JPH10502125A - セルロースサスペンジョン生成プロセス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 破砕セルロースを液体水性３級アミンオキサイドと混合することによって液体水性３級アミンオキサイド中にセルロースサスペンジョンを生成するためのプロセスが開示されている。前記プロセスが、（Ａ）破砕セルロースが液体水性３級アミンオキサイドに接触して第一の混合物を形成し、（Ｂ）前記第一の混合物が表面上を層状になって機械的に広がって前記層上に運搬され、均一サスペンジョンが形成されるまで前記第一の混合物は強力に混合され、前記均一サスペンジョンは形成後前記表面から除去され、及び（Ｃ）（Ａ）及び（Ｂ）のステップが継続的に実施される、ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】 セルロースサスペンジョン生成プロセス 本発明は、液体状の３級アミンオキサイド中にセルロースのサスペンジョンを 生成するプロセスに関し、またフィルム、ファイバ（繊維）及び膜等のセルロー ス成型体の製造プロセスに関する。 この何十年かの間、現在広く使用されているビスコースプロセスに代わり得る 、セルロース成型体の製造プロセスが模索されてきた。数ある理由の中、環境へ の影響が少ないために興味深い代替物として、セルロースを誘導することなく有 機溶媒に溶解してこの溶液から押し出して成型体、例えばファイバ（繊維）、フ ィルム、膜等を生成することができることが見出された。このように押し出し成 型されたファイバは、ＢＩＳＦＡ（国際人工ファイバ規格局）から属名「リオセ ル（Ｌｙｏｃｅｌｌ）を与えられた。ＢＩＳＦＡは有機溶媒を有機化学薬品と水 との混合物と理解している。 有機溶媒として、３級アミンオキサイドと水との混合物は、特にセルロース成 型体の製造のために特に適切であることが分かった。そのアミンオキサイドとし て、主にＮ−メチルモルホリン−Ｎ−オキサイド（ＮＭＭＯ）が利用される。他 のアミン−オキサイドは、例えば、ＥＰ−Ａ−０５５３０７０中で開示されてい る。成型可能セルロース溶液の製造は、例えばＥＰ−Ａ−０３５６４１９に開示 されており、公知である。 ＵＳ−Ａ−４，２４６，２２１号では、なかでも液体水性Ｎ−メチルモルホリ ン−Ｎ−オキサイド（ＮＭＭＯ）中のセルロースの混合物を出発材料として使用 して紡糸可能セルロース溶液を生成する、アミン−オキサイドプロセスが記載さ れている。このプロセスによると、水性アミン−オキサイド溶液中のセルロース サスペンジョンは連続操作しない混合装置で調製され、この混合物は減圧されて 同時に加熱され、その間水が蒸発して第一溶液が調製され、濾過されて押出機で 後処理されたあと、成型可能溶液に変化する。この公知のプロセスの欠点は、ミ キサーでセルロースサスペンジョンが連続的に調製されないことである。この不 連続的な第一ステップによって、アミン−オキサイドプロセスは全体的に不連続 的なものとなり、これは、ファイバの紡糸等のあらゆる成型プロセスは連続的な 実施が最も効果的であるため、不利である。 ＷＯ９４／２８２１７のセルロースを基にした予備混合物を生成するためのプ ロセスにより、成型可能なセルロース溶液が調製され得ることは公知である。こ のプロセスに従って、破砕セルロース及びアミン−オキサイド溶液は、軸方向に 離間された撹拌エレメントを有するローターが備えられた水平円筒形混合チャン バ内に誘導される。この混合物は前記ローターを回転率４０〜８０回転／分で回 転させて該混合チャンバ内で攪拌される。混合チャンバ内で前記混合物は６５° Ｃより上に保たれるのが好ましい。しかし、このプロセスは下記の欠点を有する 。 １． とりわけアミン−オキサイド溶液及びセルロースは一度に混合チャンバ内 に導入することができずに、どちらか先に入れた後でもう一方をいれなければな らないため、このプロセスは多くの時間を消費する。 ２． このプロセスの他の欠点は、不連続的にのみ実行され、各バッチにつき約 ２１分を要する。 ３． この不連続的な操作によって、一つのデバイスにセルロースとアミン−オ キサイドの混合物を連続的に搬送し、該デバイス内でセルロース溶液を生成して このセルロース溶液を継続的に例えば紡糸マシンに搬送するために、二つの上記 のようなミキサーが操作されなければならない。 ４． 二つのミキサーを使用するということは、二つのミキサーと紡糸マシンと の間に備えられる貯蔵タンク、コンダクタ、ポンプ、フィルタ等の全てのデバイ スが２つ必要となる、ということであり、明らかにかなりの追加的技術及び経済 的投資が必要となる。 ５． 他の欠点は、各バッチにつき比較的多量のアミン−オキサイドが処理され るということである。３級アミン−オキサイドは不安定で上昇温度で分解しがち であるため、これは安全面でのリスクを意味する。 ６． 更に、不連続的に操作されたミキサーを空にするのは難しい。 従って、本発明の目的は、上記の欠点を呈示しないプロセスを提供することで あり、このプロセスによって均一なセルロースサスペンジョンが、破砕セルロー ス及び水性アミン−オキサイド溶液から単一のステップで且つ高い率で生成され る。この均一セルロースサスペンジョンは、アミン−オキサイドプロセスのため の出発材料であってもよい。 液体水性３級アミン−オキサイド中でセルロースサスペンジョンを生成するた めのプロセスであって、破砕セルロースは前記液体水性３級アミン−オキサイド と混合される本発明のプロセスは、 （Ａ）前記破砕セルロースが前記液体水性３級アミン−オキサイドと接触し、 第一の混合物が調製され、 （Ｂ）この第一の混合物は層として表面状に物理的に広がってこの表面に沿っ て移送され、均一サスペンジョンが生成されるまで強力に混合されてこの生成さ れた均一サスペンジョンは前記表面から取り除かれ、 （Ｃ）（Ａ）及び（Ｂ）の処理が継続的に実行される、 ことを特徴とする。 本発明はフィルム技術、特に薄膜フィルム技術を用いて均一セルロースサスペ ンジョンが簡易且つ高速に生成され得るという発見に基づく。 更に、本発明に従ったプロセスでは、セルロースと共に安定剤、分散剤、補助 紡糸剤、反応促進試薬、無機物又は有機物の取込み媒体（バライト、活性炭素、 ＳｉＯ₂、ＣＭＣ）、改質剤（ポリエチレングリコール）、及びナイロンのよう な他のポリマー；染料等のような補助剤を均一に添加することもできる。これは 、これらの補助剤をその最大効果で処理するために、決定的に重要となる。更に 、これらの補助剤は均一サスペンジョンの生成を遅くしないことが証明されてい る。 本発明に従ったプロセスの他の利点は、破砕セルロースが懸濁されている前記 液体水性３級アミン−オキサイド（室温で液状である）及び溶融３級アミン−オ キサイド水和物を使用することができることである。 本発明に従ったプロセスでは、５０°Ｃ〜８５°Ｃの液体水性３級アミン−オ キサイドが使用されるのが好ましい。 本発明に従ったプロセスによると、セルロースは好ましくは１分〜５分の間に 前記表面に沿って移送される。つまり、セルロースサスペンジョンは均一形態で たった数分間の内に継続的に得られる。従って、本発明に従ったプロセスは、ア ミン−オキサイドプロセスを大幅に簡略化する。 本発明はまた、本発明に従ったプロセスを実行するための、撹拌エレメントが 備えられた間接的に加熱または冷却可能な容器を有するデバイスの使用に関し、 前記容器は攪拌エレメントが取り付けられたローターが中央に備えられた円筒形 の容器であって、前記攪拌エレメントは液体水性３級アミン−オキサイドに接触 したセルロースを混合及び輸送するために前記ローターの軸に対して角度αに傾 斜し、前記撹拌エレメントから前記容器の内壁までの半径方向の距離が２０ｍｍ 以下であり、破砕セルロース及び液体水性３級アミン−オキサイドのための入口 が前記容器の上部に、及び均一サスペンジョンの出口が当該容器の下部に提供さ れている。 傾斜角度αが調節可能であるデバイスが使用されることが好ましい。 本発明は更に成型可能なセルロース溶液を生成するためのプロセスに関し、本 発明のプロセスに従って生成された均一サスペンジョンが成型可能セルロース溶 液に移送され、この移送の間に水が蒸発することを特徴とする。このセルロース 溶液の生成は、薄膜フィルム処理装置内で都合良く実施される。このようなプロ セスは、例えばＥＰ−Ａ０３５６４１９号に記載されている。薄膜フィルム処理 装置の実施の形態には、例えばＢｕｓｓＡＧ社（スイス）によって製造されたい わゆるフィルム押出機等がある。薄膜フィルム処理装置は、ＤＥ−ＯＳ２０１１ ４９３号にも記載されている。 １９９４年に公開されたＷＯ９４／０６５３０では、３級アミン−オキサイド の水性溶液内のセルロースの混合物から成型可能溶液を得るために、ＥＰ−Ａ０ ３５６４１９によって公知である薄膜フィルム技術を使用している。このプロセ スはフィルム押出機内で実施され、これはＥＰ−Ａ０３５６４１９に記載されて いる実施の形態と同じである。ＷＯ９４／０６５３０のプロセスはエネルギーを 節約することが目的であり、この目的のためにローターをより遅く回転させるこ とを目的とする。 更に本発明は、本発明に従って生成されたセルロースサスペンジョンを成型可 能なセルロース溶液に変化させ、このセルロース溶液を処理して熟知された方法 でフィルム、ファイバ、膜又は他の物質を生成する、セルロース成型体生成プロ セスに関する。 投与装置によって、本発明に従って調製されたサスペンジョンは直接フィルム 押出機にフィードされ、前記フィルム押出機内で溶液になる。ガス抜き押出機も また、該溶液を調製するのに適切である。しかし後者の場合、ガス抜き押出機が わずかな蒸発能力しか持たないので、前記サスペンジョンは濃縮された状態でな ければならない。また他のデバイスによっても、本発明に従って調製されたサス ペンジョンをセルロース溶液に変化させることができる。更に、該サスペンジョ ンは溶液に変化させられる前に追加的に摩砕ステップを踏むことができる。 添付の図面によって、本発明に従ったプロセスが特に適切に実行されることが できるデバイスについて記載する。図面は本発明に従って使用されるミキサーの 構成を図示している。これらのミキサーは、例えばドイツ共和国マナハイムのド レイスバーク社（Draiswerke GmbH）によってリング層ミキサー（名称Ｋ−ＴＴ ）として商品化されている。 図面は水平に取り付けられたミキサーの長手方向の断面図を図示し、このミキ サーは円筒形の容器１、ローター２、及び該ローターに取り付けられたスピン形 のエレメント４を含み、前記円筒形の容器１は処理される物質を間接的に加熱或 いは冷却するためのダブルジャケットを有し、前記ローター２は前記容器１内に 配置されて輸送ブレード３を有する。ローター２はモーター５によって駆動され る。 破砕セルロースは入口孔６を介して前記円筒容器１に導入され、輸送ブレード ３によって捕らえられて容器１の内部に輸送され、前記破砕セルロースが遠心力 により該輸送ブレードによって該容器の円筒壁へと投げ出されるようにローター ２は高速に回転し、前記破砕セルロースは容器１の中に層として輸送される。 液体水性アミン−オキサイド溶液は入口パイプ７を介して前記容器に供給され る。入口パイプ７はローター２の付近まで延びており、ローター２の回転が妨げ られないように隣接するブレード及びスピン形のエレメントの間の隙間に配置さ れている。アミン−オキサイド溶液に加えられた遠心力によって、該溶液は高速 で外側に投げ出され、先ずセルロースを濡らし、混合物が形成される。この濡れ た状態は図面中の部分線によって表されている。混合の強度及びアミン−オキサ イド溶液対セルロースの割合によって、該混合物が容器１の壁に沿って輸送され る間に均一サスペンジョンが形成され、この均一サスペンジョンは開口部８を介 して除去されてすぐに又は摩砕ステップのような後続処理の後、セルロース溶液 を生成するために使用される。 スピン形のエレメント４はローター２の方にやや傾斜しており、これによって サスペンジョン上を通過することができる。セルロースとアミン−オキサイドの 混合物が前記容器の壁に投げ出されて前記壁上に層を形成するぐらい、前記ロー ターが高速で回転することが重要である。前記容器の半径が例えば１５ｃｍであ れば、層を形成するためにローターの例示的な回転数は約７００回転／分である 。 次の例によって、本発明は更に詳細に示される。 実施例 前記サスペンジョンを調製するために、ドイツ共和国マナハイムのドレイスバ ーク社（Draiswerke GmbH）のいわゆるリング層ミキサーＫ−ＴＴ８０（ステン レススチール製）が使用されていた。このミキサーの機能モードは図を参照して 先に記載してある。 このリングミキサーに一時間あたり、粒子サイズが４ｍｍ以下の破砕セルロー スが５５Ｋｇ、及びＮＭＭＯ７５重量％を含む水性溶液が３７５Ｋｇ、継続的に 供給された。加熱媒体として、７５°Ｃの水が使用された。このリング層ミキサ ー内が規定圧力になった。前記ローターは７００回転／分の速度で回転した。 一時間あたり、６５°Ｃのセルロース１２，８重量％の乾燥実質濃度を有する 均一サスペンジョン４３０Ｋｇが、前記リング層ミキサーから得られる。 ＥＰ−Ａ−０３５６４１９号に記載されたプロセスに従ったBuss HS 0200タイ プのフィルム押出機に、前記リングミキサーで生成されたサスペンジョンが７５ °Ｃで４３０Ｋｇ／時間の割合で添加され、そこでセルロース濃度１５，０％の 成型可能溶液に変化する。前記フィルム押出機の加熱面は、１４２°Ｃの飽和蒸 気によって加熱される。ローターの回転速度は４ｍ／秒であり、フィルム押出機 の気圧は５０ミリバールである。一時間あたり約６３Ｋｇの水蒸気が蒸発する。 上記のプロセスパラメータを使用して、１０５°Ｃの成型可能セルロース溶液 が一時間あたり約３６７Ｋｇ、前記フィルム押出機から除去される。 得られた成型可能溶液は溶解されなかったセルロース粒子を全く含まず（顕微 鏡分析）、ガス抜きされており、本出願の出願人のＷＯ９３／１９２３０号及び ＷＯ９５／０７８１１号によって公知であるプロセスを用いてファイバ及びフィ ルムに簡単に処理することができるであろう。 リング層ミキサー内のセルロースの滞留時間は２分である。これは、本発明に 従ったプロセスを使用することによって、出発材料であるセルロース及びアミン −オキサイドからほんの数分で均一サスペンジョンを生成することができるとい うことであり、この均一サスペンジョンは成型可能セルロース溶液に簡単に変え ることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ // Ｄ０１Ｆ 2/00 7633−3Ｂ Ｄ０１Ｆ 2/00 Ｚ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)， ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ ，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ， ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，Ｍ Ｗ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＺ， ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．液体水性３級アミン−オキサイド中でセルロースサスペンジョンを生成す るためのプロセスであって、破砕セルロースが前記液体水性３級アミン−オキサ イドと混合されるプロセスにおいて、 （Ａ）前記破砕セルロースが前記液体水性３級アミン−オキサイドと接触して 第一の混合物が調製され、 （Ｂ）前記第一の混合物が層として物理的に表面上に広がって前記表面に沿っ て輸送され、均一なサスペンジョンが生成されるまで強力に混合されて該サスペ ンジョンが前記表面から除去され、 （Ｃ）（Ａ）及び（Ｂ）の処置が連続的に実施される、 ことを特徴とする、セルロースサスペンジョン生成プロセス。 ２．前記液体水性３級アミン−オキサイドとして３級アミン−オキサイドの水 性溶液が使用されることを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。 ３．前記液体水性３級アミン−オキサイドとして溶融３級アミン−オキサイド 水和物が使用されることを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。 ４．５０°Ｃ〜８５°Ｃの前記液体水性３級アミン−オキサイドが使用される ことを特徴とする、請求項２又は請求項３のうち一つに記載のプロセス。 ５．前記液体水性３級アミン−オキサイドに接触するセルロースが１分〜５分 間隔で前記表面に沿って搬送されることを特徴とする、請求項１から請求項４の うち一つに記載のプロセス。 ６．請求項１から請求項５のうち一つに記載のプロセスを実行するための装置 の使用法であって、攪拌装置を備えた間接加熱又は間接冷却可能容器を有し、前 記容器が攪拌エレメント（３、４）を有するローター（２）を中央に備えた円筒 形容器（１）であって、前記液体水性３級アミン−オキサイドに接触した前記セ ルロースを混合及び搬送するために前記攪拌エレメントがローター（２）の軸に 対して角度αに傾斜していて、前記攪拌エレメント（３、４）から前記容器の内 壁までの半径方向の距離が２０ｍｍ以下であり、破砕セルロース及び前記液体水 性３級アミン−オキサイドのための入口パイプ（６、７）が前記容器（１）の上 部に提供され、しかも、均一サスペンジョンのための出口（８）が前記容器の下 部に提供された、 装置の使用法。 ７．前記傾斜角αが調節可能である、請求項６に記載の装置の使用法。 ８．請求項１から請求項７に従って調製された均一サスペンジョンが成型可能 セルロース溶液に処理されるあいだに水が蒸発することを特徴とする、成型可能 セルロース溶液の生成プロセス。 ９．前記プロセスが薄膜フィルム処理装置内で処理されることを特徴とする、 請求項８に記載のプロセス。 １０．請求項８に従って生成されたセルロース溶液が実質的に公知な形態でフィ ルム、ファイバ、膜、又は他の溶融体に処理されることを特徴とする、セルロー ス成型可能体の生成プロセス。