B1 (en) | Method for producing lignin degradation product | |
US4831127A (en) | Parenchymal cell cellulose and related materials | |
EP0434851B1 (en) | Process of obtaining intact and separated lignocellulosic fibre cores and products so obtained | |
Wang et al. | Influence of steaming pressure on steam explosion pretreatment of Lespedeza stalks (Lespedeza crytobotrya): Part 1. Characteristics of degraded cellulose | |
Lauwaert et al. | Pilot scale recovery of lignin from black liquor and advanced characterization of the final product | |
EP3390456B1 (en) | Method for producing parenchymal cell cellulose | |
KR20150044854A (ko) | 헤미셀룰로스의 제거 방법 | |
JP2009507937A (ja) | セルロースアセテートおよび他の有機エステルの製造に使用するために苛性前処理による木パルプの製造方法 | |
US11161918B2 (en) | Nano-crystalline cellulose | |
Stevanovic | Chemical composition and properties of wood | |
Kundu et al. | Extraction of arabinoxylan from corncob through modified alkaline method to improve xylooligosaccharides synthesis | |
Gao et al. | Isolation and characterization of cellulose obtained from bagasse pith by oxygen-containing agents | |
FI97977C (fi) | Menetelmä selluloosatuotteen valmistamiseksi | |
EP0444335B1 (en) | Methods for producing bleached, mercerized and unmercerized cellulose and for producing cellulose triacetate therefrom | |
Chen et al. | Dissolution of organic components of straw by ionic liquid | |
Zhang et al. | Fabrication and comparative evaluation of regenerated cellulose films using pulp fines and pith from corn stalk in DMAc/LiCl solvent system | |
WO2002036875A1 (en) | Process for producing microcrystalline cellulose with a desired dp | |
Nuruddin et al. | Cellulose microfibrils extracted from wheat straw: a novel approach | |
CA1282777C (en) | Process to dissociate and extract the lignin and optionally the xylan from the primary wall and middle lamella of lignocellulosic material which retains the structural integrity of the fibre core, and the product so produced | |
DE69014856T2 (de) | Verfahren zur Herstellung von gebleichter merzerisierter und unmerzerisierter Zellulose und zur Herstellung von Zellulosetriazetat daraus. | |
Zhang et al. | Quantitative Extraction of p-Coumaric Acid and Ferulic Acid in Different Gramineous Materials and Structural Changes of Residual Alkali Lignin. |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
GB | Transfer or assigment of application |
Owner name: TIGNEY TECHNOLOGY INC. |
|
BB | Publication of examined application | ||
MM | Patent lapsed | ||
MM | Patent lapsed |
Owner name: TIGNEY TECHNOLOGY INC. |