MX2012002023A

MX2012002023A - Metodos para preparar celulosa alcalina y eter de celulosa.

Info

Publication number: MX2012002023A
Application number: MX2012002023A
Authority: MX
Inventors: Mitsuo Narita
Original assignee: Shinetsu Chemical Co
Priority date: 2011-02-21
Filing date: 2012-02-16
Publication date: 2012-09-05
Also published as: EP2489677A1; KR20120095795A; MX355092B; KR101869981B1; JP5737993B2; IN2012DE00451A; CN102643355B; EP2489677B1; CN102643355A; JP2012172035A; US20120214980A1; US9371398B2

Abstract

Se provee un método para preparar eficientemente celulosa alcalina que tiene una distribución de álcali uniforme. Más específicamente, se provee un método para preparar celulosa alcalina que comprende una etapa de filtración de contacto de traer una pulpa en contacto con una solución de hidróxido de metal alcalino sobre un plano de filtración móvil para la filtración al vacío para recolectar un producto de contacto remanente sobre el plano de filtración y una etapa de drenado para drenar el producto de contacto; y un método de preparación de éter de celulosa al usar la celulosa alcalina. También se provee un aparato para preparar celulosa alcalina que comprende un contactador tipo filtro de vacío horizontal continuo que comprende un plano de filtración horizontal que se mueve en dirección horizontal, una entrada de pulpa para introducir pulpa sobre el plano de filtración móvil, una compuerta de atomización para atomizar un solución de hidróxido de metal alcalino a la pulpa introducida, una bomba de vacío que permite una succión de vacío del plano de filtración móvil y una salida para recolectar un producto de contacto remanente sobre el plano de filtración después de traer la pulpa en contacto con la solución de hidróxido de metal alcalino sobre el plano de filtración móvil para la filtración al vacío.

Description

METODOS PARA PREPARAR CELULOSA ALCALINA Y ETER DE CELULOSA CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención es concerniente con un método para la preparación de celulosa alcalina y un método para la preparación de éter de celulosa al utilizar la celulosa alcalina asi obtenida.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Para la preparación de éter de celulosa, se conoce un método de poner en contacto una solución alcalina en contacto con una pulpa altamente purificada para preparar la celulosa alcalina correspondiente y eterificar la celulosa alcalina resultante con un agente eterificante. El éter de celulosa obtenido como producto final se vuelve soluble en agua al controlar apropiadamente su grado de sustitución. El éter de celulosa soluble en agua contiene una porción insoluble en agua que algunas veces disminuye la transmitancia a la luz de la solución acuosa del éter de celulosa o daña el valor comercial del éter de celulosa como contaminante. Esta porción insoluble parece ser provocada por la presencia de una porción poco sustituida que no tiene sustituyentes suficientes para disolverse en agua. Una de las razones del porqué la porción insoluble está presente es que la distribución alcalina es desigual en la celulosa alcalina.

Las funciones de este álcali incluyen hinchar la celulosa, con lo cual se cambia su estructura cristalina en la pulpa y mediante esto se promueve la penetración del agente eterificante; catalizar la reacción de eterificación con un óxido de alquileno; y que sirve como reactivo para un haluro de alquilo. Una porción de pulpa no traída en contacto con la solución de álcali acuoso no está involucrada en la reacción y por consiguiente permanece como una por sin disolver. La carencia de uniformidad de la celulosa alcalina conduce directamente a la porción sin disolver.

Un método ampliamente usado para preparar celulosa alcalina incluye un método que comprende las etapas de agregar un álcali a una pulpa en fondo, que ha sido obtenida al pulverizar una pulpa, en una cantidad solo necesaria para la reacción de eterificación y mezclarlas mecánicamente (publicación sin examinar de solicitud de patente japonesa No. 60-050801/1985 y publicación sin examinar de solicitud de patente japonesa No. 56-002302/1981) . Sin embargo, en este método el álcali no es distribuido uniformemente en la pulpa. La pulpa no traída en contacto con el álcali falla en convertirse éter de celulosa y permanece en el producto final como una porción sin reaccionar, disminuyendo mediante esto la calidad del éter de celulosa.

Con el fin de impedir tal problema, como se describe en la publicación de solicitud de patente japonesa sin examinar No. 60-040101/1985, se propone un método que comprende las etapas de sumergir una hoja de pulpa en una solución de álcali en exceso para permitir que la pulpa absorba el álcali suficientemente y luego prensar la pulpa resultante bajo presión para remover el álcali en exceso sobre la cantidad propuesta de álcali. Cuando este método es aplicado industrialmente, es típico hacer pasar un árbol de soporte a través de un tubo central de pulpa enrollada a una forma de rollo y elevar la pulpa enrollada, levantándola mediante esto de una superficie del piso o colocar la pulpa enrollada a una forma de rollo sobre un larguero, para permitir que la pulpa gire libremente; e introducir la pulpa a un tanque de inmersión en tanto que se desenrolla la pulpa a la hoja de pulpa. Sin embargo, en este método, algunas veces se hace imposible continuar la operación debido a que la hoja de pulpa es jalada y se rompe durante la inmersión. Además, la producción en masa requiere un tanque de inmersión muy grande para sumergir la hoja de pulpa en el mismo por un cierto tiempo, lo que es desventajoso debido a que un espacio suficiente para instalar tal tanque no puede ser asegurado fácilmente o el costo de inversión se vuelve grande. Por otra parte, cuando la pulpa está en forma de hojuelas, el prensado se vuelve desigual debido a la carencia de superficies planas en la retorta obtenida de tal manera que la distribución de álcali en la celulosa alcalina se vuelve desigual, conduciendo a deterioro de la calidad.

Por otra parte, en la página 433 de "Cellulose No Jiten (Encyclopedia of Cellulose)" editada por la sociedad de celulosa de Japón y publicada el 10 de noviembre de 2000, se describe un método para preparar celulosa alcalina con respecto a preparación de viscosa, el método comprende las etapas de agregar una pulpa a una solución alcalina para formar una pasta aguada semejante a gruel y prensar la pasta aguada mediante una prensa de pasta aguada. Aunque algunos problemas provocados por el uso de hoja de pulpa pueden ser resueltos, la prensa de suspensión causa prensado desigual, de tal manera que la distribución de álcali en la celulosa alcalina se vuelve desigual, conduciendo a calidad disminuida. Además, se requiere celulosa alcalina que tiene un contenido de álcali relativamente pequeño como materia de partida del éter de celulosa, es difícil ser preparado por este método solo debido a la limitación en el desempeño de prensado. Así, es difícil aplicar este método a la preparación de éter de celulosa.

En la publicación de solicitud de patente japonesa examinada No. 03-073562/1991, se describe un método para preparar éter de celulosa que tiene una composición deseada, que comprende las etapas para preparar celulosa alcalina a partir de celulosa y álcali en exceso y lavar la celulosa alcalina con un solvente hidrofóbico para remover el álcali. Sin embargo, este método requiere equipo a escala muy grande y muchas etapas. Además, el solvente hidrofílico permanece en la celulosa alcalina y provoca una reacción secundaria con un agente eterificante, de tal manera que la eficiencia de la reacción con el- agente eterificante disminuye. Además, este método requiere la neutralización del liquido de lavado o recuperación del álcali, de tal manera que no es apropiado para producción industrial de éter de celulosa.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención provee un método para preparar eficientemente celulosa alcalina que tiene distribución de álcali uniforme.

En un aspecto de la presente invención, se provee asi un método para preparar celulosa alcalina, que comprende una etapa de filtración de contacto de traer una pulpa en contacto con una solución de hidróxido de metal alcalino sobre un plano de filtración móvil para filtración al vacio para recolectar un producto de contacto que permanece sobre la superficie de filtración; y una etapa de drenado para drenar el producto de contacto. En otro aspecto de la invención, también se provee un método para preparar éter de celulosa que comprende la etapa de hacer reaccionar esta celulosa alcalina con un agente eterificante. En un aspecto adicional de la presente invención, también se provee un aparato para preparar celulosa alcalina, que comprende un contactor tipo filtro de vacio horizontal continuo que comprende un plano de filtración horizontal que se mueve en dirección horizontal, una entrada de pulpa para introducir pulpa sobre el plano de filtración móvil, una compuerta de atomización para atomizar una solución de hidróxido de metal alcalino a la pulpa asi introducida, una bomba de vacio que permite la succión al vacio del plano de filtración móvil y una salida para recolectar un producto de contacto que permanece sobre el- plano de filtración después de traer la pulpa en contacto con la solución de hidróxido de metal alcalino sobre el plano de filtración móvil para la filtración al vacio; y un drenador para drenar el producto de contacto asi recolectado de la salida para obtener una retorta.

De acuerdo con la presente invención, celulosa alcalina que tiene un álcali distribuido uniformemente en la misma puede ser preparada eficientemente al minimizar la pulpa que ha fallado de ser traída en contacto con un solución de hidróxido de metal alcalino y por consiguiente no ha sido humectada con la solución de hidróxido de metal alcalino debido a la tendencia de la pulpa a flotar en la solución de hidróxido de metal alcalino. Como resultado, se puede preparar eficientemente éter de celulosa con alta transparencia.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La Figura 1 muestra un ejemplo de un aparato para preparar celulosa alcalina; La Figura 2 muestra un ejemplo de un dispositivo de nivel tipo tornillo visto desde la dirección del ancho del plano de filtración; y La Figura 3 muestra un ejemplo de un dispositivo de nivelación tipo cuchilla visto desde arriba.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS La pulpa a ser usada en la invención puede incluir pulpa de madera y pulpa de despensadora de algodón. La madera puede incluir árboles de hojas de aguja tales como pino, abeto y cicuta y árboles de- hojas anchas tales como eucalipto y maple. La pulpa a ser usada en la invención puede estar en forma de polvo o de hojuelas.

La pulpa en polvo está disponible al pulverizar una hoja de pulpa y está en forma de polvo. Una pulpa pulverizada que tiene un tamaño de partícula promedio de 10 a 1,000 µ?a es usada comúnmente, pero la pulpa de polvo no está limitada a la misma. El método para preparar la pulpa en polvo no está limitado. Por ejemplo, un pulverizador tal como un molino de cuchillas y un molino de martillos puede ser usado.

El método para preparar hojuelas de pulpa no está limitado. Por ejemplo, puede ser obtenido al cortar una hoja de pulpa con un dispositivo cortante existente tal como una rebanadora. El dispositivo cortante que puede efectuar corte continuo es ventajoso desde el punto de vista del costo.

El área facial del plano de la hojuela es preferiblemente de 4 a 10,000 inm2, más preferiblemente de 10 a 2,500 mm2. Cada hojuela que tiene un área facial de plano menor de 4 mm2 puede ser difícil de prepararse, mientras que cada hojuela que tiene un área facial plana mayor de 10,000 mm2 puede ser difícil de manejar, por ejemplo, cuando es introducida a un contactador tipo filtro de vacío horizontal continuo y/o un drenador. El término "área de cara de plano de la hojuela" como se usa en la presente significa el ara área de cara más grande de áreas de seis caras de la hojuela hexahédrica, suponiendo que cada hojuela de pulpa tenga una forma hexahédrica.

La solución de hidróxido de metal alcalino a ser usada en la invención no está limitada en particular en tanto que pueda producir celulosa alcalina. Es preferiblemente una solución acuosa de hidróxido de sodio o hidróxido de potasio, particularmente de preferencia una solución acuosa de hidróxido de sodio desde el punto de vista económico. Como solvente para disolver el hidróxido alcalino en el mismo, se emplea comúnmente agua, pero se puede usar un alcohol inferior (preferiblemente un alcohol que tiene de 1 a 4 átomos de carbono) u otro solvente inerte, o una combinación de ellos.

La concentración de la solución de hidróxido de metal alcalino es preferiblemente de 23 a 60% en peso, más preferiblemente de 35 a 55% en peso. Las concentraciones menores de 23% en peso pueden ser económicamente desventajosas puesto que en una etapa subsecuente para obtener éter de celulosa, una reacción secundaria entre un agente eterificante y agua ocurre. Además, el éter de celulosa que tiene un grado de sustitución deseado puede no ser obtenido y una solución de éter de celulosa acuosa asi preparada puede ser inferior en transparencia. Por otra parte, las concentraciones que exceden de 60%. en peso pueden hacer difícil manejar la solución debido a un incremento · en su viscosidad. Se notará que la concentración de la solución de hidróxido de metal alcalino a ser provista para ponerse en contacto con la pulpa es mantenida preferiblemente constante con el fin de estabilizar la composición de la celulosa alcalina y asegurar transparencia del éter de celulosa.

De acuerdo con la invención, en la etapa de filtración de contacto, por ejemplo, se puede usar un contactador tipo filtro al vacio horizontal continuo usado. El contactador tipo filtro al vacio horizontal continuo no está limitada en tanto que pueda hacer mover un plano de filtración horizontal y filtración al vacio repetida continuamente y recolección de un producto de contacto remanente sobre el plano de filtración al accionar una válvula o los semejantes. La forma del contactador puede incluir preferiblemente una mesa, una banda y bandejas múltiples.

La Figura 1 muestra un ejemplo del aparato para preparar celulosa alcalina que comprende un contactador tipo filtro de vacio horizontal continuo 10 y un drenador 20 para drenar el producto de contacto preparado en un contactador tipo filtro al vacio horizontal continuo.

El contactador tipo filtro al vacio horizontal continuo 10 comprende un plano de filtración 11, una entrada 12 de pulpa 1 en un extremo del contactador y un grupo de compuertas de atomización 13 para atomizar un solución de hidróxido de metal alcalino 2. La solución de hidróxido de metal alcalino a ser atomizada es controlada a una temperatura predeterminada por un intercambiador de calor 32. La pulpa introducida de la entrada es traída en contacto con la solución de hidróxido de metal alcalino atomizada del grupo de compuertas de atomización de solución de hidróxido de metal alcalino 13 equipadas con compuertas de atomización de solución de hidróxido de metal alcalino 13a a 13e, en tanto que son filtradas al vacío y son movidas en una dirección de transferencia T al otro extremo.

La pulpa introducida de la entrada o el producto de contacto entre la pulpa introducida y la solución de hidróxido de metal alcalino puede ser nivelada por un dispositivo de nivelación 10A. Una pluralidad de dispositivos de nivelación pueden ser colocados en una dirección móvil y el número de ellos es preferiblemente 2 o mayor. El dispositivo de nivelación que puede ajustar el nivel de altura es preferible. La altura "h" correspondiente al espesor de deposición del producto de contacto entre la pulpa y la solución de hidróxido de metal alcalino es preferiblemente de 200 mm o menor, más preferiblemente 100 mm o menor.

Como el dispositivo de nivelación, cualesquiera de tipo placa, tipo muesca (tipo serrado) , tipo peine, tipo tornillo (véase Figura 2) o tipo cuchilla (véase Figura 3) puede ser usado. La Figura 2 muestra, como un ejemplo del dispositivo de nivelación tipo tornillo, un dispositivo de nivelación 10A que comprende un tornillo 10p y un soporte 10q, visto desde la dirección del ancho (dirección perpendicular a la dirección móvil T de pulpa) del plano de filtración 11. El dispositivo tipo tornillo tiene preferiblemente la función de reunir la pulpa o la pulpa y la solución de hidróxido de metal alcalino a la parte media desde ambos lados. La Figura 2 muestra un tornillo bilateralmente simétrico 10p que tiene un plano de simetría en la parte media y capaz de reunir la pulpa y los semejantes a la parte media desde ambos lados.

La Figura 3 muestra como un ejemplo del dispositivo de nivelación tipo cuchilla, un dispositivo de nivelación 10A que comprende una cuchilla 10r en lugar del tornillo 10p, visto desde arriba del plano de filtración 11. El dispositivo de nivelación tipo cuchilla tiene preferiblemente la función de reunir la pulpa o la pulpa y la solución de hidróxido de metal alcalino a la parte media desde ambos lados. En el dispositivo mostrado en la Figura 3, con el fin de reunir la pulpa o la pulpa y la solución de hidróxido de metal alcalino desde ambos lados a una dirección media, la cuchilla tiene un ángulo que excede de 0° pero menor de 90°, manteniendo la parte media del ancho del plano de filtración 11 abierta, en donde el ángulo de la dirección móvil T de la, pulpa es de 0o y el ángulo de la dirección del ancho del plano de filtración 11 es de 90°. Una porción de la pulpa tiende a moverse hacia ambos lados debido a una presión de atomización cuando la solución de hidróxido de metal alcalino 2 es atomizada desde el grupo de compuertas de atomización 13, de tal manera que la función de reunir la pulpa y los semejantes a la parte media desde ambos lados es preferida para desplazar esta tendencia. Se notará que el producto de contacto entre la pulpa y la solución de hidróxido de metal alcalino es mezclada preferiblemente por el dispositivo de nivelación.

El contactador tipo filtro al vacio horizontal continuo que puede reemplazar una atmósfera por vacio o nitrógeno es más preferible desde el punto de vista de impedir la disminución en el grado de polimerización de la celulosa alcalina en presencia de oxigeno. Al mismo tiempo, cuando se pretende el control del grado de polimerización en presencia de oxigeno, el contactador que tiene la estructura que puede ajusfar la cantidad de oxigeno es preferido.

Por ejemplo, un contactador tipo filtro al vacio horizontal continuo a . ser usado en la invención es preferiblemente capaz de controlar libremente la temperatura de la solución de hidróxido de metal alcalino o el tiempo de contacto. Es debido a que con el fin de obtener celulosa alcalina que tiene una composición deseada, la composición de la celulosa alcalina depende de la cantidad de la solución de hidróxido de metal alcalino absorbida por la pulpa y la cantidad de absorción puede ser ajustada al controlar el tiempo de contacto o la temperatura de la solución alcalina.

La temperatura de la solución de hidróxido de metal alcalino puede ser controlada como es conocido en el arte. Es preferible usar un intercambiador de calor. La temperatura de la solución de hidróxido de metal alcalino no está particularmente limitada. Es controlada preferiblemente dentro de un intervalo de 15 a 80°C.

En la invención, el tiempo de contacto es controlado preferiblemente al cambiar la velocidad de movimiento del plano de filtración o distancia de contacto de la solución de hidróxido de metal alcalino.. El término "distancia de contacto" como se usa en la presente significa una distancia a través de la cual la pulpa y la. solución de hidróxido de metal alcalino se movieron mientras que son traídas en contacto. En muchos casos, puede ser ajustada al cambiar la posición de atomización de la solución de hidróxido de metal alcalino a la cual la pulpa suministrada sobre el plano de filtración es traída en contacto primero con la solución de hidróxido de metal alcalino .

La velocidad de movimiento del plano de filtración es preferiblemente de 0.0005 a 10 m/s, más preferiblemente de 0.005 a 5 m/s. Cuando la velocidad de movimiento es menor de 0.0005 m/s, la cantidad de la pulpa por área de filtración se puede volver excesiva y el contacto uniforme puede no ser esperado. Cuando la velocidad de movimiento es de más de 10 m/s, un equipo excesivamente grande puede ser necesario, lo que puede ser impráctico. La distancia de contacto entre la pulpa y la solución de hidróxido de metal alcalino es preferiblemente de 0.5 a 100 m, más preferiblemente de 1 a 50 m. Una distancia de contacto menor de 0.5 m puede hacer difícil controlar la cantidad de absorción. Una distancia de contacto que excede de 100 m puede ser impráctica debido a que puede requerir equipo excesivamente grande.

El tiempo de contacto entre la pulpa y la solución de hidróxido de metal alcalino está preferiblemente en un intervalo de 1 segundo a 15 minutos, más preferiblemente de 2 segundos a 2 minutos. Cuando el tiempo de contacto es menos de un segundo, el control de la cantidad de absorción puede ser difícil. Cuando el tiempo de contacto es de más de 15 minutos, se puede requerir un equipo excesivamente grande, o la productividad puede ser disminuida y además, la cantidad de absorción de álcali de la pulpa se puede incrementar excesivamente. Así, puede ser difícil obtener celulosa alcalina que tenga una composición deseada apropiada para la preparación de éter de celulosa cualquiera que sea el drenador empleado. Desde el punto de vista de calidad satisfactoria, la pulpa suministrada al plano de filtración no debe pasar sin ser tarida en contacto con la solución de hidróxido de metal alcalino. Por consiguiente, en la filtración de contacto, es preferible hacer mover la pulpa de tal manera que la pulpa puede ser traída en contacto con la solución de hidróxido de metal alcalino completamente. Es preferible proveer una pluralidad de posiciones de atomización de la solución de hidróxido de metal alcalino en una dirección de movimiento. Más específicamente, dos o más posiciones de atomización son provistas preferiblemente en la dirección de movimiento. Comúnmente, alrededor de 50 posiciones de atomización por metro en la dirección de movimiento son preferibles.

El aparato de atomización comprende preferiblemente una pluralidad de boquillas en una línea que se extiende en una dirección que cruza la dirección de movimiento, la boquilla incluye una boquilla de atomización, una boquilla en forma de tubo y un tubo con una pluralidad de agujeros realizados en el mismo .

En la invención, la proporción del volumen de la solución de hidróxido de metal alcalino a ser atomizada al peso de la pulpa es preferiblemente de 0.1 litro/Kg o mayor, más preferiblemente 3.0 litros/Kg o mayor, todavía más preferiblemente 5.0 litros/Kg o mayor, particularmente de preferencia 10.0 litros/Kg o mayor por compuerta de atomización. Cuando la proporción es menor de 0.1 litros/Kg, el contacto completo puede ser difícil de tal manera que la distribución de álcali en la celulosa alcalina se puede volver desigual, provocando deterioro en la calidad del producto. El límite superior de la proporción del volumen de la solución de hidróxido de metal alcalino al peso de la pulpa es determinado dependiendo de la capacidad de filtración de la filtración al vacío, pero una proporción de hasta 100 litros/Kg es comúnmente preferida .

En la invención, la cantidad de líquido es mantenida preferiblemente a tal cantidad de líquido que el producto de contacto remanente sobre el plano de filtración está impedido de moverse a una velocidad diferente de la velocidad de movimiento del plano de filtración. Es por consiguiente preferible ajustar la velocidad de atomización de la solución de hidróxido de metal alcalino o la velocidad de filtración.

En la invención, es posible mezclar la pulpa con la solución de hidróxido de metal alcalino antes de la introducción de la pulpa sobre el plano de filtración móvil. Cuando son mezclados por adelantado, el tiempo de contacto por adelantado entre la pulpa y la solución de hidróxido de metal alcalino es preferiblemente regulado puesto que ya han sido traídos en contacto entre sí.

Algo de la solución de hidróxido de metal alcalino asi atomizada es absorbida por la pulpa, algo se adhiere a la superficie de la pulpa y el resto es succionado y removido del plano de filtración. Si es succionada a tal extensión que la solución de hidróxido de metal alcalino pueda ser descargada para impedir el producto de contacto sea fluidizado con la solución de hidróxido de metal alcalino retenida sobre el plano de filtración. La fluidización del producto de contacto no es preferible debido a que provoca variaciones en el tiempo de retención en el contactador tipo filtro al vacio horizontal continuo.

La filtración al vacio puede ser efectuada por una bandeja de pan 17 y una bomba de vacio 18 localizada sobre el lado posterior del plano de filtración. La solución de hidróxido de metal alcalino recolectada por la filtración al vacio puede ser enviada a un tanque de solución de óxido de metal 30. El producto de contacto de la solución de hidróxido de metal alcalino y la pulpa puede ser recolectado de la salida 14. Con el fin de elevar la fluidez y facilitar la transferencia a la etapa subsecuente, la solución de hidróxido de metal alcalino 2 puede ser suministrada desde una compuerta de suministro (o boquilla de suministro en lugar de esto) 15.

Un raspador 16 puede ser provisto para facilitar la etapa de recolectar el producto de contacto del plano de filtración. El producto de contacto asi recolectado es separado por el drenador 20 en celulosa alcalina 3 en forma de retorta. El liquido recuperado por el drenador es enviado al tanque de solución de óxido de metal alcalino 30 y es luego enviado al contactador tipo filtro al vacio horizontal continuo 10 por la bomba 31 para el reciclado. En este tiempo, el uso de un intercambiador de calor 32 puede facilitar el ajuste de temperatura de la solución de hidróxido de metal alcalino. Para impedir la obturación del plano de filtración, agua, agua caliente, vapor, aire, gas inerte, o una solución de hidróxido de metal alcalino es atomizada continua o intermitentemente al plano de filtración desde una boquilla de lavado 19 para lavar la materia anexada. Por este propósito, una solución de hidróxido de metal alcalino nueva es preferida. La solución de hidróxido de metal alcalino asi atomizada es recolectada después de pasar a través del material de filtración y puede ser usada otra vez como la solución de hidróxido de metal alcalino 2.

El tamaño de poro del material de filtración no está limitado en tanto que impida el paso de la pulpa. Es preferiblemente de 5 mm o menor, más preferiblemente de 0.1 a 5 mm. Se puede usar una banda de malla, una banda de metal perforada o tela de filtración fabricada por ejemplo de poliéster, polipropileno o nylon. De estos materiales de filtración, una banda de metal perforada es preferida. Como la banda de metal perforada, una banda de metal con cualquier forma de poros redondos, triangulares o rectangulares puede ser empleada, pero una banda con poros redondos es preferida. El espesor del material de filtración es preferiblemente de 5 mm o menor, más preferiblemente de 0.1 mm a 2 mm.

La cantidad de la pulpa por área de filtración es preferiblemente de 50 Kg/m2 o menor, más preferiblemente 10 Kg/m2 o menor. Las cantidades de pulpa que exceden el intervalo anterior, pueden hacer el contacto uniforme difícil. Por otra parte, el límite inferior es preferiblemente de 0.5 Kg/m2.

En la invención, un alcohol inferior (preferiblemente, un alcohol que tiene de 1 a 4 átomos de carbono) o el otro solvente inerte puede también ser usado. El uso de tal solvente hace posible mejorar la uniformidad de la distribución del álcali y además proveer celulosa alcalina con una densidad global mejorada.

En la invención, después que la pulpa y la solución de hidróxido de metal alcalino son traídas en contacto entre sí, por ejemplo, en un contactador tipo filtro al vacío horizontal continuo, el producto de contacto así obtenido es drenada por un drenador tal como un exprimidor para remover la solución de hidróxido de metal alcalino extra de tal manera que el residuo se convierte en la celulosa alcalina correspondiente .

El drenador puede incluir un drenador que hace uso de fuerza centrífuga tal como un decantador o un cesto giratorio, un drenador mecánico tal como una prensa de tipo rollo, una prensa de disco en forma de V o una prensa de cesto y un filtro al vacio. Desde el punto de vista drenado uniforme, un drenador que hace uso de una fuerza centrifuga es preferido. Además, un drenador capaz de tratamiénto continuo es también preferido. Ejemplos pueden incluir un deshidratador centrifugo tipo descarga de tornillo, un separador centrifugo tipo placa de extrusión y un decantador. En un drenador que hace uso de fuerza centrifuga, un grado de drenado requerido puede ser obtenido al ajusfar la velocidad de rotación del drenador. En un drenador mecánico y un filtro al vacio, se puede obtener un grado de drenado requerido al ajusfar la presión de drenado y el grado de vacio, respectivamente.

La solución de hidróxido de metal alcalino recuperada por drenado puede ser reciclada. Para el reciclado, es preferido suministrar una solución de hidróxido de metal alcalino al sistema continuamente en una cantidad de igual a aquella de la solución de hidróxido de metal alcalino extraída del sistema como celulosa alcalina. En este caso, después que la solución alcalina recuperada mediante drenado es transferida al tanque una vez y luego suministrada de este tanque a un aparato para contacto, una nueva solución de hidróxido de metal alcalino puede ser agregada para mantener un nivel constante en el tanque.

Cuando la solución de álcali recuperada por drenado es reciclada, es particularmente preferible usar tanto un separador centrifugo continuo que tiene un rotor perforado como un separador centrífugo continuo que tiene un rotor sin perforar en combinación. Esto hace posible impedir la obturación del separador centrífugo que tiene un rotor perforado e impedir mediante esto la falla por filtración u oscilación del separador centrífugo provocado por la falla de filtración. El producto de contacto de la pulpa y la solución de hidróxido de metal alcalino es separado en un líquido y un sólido al usar un separador centrífugo continuo que tiene un rotor perforado. Luego, un sólido fino en el líquido separado es recuperado utilizando un separador centrífugo continuo que tiene un rotor sin perforar. Todo o parte del líquido separado por el separador centrífugo continuo que tiene un rotor perforado puede ser introducido directamente al separador centrífugo continuo que tiene un rotor sin perforar. Alternativamente, puede ser una vez transferido al tanque y luego introducido al separador centrífugo continuo que tiene un rotor sin perforar. El sólido recuperado del líquido separado al usar el separador centrífugo continuo que tiene un rotor sin perforar puede ser usado como celulosa alcalina.

El separador centrífugo continuo puede controlar el número de rotaciones lo que significa un efecto centrífugo, dependiendo del tiempo de contacto y la temperatura de contacto entre la pulpa y la solución de hidróxido de metal alcalino y el grado de drenado necesario. Al controlar el efecto centrífugo, la concentración de la solución de hidróxido de metal alcalino alimentada repetidamente para el contacto con la pulpa puede ser mantenida constante y como resultado, se puede obtener éter de celulosa que tiene alta transparencia. Cuando se pretende un incremento en el tiempo de contacto y/o la temperatura de contacto bajo las condiciones de operación presentes, el efecto centrífugo puede ser reducido. Cuando se pretende una disminución én el tiempo de contacto y/o temperatura de contacto, el efecto centrífugo puede ser incrementado. Las variaciones en la concentración de la solución de hidróxido de metal alcalino son reducidas preferiblemente a dentro de ±10%, más preferiblemente dentro de ±5%.

Como se describe en "New Edition Chemical Engineering Dictionary Edited by Society for Chemical Engineers, Japan", publicada el 30 de mayo de 1974, el efecto centrífugo es un valor que indica la magnitud de la fuerza centrífuga y es dado por la proporción de la fuerza centrífuga a la fuerza de la gravedad. El efecto centrífugo Z es representado por la siguiente ecuación: Z = (co2r)/g = V2/(gr) = 7t2N2r/(900g) en donde "r" representa un radio de rotación (unidad: m) de un rotor, "?" representa la velocidad angular (unidades: radianes/segundos) del rotor, "V" representa la velocidad periférica (m/segundos ) del rotor, "N" representa el número de revoluciones (rpm) del rotor y "g" representa la aceleración de la gravedad (m/s2) .

La proporción en peso del hidróxido de metal alcalino contenido en la retorta obtenida en la etapa de drenado al componente sólido en la pulpa (componente de hidróxido de metal alcalino/sólido en la pulpa) está preferiblemente en un intervalo de 0.3 a 1.5, más preferiblemente de 0.65 a 1.30, todavía más preferiblemente de 0.90 a 1.30. Cuando la proporción en peso es de 0.3 a 1.5, el éter de celulosa así obtenido puede tener alta transparencia. El componente sólido en la pulpa puede incluir, además de celulosa que es el componente principal, hemicelulosa, lignina, materia orgánica tal como resina y materia inorgánica tales como componentes de Se y Fe.

La proporción en peso (hidróxido de metal alcalino) / (componente sólido de la pulpa) puede ser determinada por el siguiente método de titulación cuando el hidróxido de metal alcalino es por ejemplo, hidróxido de sodio.

En primer lugar, se recolectan 4.00 g de una retorta y se determina la cantidad (% en peso: % en peso) del hidróxido de metal alcalino contenido en la retorta mediante titulación de neutralización (0.5 mol/litro de H2S0 , indicador: fenolftaleína) . Una prueba en blanco es también efectuada de la misma manera. % en peso de hidróxido de metal alcalino = (factor de normalidad) x {(cantidad dejada caer (mi) de H2S04) - (cantidad dejada caer (mi) de H2S04 en la prueba en blanco) } Utilizando el % en peso del hidróxido de metal alcalino contenido en la retorta, (hidróxido de metal alcalino) / (componentes sólidos en la pulpa) se determina luego de acuerdo con la siguiente ecuación: (peso de .hidróxido de metal alcalino) / (peso de componente sólido en la pulpa)' = (% en peso de hidróxido de metal alcalino) / [{100 (% en peso de hidróxido de metal alcalino) / (B/100) } x (S/100) ] En la ecuación anterior, B representa la concentración (% en peso) de la solución de hidróxido de metal alcalino y "S" representa la concentración (% en peso) del componente sólido en la pulpa. La concentración del componente sólido en la pulpa es obtenida al dividir el peso seco después de secado de aproximadamente 2 g de la pulpa a 105°C por 2 horas, por el peso de la pulpa y luego expresar el cociente en % en peso.

En la invención, al medir la velocidad de alimentación de la pulpa y medir la velocidad de recuperación de la celulosa alcalina drenada o de la velocidad de consumo de la solución de hidróxido de metal alcalino y calcular la composición de la celulosa alcalina en la presente en base a sus proporciones en peso, es posible controlar el tiempo de contacto, la temperatura de la solución de hidróxido de metal alcalino en el filtro al vacio horizontal continuo, o el grado de drenado tal como presión de exprimido para conformarse a la composición calculada a una composición objetivo. Las operaciones de medición, cálculo y control descritas anteriormente pueden ser automatizadas.

La composición de la celulosa alcalina puede ser seleccionada por el grado de eterificación del éter de celulosa obtenido de la celulosa alcalina, esto es, el grado de sustitución de la celulosa alcalina.

Utilizando la celulosa alcalina obtenida mediante el método de preparación descrito anteriormente como materia prima, se puede preparar éter de celulosa de manera conocida.

El método de reacción puede incluir un proceso por lotes y un proceso continuo. El proceso de reacción continuo es preferible debido a que un proceso continuo es usado preferiblemente para la preparación de la celulosa alcalina de la invención, pero el proceso por lotes es también utilizable.

En el proceso por lotes, la celulosa alcalina descargada del drenador puede ser almacenada en un tanque de almacenamiento temporal, o colocada directamente en un reactor de eterificación . Es preferible, desde el punto de vista de productividad más alta almacenar la celulosa alcalina en el tanque de almacenamiento temporal y luego colocarla en un recipiente de reacción en un corto tiempo, reduciendo mediante esto el tiempo de ocupación en el reactor de eterificación . Para suprimir la disminución en el grado de polimerización, el tanque de almacenamiento temporal tiene preferiblemente una atmósfera libre de oxigeno mediante reemplazo con vacio o nitrógeno .

Ejemplos de éter de celulosa obtenibles de la celulosa alcalina resultante como un material de partida incluyen alquil celulosa, hidroxialquil celulosa, hidroxialquilalquil celulosa y carboximetil celulosa.

Ejemplos de la alquil celulosa incluyen metil celulosa que tiene un grupo metoxi (DS) de 1.0 a 2.2 y etil celulosa que tiene un grupo etoxi (DS) de 2.0 a 2.6. Se debe notar que DS representa el grado de sustitución y significa el número promedio de grupos hidroxilo reemplazados por un grupo metoxi por unidad de anillo de glucosa de celulosa, mientras que MS representa sustitución molar y significa el promedio en mol de grupo hidroxipropoxi o grupo hidroxietoxi agregado por unidad de anillo de glucosa de celulosa.

Ejemplos de la hidroxialquil celulosa pueden incluir hidroxietil celulosa que tiene un grupo hidroxietoxi (MS) de 0.05 a 3.0 e hidroxipropil celulosa que tiene un grupo hidroxipropoxi (MS) de 0.05 a 3.3.

Ejemplos de la hidroxialquilalquil celulosa puede incluir hidroxietilmetil celulosa que tiene un grupo metoxi (DS) de .1.0 a 2.2 y un grupo hidroxietoxi (MS) de 0.1 a 0.6, hidroxipropilmetil celulosa que tiene un grupo metoxi (DS) de 1.0 a 2.2 y un grupo hidroxipropoxi (MS) de 0.1 a 0.6, e hidroxietiletil celulosa que tiene un grupo etoxi (DS) de 1.0 a 2.2 y un grupo hidroxietoxi (MS) de 0.1 a 0.6.

Ejemplos adicionales incluyen carboximetil celulosa que tiene un grupo carboximetoxi (DS) de 0.2 a 2.0.

Ejemplos del agente eterificante pueden incluir haluros de alquilo tales como cloruro de metilo y cloruro de etilo; óxidos de alquileno tales como óxido de etileno y óxido de propileno; y ácido monocloroacético .

EJEMPLOS La presente invención será descrita por Ejemplos. No se debe interpretar que la invención está limitada a o por estos Ejemplos.

Ejemplo 1 Fragmentos de pulpa derivados de madera y que tienen una concentración de componente sólido de 93% en peso, cada uno de los fragmentos es de 10 mm cuadrados, fueron introducidos a una velocidad de 60 Kg/hora a un extremo de un filtro de vacio tipo banda horizontal de 0.2 m de ancho y 1.0 m de largo. Como material de filtración, se usó una banda de metal perforada que tiene un espesor de 1 mm y agujeros con un diámetro de 2 mm. La velocidad de movimiento de la banda fue de 0.025 m/s. Boquillas de atomización fueron provistas a O m, 0.2 m, 0.4 m, 0.6 m y 0..8 m en la dirección de movimiento y 2 cm, 6 cm, 10 cm, 14 cm y 18 cm desde un extremo en una linea recta en la dirección del ancho. Una solución acuosa al 49% en peso de hidróxido de sodio a 40°C fue atomizada a una velocidad de atomización de 120 litros/hora por boquilla. Al mismo tiempo, la solución acuosa al 49% en peso de hidróxido de sodio que se había hecho pasar a través de una capa de retorta fue succionada de un plano de filtración. Dispositivos de liberación tipo tornillo, cada uno que tiene la función de controlar el nivel de altura y reunir un producto de contacto entre la pulpa y la solución de hidróxido de metal alcalino desde ambos extremos a la mitad, fueron instalados a posiciones de 0.2 m y 0.4 m en la dirección de movimiento. Los dispositivos de nivelación permitieron una altura de deposición uniforme de 100 mm. El producto de contacto entre la pulpa y la solución de hidróxido de metal alcalino fue mezclado al usar el dispositivo de nivelación.

Una solución acuosa al 49% en peso de hidróxido de sodio a 40°C fue suministrada a 2 m3/hora a la salida del filtro al vacío horizontal continuo para fluidizar el producto de contacto. Una mezcla de los fragmentos de pulpa y la solución acuosa de hidróxido de sodio descargada del filtro al vacío horizontal continuo fue drenada continuamente mediante una prensa de disco en forma de V que sirve como drenador. Después de la descarga del producto de contacto entre la pulpa y la solución de hidróxido de metal alcalino, la banda de metal fue lavada con una solución acuosa al 49% en peso de hidróxido de sodio a 40°C desde el lado posterior de la misma. Una proporción en peso del hidróxido de metal alcalino en la celulosa alcalina resultante al componente sólido en la pulpa fue determinado por el método de titulación. Fue de 1.25.

La celulosa alcalina (20 Kg) fue colocada en una reactor resistente a la presión y después del vacio, se hizo reaccionar con 11 Kg de cloruro de metilo y 2.7 Kg de óxido de propileno. El producto de1 reacción fue lavado, secado y pulverizado para obtener hidroxipropilmetil celulosa. La hidroxipropilmetil celulosa resultante tenia un grupo metoxi (DS) de 1.90 y un grupo hidroxipropoxi (MS) de 0.24. Una solución acuosa al 2% en peso de la hidroxipropilmetil celulosa tenia una viscosidad de 10,000 mPa/s a 20°C. La transmitancia a la luz de la solución acuosa al 2% en peso de hidroxipropilmetil celulosa a 20°C fue de 99.0% tal como es medida con un calorímetro fotoeléctrico tipo PC-50 utilizando una longitud de celda de 20 mm y longitud de onda de 720 nm.

Ejemplo 2 Se preparó celulosa alcalina de la misma manera como en el Ejemplo 1, excepto que la velocidad de movimiento de la banda fue de 0.033 m/segundo, se usó un dispositivo de nivelación tipo cuchilla en lugar de esto y un deshidratador centrifugo tipo descarga de tornillo que tiene un efecto centrifugo de 600 como drenador fue colocado en la salida del filtro al vacio horizontal continuo.

La proporción en peso del hidróxido de metal alcalino en la celulosa alcalina resultante al componente sólido en la pulpa fue determinada por el método de titulación y se encontró que era de 1.00.

La celulosa alcalina (17.2 Kg) fue colocada en un reactor resistente a la presión y después del vacio, se hizo reaccionar con 9 Kg de cloruro de metilo y 1.4 Kg de óxido de propileno. · El producto de reacción fue lavado, secado y pulverizado para obtener hidroxipropilmetil celulosa.

La hidroxipropilmetil celulosa asi obtenida tenia un grupo metoxi (DS) de 1.80 y un grupo hidroxipropoxi (MS) de 0.14. Una solución acuosa al 2% en peso de la hidroxipropilmetil celulosa tenia una viscosidad de 9,800 mPa/s a 20°C. La transmitancia a la luz de la solución acuosa al 2% en peso de la hidroxipropilmetil celulosa a 20°C fue de 97.5% tal como es medida con un calorímetro fotoeléctrico tipo PC-50 utilizando una longitud de celda de 20 mm y una longitud de onda de 720 nm.

Ejemplo 3 Se preparó celulosa alcalina de la misma manera como en el Ejemplo 1 excepto que la atomización de las boquillas de atomización a O m, 0.2 m y 0.4 m en la dirección de movimiento fue omitida y un deshidratador centrifugo tipo placa de extrusión con un tamiz de hendidura de 0.2 mm que tiene un efecto centrifugo de 600 como drenador fue colocado en la salida del filtro al vacio horizontal continuo.

La proporción en peso del hidróxido de metal alcalino en la celulosa alcalina resultante a los componentes sólidos en la pulpa fue determinada mediante el método de titulación y se encontró que era de 0.70.

La celulosa alcalina (18.8 Kg) fue colocada en un reactor resistente a la presión y después del vacio, se hizo reaccionar con 9 Kg de cloruro de metilo y 2.5 Kg de óxido de propileno. El producto de reacción fue lavado, secado y pulverizado para obtener hidroxipropilmetil celulosa. La hidroxipropilmetil celulosa resultante tenia un grupo metoxi (DS) de 1.45 y un grupo hidroxipropoxi (MS) de 0.20. Una solución acuosa al 2% en peso de la hidroxipropilmetil celulosa tenia una viscosidad de 9,800 mPa/s a 20°C. La transmitancia a la luz de la solución acuosa al 2% en peso de la hidroxipropilmetil celulosa a 20°C fue de 97.0%, tal como es medida con un calorímetro fotoeléctrico tipo PC-50 utilizando una longitud de celda de 20 mm y longitud de onda de 720 nm.

Ejemplo 4 Se preparó celulosa alcalina de la misma manera como en el Ej emplo 1 excepto que la velocidad de movimiento de la banda fue cambiada a 0 . 033 m/segundo, la atomización de las boquillas de atomización en posiciones de 0 m, 0 . 2 m y 0 . m en la dirección de movimiento fue omitida y un deshidratador centrifugo tipo placa de extrusión con un tamiz de hendidura de 0 . 2 mm que tiene un efecto centrifugo de 600 como drenador fue colocado en la salida del filtro al vacio horizontal continuo .

La proporción en peso del hidróxido de metal alcalino en la celulosa alcalina resultante a los componentes sólidos en la pulpa fue determinada por el método de titulación y se encontró que era de 0 . 50 .

La celulosa alcalina (18.8 Kg) fue colocada en un reactor resistente a la presión y después de vacio, se hizo reaccionar con 9 Kg de cloruro de metilo y 2.5 Kg de óxido de propileno. El producto de reacción fue lavado, secado y pulverizado para obtener hidroxipropilmetil celulosa. La hidroxipropilmetil celulosa resultante tenia un grupo metoxi (DS) de 1.35 y un grupo hidroxipropoxi (MS) de 0.25. Una solución acuosa al 2% en peso de la hidroxipropilmetil celulosa tenia una viscosidad de 9, 800 mPa/s a 20°C. La transmitancia a la luz de la solución acuosa al 2% en peso de la hidroxipropilmetil celulosa a 20°C fue de 96.0% tal como es medida con un calorímetro fotoeléctrico tipo PC-50 utilizando una longitud de celda de 20 mm y una longitud de onda de 720 nm.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método para la preparación de celulosa alcalina, caracterizado porque comprende: una etapa de filtración de contacto de traer una pulpa en contacto con una solución de hidróxido de metal alcalino sobre un plano de filtración móvil para la filtración al vacio para recolectar un producto de contacto remanente sobre el plano de filtración y una etapa de drenado para drenar el producto de contacto recolectado para obtener una retorta.

2. El método de preparación de celulosa alcalina de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la proporción en peso de hidróxido de metal alcalino contenido en la retorta al componente sólido en la pulpa (hidróxido de metal alcalino/componente sólido en la pulpa) es. ajustada al cambiar la velocidad de movimiento del plano de filtración o la distancia de contacto de la pulpa y la solución de hidróxido de metal alcalino.

3. El método para la preparación de celulosa alcalina de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la proporción en peso del hidróxido de metal alcalino contenido en la retorta al componente sólido en la pulpa (hidróxido de metal alcalino/componente sólido en la pulpa) está en un intervalo de 0.3 a 1.5.

. Un método para la preparación de éter de celulosa, caracterizado porque comprende la etapa de hacer reaccionar la celulosa alcalina preparada mediante el método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 con un agente de eterificación.

5. Un aparato para la preparación de celulosa alcalina, caracterizado porque comprende: un contactador tipo filtro al vacio horizontal continuo que comprende: un plano de filtración horizontal que se mueve en dirección horizontal, una entrada de pulpa para introducir pulpa sobre el plano de filtración móvil, una compuerta de atomización para atomizar un solución de hidróxido de metal alcalino a la pulpa asi introducida, una bomba de vacio que permite succión de vacio del plano de filtración móvil y una salida para recolectar un producto de contacto remanente sobre el plano de filtración después de traer la pulpa en contacto con la solución de hidróxido de metal alcalino sobre el plano de filtración móvil para la filtración al vacio y un drenador para drenar el producto de contacto recolectado de la salida para obtener una retorta.