-
Verfahren zum kontinuierlichen Vermischen von Alkalicellulose mit
flüssigen oder festen Verätherungsmitteln Die Überführung von Cellulose in Celluloseäther
verläuft im allgemeinen über drei Verfahrensstufen: Herstellen der Alkalicellulose,
Vermischen der Alkalicellulose mit dem Verätherungsmittel und Durchführen der Verätherungsreaktion.
Diese Verfahren, vor allen Dingen das Vermischen der Alkalicellulose mit dem Verätherungsmittel,
sind bisher meist diskontinuierlich durchgeführt worden, indem man die zerkleinerte
Alkalicellulose in an sich bekannten Mischvorrichtungen mit dem Verätherungsmittel
versetzt und dann das Gemisch dem Reaktionsgefäß zugeführt hat.
-
Das Vermischen im allgemeinen in Vorrichtungen, in denen das Gemisch
aus Alkalicellulose und Verätherungsmittel durch Schaufeln, Greifarme, gekröpfte
Wellen usw. bewegt wird. Diesem Verfahren haften die bekannten Nachteile des diskontinuierlichen
Arbeitens an: Um große Durchsätze zu erzielen, braucht man verhältnismäßig große
Gefäße, in denen das Ausgangsmaterial aber verhältnismäßig lange bearbeitet werden
muß, um einen guten Mischeffekt zu erzielen. Dabei läßt sich aber eine dauernde
Einwirkung der Luft auf die Alkalicellulose schlecht vermeiden; das Cellulosemolekül
wird mehr oder minder abgebaut, und man erhält Produkte, deren Polymerisationsgrad
erheblich schwanken kann. Hinzu kommen die Schwierigkeiten, die auftreten, wenn
feste hygroskopische oder sehr reaktionsfähige Verätherungsmittel verwendet werden.
Diese geben bei zu langer Dauer des Vermischens Anlaß zur Klumpenbildung und erschweren
die Verarbeitung der Masse.
-
Diese Schwierigkeiten werden nun vermieden, wenn man den ganzen Arbeitsgang
erfindungsgemäß dadurch kontinuierlich gestaltet, daß man einen Gasstrom erzeugt,
in dem zerfaserte Alkalicellulose und feinverteiltes, flüssiges oder festes Verätherungsmittel
aufgewirbelt sind, dann das in Form einer lockeren Masse vorliegende Gemisch aus
zerfaserter Alkalicellulose und Verätherungsmittel derart bewegt, daß die einzelnen
Partikeln des Gemisches ihre Lage zueinander dauernd ändern, und schließlich dieses
Gemisch in einer Zerkleinerungsvorrichtung, deren Zerkleinerungsorgane sich in relativer
Bewegung befinden, scherenden Kräften aussetzt.
-
Es ist ein besonderes Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens, daß
es sich innerhalb sehr kurzer Zeitspannen abspielt. Die Verweilzeit der Alkalicellulose
in der Apparatur, in der der Gasstrom mit der darin verteilten zerfaserten Alkalicellulose
erzeugt wird, hier der Einfachheit halber Zerfaserer genannt, beträgt etwa 0,02
bis 2 Sekunden, vorzugsweise 0,1 bis 1 Sekunden. Die Zeit, während der das Gemisch
aus Alkalicellulose und Verätherungsmittel in dem anschließenden Vormischprozeß
bewegt wird, ist demgegenüber wesentlich größer;
sie kann 10 bis 120 Sekunden, vorzugsweise
30 bis 60 Sekunden, betragen. Die Verarbeitung des so vorgemischten Materials unter
Einwirkung scherender Kräfte spielt sich wiederum innerhalb sehr kurzer Zeiträume
ab, die annähernd der Verweilzeit im Zerfaserer gleich sind. Das ganze Verfahren
kann daher innerhalb von 20 bis 200 Sekunden ablaufen.
-
Die Erzeugung des Gasstromes mit den darin feinverteilten zerfaserten
Alkalicellulosepartikeln vollzieht sich im allgemeinen in Vorrichtungen, in denen
die Alkalicellulose der Einwirkung scherender Kräfte ausgesetzt wird. Diese scherenden
Kräfte entstehen durch relative Bewegung zweier Zerkleinerungsorgane. Derartige
Zerkleinerungsorgane sind z. B. zwei verzahnte Mahlscheiben, von denen wenigstens
eine mit hoher Geschwindigkeit rotiert.
-
Die andere Mahl scheibe kann ruhen oder in gleichem oder entgegengesetztem
Sinne rotieren, wobei lediglich eine relative Bewegung zwischen beiden bestehen
muß, wodurch die Zerfaserung bewirkt wird. Zu dem gleichen Zweck können aber auch
andere Apparaturen verwandt werden, z. B. rotierende Schlagkreuz- oder Hammermühlen,
wobei die rotierenden Zerkleinerungsorgane sich in einem meist ruhenden Siebkorb
befinden. Bei allen diesen Einrichtungen wird durch das Rotieren der Zerkleinerungsorgane
ein Gas strom erzeugt, der die zerfaserte Alkalicellulose aus dem Ausblasstutzen
der Zerkleinerungsvorrichtung herausschleudert.
-
Unter der Wirkung der Zentrifugalkraft wird die eingebrachte Alkalicellulose
zwischen den Mahlscheiben hindurchgetrieben, wobei sie in feine Fasern
errissen
wird. Gibt man nun die Alkalicellulose in inem in Zusammensetzung und Gewicht pro
Zeitein .eit gleichmäßigen Strom in den Zerfaserer, so iefert dieser einen im wesentlichen
gleichmäßigen ,uftstrom, der mit den Partikeln der zerfaserten ilkalicellulose beladen
ist. Es empfiehlt sich, die klkalicellulose, die nach dem Tauchen und Abpressen
neist noch die Form der ursprünglich angewandten Melluloseblätter hat, gegebenenfalls
so weit vorzu-:erkleinern, daß sie in kontinuierlichem Strom in die tingabeöffnung
der Maschine gegeben werden kann. kleine Schwankungen in der Eindosierung derAlkaliellulose
werden durch den Zerfaserer ausgeglichen.
-
Das flüssige oder feste Verätherungsmittel, mit lem die Alkalicellulose
umgesetzt werden soll, wird iun in feinverteilter Form, vorzugsweise als ver täubte
oder vernebelte Flüssigkeit oder als vertäubter Feststoff, in den Zerfaserer gegeben.
Dabei wann ~ das feinverteilte Verätherungsmittel bereits nit der Cellulose durch
die Zerkleinerungsorgane hinlurchtreten; es hat sich aber als besonders zwecknäßig
erwiesen, das Verätherungsmittel erst dem lurch den Zerfaserer erzeugten Strom feinverteilter,
n Luft aufgewirbelter Alkalicellulose zuzusetzen.
-
3eispielsweise wird zu diesem Zweck mit Hilfe eines itentilators ein
Überdruck erzugt, der dazu dient, das irerätherungsmittel hinter dem Austrittsstutzen
des 7erfaserers z. B. tangential einzublasen. Man kann leber auch hinter dem Zerfaserer
eine Düse anbringen, lurch die das Verätherungsmittel in den mit Alkaliellulosepartikeln
beladenen Gasstrom hineingesaugt zder hineingedrückt wird.
-
Das Verätherungsmittel kann in festem oder flüssigem Zustand angewandt
werden. Feste Veritherungsmittel sind beispielsweise Halogenfettsäuren, insbesondere
Chloressigsäure, Halogenalkyljulfonsäuren, insbesondere Chloräthansulfonsäure und
deren Salze. Man kann aber auch flüssige Veritherungsmittel anwenden, wie z. B.
Lösungen der zbengenannten festen Verätherungsmittel. Als Lösungsmittel dient vorzugsweise
Wasser. Zu den Flüssigen Verätherungsmitteln gehören auch unter den Arbeitsbedingungen,
d. h. bei Temperaturen bis zu 500 C, nicht verdampfende organische Flüssigkeiten,
z. B. Sultone. Feste Verätherungsmittel können auch in Luft aufgewirbelt dem Alkalicellulosestrom
zugesetzt werden.
-
Es folgt nun das Vormischen, das zu einem wesentlichen Teil für die
Erzielung gleichmäßiger und einheitlicher Produkte verantwortlich ist. Beim Vormischen
wird das Gemisch aus Alkalicellulose und Verätherungsmittel in Form einer lockeren
Masse, d. h. ohne Einwirkung von Druck, bewegt, wobei sich die Lage der einzelnen
Partikeln des Gemisches zueinander dauernd ändert.
-
Dieses Vormischen kann in verschiedener Weise durchgeführt werden.
Entweder man beruhigt den aus dem Zerfaserer kommenden und mit Verätherungsmittel
beladenen Strom, so daß Alkalicellulose und Verätherungsmittel aus dem Strom abgeschieden
werden, und führt die Alkalicellulose in ein beliebig gestaltetes Gefäß, in dem
diese umgewälzt wird, z. B. in ruhende Gefäße über, in denen Kneter Schnecken oder
andere bewegte Vorrichtungen für ein Bewegen der Masse sorgen, oder in bewegte Gefäße,
z. B. in Drehrohre oder Mischtrommeln, in denen die Bewegung der Gefäße, gegebenenfalls
zusammen mit darin vorhandenen bewegten oder ruhenden Einbauten, für die dauernde
Lageänderung der locker zusammenliegenden Partikeln sorgt. Bei
den zum Vormischen
dienenden Vorrichtungen kann es sich auch um Fördereinrichtungen handeln, wie beispielsweise
lange halbrunde Tröge, in denen Schnecken für eine Förderung der Masse sorgen, oder
drehende-geneigte Rohre, die langsam von der lockeren Gemischmasse durchwandert
werden.
-
Der Vormischprozeß kann aber dadurch noch einfacher gestaltet werden,
daß der mit dem Verätherungsmittel beladene Alkalicellulosestrom nicht erst beruhigt,
sondern einer Wirbelstrecke zugeführt wird. Zu diesem Zweck wird der Strom durch
Apparaturen geleitet, in denen die Bewegung des Gases und der Alkalicellulose bzw.
Verätherungsmittel noch eine Zeitlang aufrechterhalten wird. Da die Partikeln der
Alkalicellulose und der Verätherungsmittel auf Grund verschiedener Dichten geringe
relative Geschwindigkeiten besitzen, findet außer der Wirbelbewegung in der Luft
noch ein gegenseitiges Überrollen von Alkalicellulose und Verätherungsmittel statt.
Dadurch wird den Partikeln Gelegenheit gegeben, sich zu berühren und aneinanderzuhaften,
wobei eine sehr feine und gleichmäßige Verteilung untereinander stattfindet. Das
Wirbeln kann in den verschiedensten Apparaturen vorgenommen werden.
-
Hierzu eignen sich beispielsweise zylindrische oder zylinderförmige
Räume, in die man den Strom tangential, vorzugsweise von oben einführt, so daß das
Material darin in Spirallinien umherwirbelt. Ein solcher Wirbelstrom unterscheidet
sich von den bekannten Zyklonen, die zur Abtrennung von Feststoffen aus Gasströmen
dienen, dadurch, daß er in Richtung der Zylinderachse keinen Gasaustritt besitzt.
Dadurch bleibt der Strom in dauernder Bewegung, und es erfolgt ein gleichmäßiges
Vormischen beider Komponenten.
-
Ist so ein gleichmäßiges Vormischen und Zusammenführen der zunächst
getrennten Partikeln von Alkalicellulose und Verätherungsmittel erzielt, so wird
das Gemisch in die Mischmühle übergeführt.
-
Wurde das Vormischen in einer Wirbelstrecke durchgeführt, so kann
das vorgemischte Gut von der Mischmühle direkt angesaugt werden. Man kann aber auch
den Gas strom zunächst von dem Gemisch trennen und das letztere in derselben Weise
in die Mischmühle überführen, wie es immer dann erfolgt, wenn man den aus dem Zerfaserer
austretenden und mit Alkalicellulose beladenen Luftstrom beruhigt und das Vormischen
an der aufgeschütteten Masse vornimmt.
-
Als Mischmühle kann dieselbe Vorrichtung dienen, wie sie zum Zerfasern
des Materials benutzt worden ist. Sie hat praktisch keine Zerfaserungsarbeit zu
leisten; ihr fällt lediglich die Aufgabe zu, das im Zerfaserer aufgelockerte Material
intensiv mit dem Verätherungsmittel zu mischen. Aus diesem Grunde ist es vorteilhaft,
eine Mischmühle zu verwenden, die lediglich zwei in relativer Bewegung zueinander
befindliche glatte Scheiben, aber keine Verzahnungen besitzt. Dadurch wird ein Verschmieren
der Mühle und ein Anbacken von Material an eventuell vorhandenen Zähnen, an Mahlscheiben
oder Mahlsegmenten vermieden. Allerdings arbeiten viele derartige Mühlen mit so
hohen Geschwindigkeiten, daß die auftretende Zentrifugalkraft die bewegten Teile
von Ansätzen frei hält. Stiftmühlen und viele andere Bauarten, wie z. B. ein innerhalb
eines Zylinders laufender Rotor, entwickeln solche Zentrifugalkräfte, so daß Zähne,
Stifte oder andere Vorsprünge nicht zu Störungen Anlaß geben.
-
Das aus der Mühle austretende Material kann nun der Reaktion zugeführt
werden. Die Reaktionsteilnehmer
sind in diesem Produkt gut miteinander
vermischt, so daß man zu gleichmäßigen Celluloseäthern kommt. Da der ganze Mischprozeß
nur sehr wenig Zeit beansprucht, hat die Cellulose wenig Gelegenheit, mit der Luft
in Berührung zu kommen und so abgebaut zu werden.
-
Beispiel Durch Tauchen von 100 Gewichtsteilen lufttrockener Cellulose
in 170/oiger Natronlauge und Abpressen des Natronlaugeüberschusses bis auf ein Gewicht
von 270 Gewichtsteilen wird eine Alkalicellulose mit 13,3 Gewichtsprozent freiem
Alkali hergestellt. Diese in Form großer Blätter vorliegende Alkalicellulose wird
in einer geeigneten Apparatur in kleine Stücke von etwa 2 bis 3 cm Durchmesser und
0,3 cm Dicke zerrissen. Die zerrissene Alkalicellulose wird dann in einer Menge
von etwa 110kg/Stunde einem Zerfaserer zugeführt, in dem sich die verzahnten Mahlscheiben
mit einer Geschwindigkeit von 1400 Umdrehungen/Minute relativ zueinander bewegen.
Durch die rotierenden Mahlscheiben wird ein starker Luftstrom erzeugt, der die vorzerkleinerte
Alkalicellulose in die Mühle saugt und sie nach dem Zerfasern in Form eines damit
beladenen Luftstroms auswirft. In den Ausbiasestutzen führt die Zuleitung des Verätherungsmittels
hinein. Mittels einer Dosierschnecke werden 32 kg/Stunde feingepulvertes, festes,
chloressigsaures Natrium über einen Ventilator mit einem geringen Überdruck in den
Ausblasestutzen des Zerfaserers eindosiert. Der so erzeugte Luftstrom, in dem zerfaserte
Alkalicellulose und feinpulverisiertes chloressigsaures Natrium zerstäubt sind,
tritt nun in einen Wirbelturm über, der etwa 2m Höhe und 1 m Durchmesser besitzt.
In diesem Wirbelturm wirbelt das Material umher und tritt nach einer Verweilzeit
von etwa 5 bis 20 Sekunden am unteren Ende in die Mischmühle über. Dieser Vorgang
wird durch den von der Mischmühle, die von gleicher Bauart wie die Zerfasermühle
sein kann, aber Mahlscheiben besitzt, erzeugten Sog begünstigt.
-
An den Ausblasestutzen der Mischmühle kann ein Zyklon angeschlossen
werden, in dem das nunmehr sehr homogene Gemisch aus zerfaserter Alkalicellulose
und chloressigsaurem Natrium aus dem Luftstrom abgeschieden wird. Das Gemisch wird
nun in an sich bekannter Weise zur Reaktion gebracht, wobei man zweckmäßigerweise
für Luftabschluß sorgt.
-
Läßt man das Gemisch in verschlossenen Gefäßen 8 Stunden stehen, so
erhält man nach der Aufarbeitung eine Celluloseglykolsäure mit einem Substitutionsgrad
von 0,76 C H2 CO O Na - Gruppen pro
C6Hl005-Einheit. Das Produkt besitzt einen Fasergehalt
von 0,23 O/o.
-
PATENTANSPROCHE 1. Verfahren zum kontinuierlichen Vermischen von
Alkalicellulose mit flüssigen oder festen Verätherungsmitteln, dadurch gekennzeichnet,
daß man einen Gasstrom erzeugt, in dem zerfaserte Alkalicellulose und feinverteiltes
Verätherungsmittel aufgewirbelt sind, dann das in Form einer lockeren Masse vorliegende
Gemisch aus zerfaserter Alkalicellulose und Verätherungsmittel derart bewegt, daß
die einzelnen Partikeln des Gemisches ihre Lage zueinander dauernd ändern, und schließlich
dieses Gemisch in einer Zerkleinerungsvorrichtung, deren Zerkleinerungsorgane sich
in relativer Bewegung befinden, scherenden Kräften aussetzt.