DE2151973C2 - Verfahren zur Herstellung von schwach sauer reagierenden Natrium- oder Kaliumsalzen von Carboxymethylcellulose und schwach saure Natriumcarboxymethylcellulose - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von schwach sauer reagierenden Natrium- oder Kaliumsalzen von Carboxymethylcellulose und schwach saure NatriumcarboxymethylcelluloseInfo
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Description
an unlöslichem Gel zwischen 13,9 und 30,7 aufwiesen. Dies bedeutet, daß die Produkte der Beispiele der
US-PS 28 16 889 eine Wasserlöslichkeit zwischen 693 und 86,1%, also nicht eine Wasserlöslichkeit von
weniger als 35% aufwiesen. Die Produkte der US-PS 28 16 889, die beim Lösen in Wasser einen gewissen
gelförmigen Rückstand ergaben, haben mit den Produkten der vorliegenden Erfindung, die im wesentlichen
wasserunlöslich sind und sich für die Herstellung saugfähiger Gebilde, wie Windeln, eignen, nicht zu tua
Um die vorteilhaften Eigenschaften der erfindungsgemäßen Produkte zu verdeutlichen, zeigt die folgende
Zusammenstellung Vergleichsdaten der Produkte der j nachfolgenden Beispiele 1 bis 3 gegenüber Baumwollund.
Reyonfasern, wie sie bisher typischerweise zur Herstellung von Menstruationstampons eingesetzt
wurden, im Hinblick auf Salzwasserretention (SRW) und Wasserretention (WRW):
| SRW | WRW | Löslichkeit | |
| (g/100 g) | (g/100 g) | (%) | |
| Produkt von Beispiel 1 | 1136 | 2236 | 22,2 |
| Produkt von Beispiel 2 | 986 | 2631 | 16,9 |
| Produkt von Beispiel 3 | 790 | 1021 | 9,4 |
| Baumwolle | 83 | 309 | 4,5 |
| Reyon (regenerierte Cellulose bzw. Celluloseester) | 59 | 240 | 2,6 |
Aus der DE-OS 19 12 740 sind zwar Produkte aus saugfähigen Carboxymethylcellulosefasern mit guter
Salzwasserretention und Wasserretention bekannt; diesen bekannten Produkten sind die erfindungsgemäßen
Produkte jedoch insofern überlegen, als sie völlig frei von Rückständen von Epichlorhydrin sind. Die
Produkte der DE-OS 19 12 740 enthalten dagegen Rückstände des als Vernetzungsmittel verwendeten
Epichlorhydrins. Epichlorhydrin ist bekanntlich eine giftige und somit gefährliche Flüssigkeit, die stechend
chloroformartig riecht und somit unangenehm ist.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine direkte Herstellung von absorptiven, retentiven Natrium- oder
Kaliumsalzen von Carboxymethylcellulose^ die sich für saugfähige Gebilde, wie Tampons, Monatsbinden,
Windeln oder Wundversorgungsmaterial eigenen, in einem Schlämmverfahren, wodurch zusätzliche Behandlungen
zum Unlöslichmachen der zuvor hergesiellten wasserlöslichen Carboxymethylcellulose ausgeschaltet
werden können, die Verfärbung des Produktes vermieden werden kann, die bei der bekannten Wärmebehandlung
nach der Erzeugung auftritt, und ein Arbeiten mit Epichlorhydrin oder Rückstände von Epichlorhydrin im
Produkt vermieden werden. Erfindungsgemäße Carboxymethylcellulosen
können als Fasern, in zerkleinerter Form oder als Pulver erhalten werden, die im
wesentlichen wasserunlöslich, sehr saugfähig, flüssigkeitsrückhaltend und weiß sind, so daß sie sich für die
oben erwähnten hygienischen Zwecke besonders eignen.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Cellulose in einer wäßrigen Lösung eines
inerten organischen Verdünnungsmittels aufgeschlämmt. Die Cellulose kann entweder in faseriger,
zerkleinerter oder gepulverter Form vorliegen. Geeignete inerte organische Verdünnungsmittel zur Verwendung
im vorliegenden Verfahren sind Isopropanol, Aceton und Isobutanol. Die aufgeschlämmte Cellulose
wird in einer ersten Verfahrensstufe mit Natrium- oder Kaliumhydroxid behandelt. Die entstandene Natriumoder
Kaliumcellulose wird mit Monochloressigsäure als Verätherungsmittel behandelt. Die Natrium- oder
Kaliumcellulose wird bis zu einem Substitutionsgrad veräthert, der normalerweise Wasserlöslichkeit bedingt,
d. h. einem Substitutionsgrad von 0,4 bis 1,2.
Immer noch in Aufschlämmung in der wäßrigen Lösung von Natrium- oder Kaliumhydroxid und
Monochloressigsäure in dem inerten organischen Verdünnungsmittel, vorzugsweise Isopropanol, wird in
dieser Aufschlämmung ein Verhältnis von Gesamtflüssigkeit (Wasser und inertes organisches Verdünnungsmittel)
zu Cellulose von 15 bis 40 :1, vorzugsweise 25 bis
40 :1, eingehalten, wobei als Optimalwert ein solcher
3d von 30 :1 angesehen wird.
Ferner werden die Cellulose und die Natrium- oder Kaliumcellulose in diesen Verfahrensstufen mit 1,1 bis
1,9 Mol, vorzugsweise 1,5 Mol, Natrium- oder Kaliumhydroxid pro Mol Monochloressigsäure behandelt,
und es werden in der Umsetzung 0,4 bis 8 Mol, vorzugsweise 2 Mol, Monochloressigsäure pro Mol
Anhydroglucose- Einheit der Cellulose verwendet, wobei ein Molverhältnis von Natrium- oder Kaliumhydroxid
zu Anhydroglucose-Einheit der Cellulose nach der Neutralisation von mindestens 0,5 sichergestellt wird,
um einen Substitutionsgrad von mindestens 0,4 sicher zu erreichen und ein schwach saures Produkt zu bilden.
Ferner werden in der Aufschlämmung als Flüssigkeitsverhältniswerte
in den genannten Verfahrensstufen ein Gewichtsverhältnis von Wasser zu Cellulose von 3
bis 7 :1, vorzugsweise von 3,3 :1, und ein Verhältnis von
inertem organischem Verdünnungsmittel zu Wasser von 4 bis 10 :1, vorzugsweise von 8 :1, eingehalten, während
die aufgeschlämmte Cellulose mit dem Natrium- oder Kaliumhydroxid bei einer Schlämmtemperatur von 0 bis
2O0C, vorzugsweise von 5 bis 200C, während einer
Zeitspanne von 0,1 bis 1 Stunde, vorzugsweise von 0,2 bis 0,6 Stunden, behandelt wird.
Danach wird die gebildete Natrium- oder Kaliumcellulose mit der als Verätherungsmittel verwendeten
Monochloressigsäure in den oben vorgeschriebenen Mengen bei einer Schlämmtemperatur von 60 bis 800C,
wobei 800C als Optimalwert angesehen wird, während einer Zeitspanne von 3 bis 24 Stunden, vorzugsweise
von 3 bis 12 Stunden, wobei 3 Stunden als Optimalwert
angesehen wird, behandelt. Die Zeiten und Temperaturen für die Verätherungsreaktion sind innerhalb der
angegebenen Bereiche gewählt, um zu einem im wesentlichen wasserunlöslichen Natrium- oder Kalium-
b5 salz der Carboxymethylcellulose zu führen, die einen
Substitutionsgrad von 0,4 bis 1,2 bei Wasserlöslichkeitswerten von weniger als 35 Gew.-% aufweist. Die
erforderlichen Zeiten und Temperaturen sind so
logarithmisch invers gewählt, daß niedrigere Temperaturen
längere Zeiten erfordern, während bei höheren Temperaturen eine erhebliche Unlöslichmachung in
kürzeren Zeiten erreicht werden kanr*. Die entstehenden,
wasserunlöslichen Carboxymethylcelluloseprodukte zeigen Wasserretentionswertc von 1000 bis 7000 und
Salzretentionswerte von 400 bis 2500.
Das Molverhältnis von Natrium- oder Kaliummonochloracetat zu dem nach der Neutralisation vorhandenen
Natrium- oder Kaliumhydroxid muß über 1 :1 liegen. Ferner muß nach der Neutralisation ein
ausreichendes Molverhältnis von Natrium- oder Kaliumhydroxid zu Anhydroglucose-Einheiten der Cellulose
vorhanden sein, um sicherzustellen, daß ein noramlerweise löslichkeitsbedingender Substitutionsgrad von 0,4
oder darüber erreicht wird. Um diesen Wert des Substitutionsgrades sicher zu erreichen, müssen nach
der Neutralisation der Monochloressigsäure mindestens 0,5 Mol Natrium- oder KaliumhydiOxid pro Mol
Anhydroglucose-Einheit der Cellulose vorhanden sein.
Im Hinblick auf das Molverhältnis von Natrium- oder Kaliurnhydroxid zu Anhydroglucose-Einheiten der Cellulose
während der Reakton wurde bereits erwähnt, daß ein Überschuß an Natrium- oder Kaliummonochloracetat
vorhanden sein muß. In diesem Zusammenhang kann die für die Unlöslichmachung des behandelten Produktes
erforderliche Zeit durch zunehmenden Überschuß an Monochloressigsäure verkürzt werden, und man
kann bis zu 8 Mol Monochloressigsäure pro Mol Anhydroglucose-Einheit der Cellulose verwenden. Die
Verwendung höherer Mengen an Monochloressigsäure von bis 12 Mol Monochloressigsäure pro Mol
Anhydroglucose-Einheit der Cellulose, die nicht unter die Erfindung fällt, würde zwar zu brauchbaren
Produkten führen, doch bietet dies keine Vorteile für die Umsetzung oder die Produkte und führt zu Reinigungsproblemen, weil zusätzliches Salz aus dem Produkt
entfernt werden muß, so daß zusätzliches Lösungsmittel und Wasser benötigt wird. Hiernach bezieht sich im
Rahmen dieser Beschreibung »Mol Cellulose« auf »Mol Anhydroglucose-Einheit« — Molekulargewicht 162 —
die in Cellulose anwesend ist, und nicht auf die Cellulose-Ketten mit einem Molekulargewicht im
Bereich von 100 000 bis 500 000, wie üblich in der Cellulose-Chemie.
Wie oben angegeben, müssen solche Endbedingungen der Verätherungsstufe gegeben sein, wie sie durch einen
Überschuß an Natrium- oder Kaliuminonochloracetat bewirkt werden. Die wesentliche Säurebilanz der
Verätherungsreaktion kann jedoch auch durch Zugabe von Salzsäure oder anderen geeigneten anorganischen
Säuren erzielt werden, sofern nur ausreichende Mengen an Natrium- oder Kaliumhydroxid und Monochloressigsäure
vorhanden sind, um das Erreichen eines normalerweise löslichkeitsbedingenden Substitutionsgrades zu gewährleisten. Bei der Angabe der Zeit- und
Temperaturbedingungen, die bei der Verätherungsreaktion für die Unlöslichkeit des Endproduktes bei
gleichzeitig erhöhten Absorptions- und Retentionseigenschaften, die für erfindungsgemäße Produkte charakteristisch
sind eingehalten werden müssen, sind bestimmte Richtlinien dahingehend zu beachten, daß bei
schwach molarem Überschuß von Natrium- oder Kaliummonochloracetat gegenüber Natrium- oder
Kaliumhydroxid, etwa einem 1,1 molaren Überschuß, die folgenden Zeit-Temperatur-Verhältnisse bestehen:
gleichwertige Produkte werden z. B. bei etwa 600C in etwa 10 Stunden und bei 80° C mit auf etwa 3 Stunden
verminderter Zeitspanne erhalten. Bei höheren bzw. niedrigeren Temperaturen ist zu erwarten, daß in
logarithmischer Umkehrung relativ kürzere bzw. längere Zeitspannen zur Unlöslichmachung und zum
Erzielen gleicher Wasserretentionswerte (WRW) und Salzwasserretentionswerte (SRW) führen. In diesem
Zusammenhang führt eine Erhöhung des molaren Überschusses an Natrium- oder Kaliummonochloracetat
gegenüber nicht-umgesetztem Natrium- oder KaIiumhydroxid bis 1,5 und höher zu einer zunehmenden
Verkürzung der zum Erreichen des gleichen oder eines höheren Unlöslichkeitsgrades erforderlichen Zeit
Was die angegebenen Vorteile der Helligkeit von im wesentlichen wasserunlöslichen absorptionsfähigen
Carboxymethyleelluloseprodukten des erfindungsgemäßen
Verfahrens betrifft, sind diese Produkte durch Reflexionshelligkeitswerte von 75 bis 80 gekennzeichnet,
d. h. gleiche Helligkeitswerte, wie sie die üblichen Schlämm-Carboxymethylcelluloseprodakte aufweisen.
Die vorliegenden Produkte zeigen somit nicht den Helligkeitsverlust von Carboxymethylcellulosen, die
durch nachträgliche Härtung bzw. durch die Unlöslichkeitsbehandlungen bei erhöhten Temperaturen wasserunlöslich
gemacht worden sind.
Um die erforderliche Wasserunlöslichkeit des Produktes während der Verätherungsreaktion zu erzielen,
können die Aciditätsbedingungen in verschiedener Weise beeinflußt werden. Es ist nur erforderlich, daß bei
der Verätherung am Ende der Verätherungsreaktion ein saurer Zustand herrscht, d. h. es muß das Molverhältnis
von Natrium- oder Kaliummonochloracetat zu nichtumgesetztem Natrium- oder Kaliumhydroxid während
einer ausreichenden Zeitspanne am Ende der Verätherungsreaktion über 1 liegen, rm die Unlöslichkeit der
Carboxymethylcellulose mit einem normalerweise wasserlöslichkeitsbedingenden Substitutionsgrad zu bewir-.
ken. Vorausgesetzt, daß während der Verätherung ein ausreichendes Molverhältnis von Monochloressigsäure
zu Natrium- oder Kaliumhydroxid zur Sicherstellung eines wasserlöslichkeitsbedingenden Substitutionsgrades
vorhanden ist, kann die erforderliche Acidität durch Zugabe von Salzsäure oder Salpetersäure im Überschuß
über die Menge erzielt werden, die für ein über 1 liegendes Molverhältnis von Natrium- oder Kaliummonochloracetat
zum verbleibenden Natrium- oder Kaliumhydroxid erforderlich ist. Ferner kann der Säureüberschuß
durch Zugabe von Natriummonochloracetat selbst zur Verätherungsreaktion in einem Zeitpunkt und
bei einer Temperatur ausreichend vor der für die
so Sicherstellung der Unlöslichkeit erforderlichen Reaktionsvollständigkeit
erzielt werden. Ferner können neben dem Überschuß an Natrium- oder Kaliummcnochloracetat
geringere Mengen Salzsäure oder andere geeignete Säuren für die Sicherstellung der Acidität in
der Umsetzung zugesetzt werden. Die Anwesenheit von Natrium- oder Kaliummonochloracetat über das erforderliche
Molverhältnis von Natrium- oder Kaliummonochloracetat und Natrium- oder Kaliumhydroxid
hinaus wird als für eine erfolgreiche Beendigung des Verfahrens bedeutungslos angesehen.
Zur Bestimmung der Eigenschaften der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten wasserunlöslichen,
absorptions- und retentionsfähigen Fasern wurden verschiedene Testverfahren verwendet, einschließlich
der Bestimmung des Substitutionsgrades nach der von Karin Wilson in Svensk Papperstidning 63
(1960), Seiten 714-715, beschriebenen Methode, modifiziert durch Verwendung von Methanol anstelle
von Äthanol.
Die hier angegebenen Wasserretentionswerte wurden nach einem Verfahren bestimmt, bei welchem
Proben der Carboxymethylcellulose mit Gewichten von etwa 0,05 bis etwa 0,3 g in 100 ml Wasser in einem
bedeckten Behälter während mindestens 16 Stunden bei Raumtemperatur getränkt werden. Bei diesem Verfahren
zur Bestimmung der Absorptionsfähigkeit werden die getränkten Fasern nach dem Tränken auf einem
Filter gesammelt, leicht abgequetscht und dann in kleine Körbe aus Siebnetz mit einer Maschenweite von
0,177 mm übertragen, die 3,7 cm über dem Boden von metallenen Zentrifugenrohren angeordnet sind. Die
Rohre werden mit Kunststoffdeckeln verschlossen und die Proben bei einer relativen Zentrifugalkraft von
1500—1700 g 20 min zentrifugiert. Die zentrifugierten Proben werden mit Pinzetten rasch aus den Körben
entnommen, in vorher gewogene Flaschen gegeben und dann in diesen gewogen. Dann werden die gewogenen
10
Proben bei 110° C bis zur Gewichtskonstanz getrocknet
und nochmals gewogen. Der Wasserretentionswert WRW berechnet sich wie folgt:
WRW
W-D
D
XlOO
wobei W das Naßgewicht der Probe, D das Trockengewicht
der Probe und W-D das Gewicht des absorbierten Wassers ist.
Das Verfahren zur Bestimmung der hier angegebenen Salzwasserretentionswerte SRW erfolgte in gleicher
Weise wie oben für die Bestimmung der WRW-Werte angegeben, jedoch mit wäßriger, lgew.-°/oiger Natriumchloridlösung
anstelle von Wasser und Korrektur für das auf den getrockneten Fasern zurückbleibende
Natriumchlorid bei der Berechnung nach folgender Formel
„RW _ Gewicht der zurückgehaltenen Salzlösung χ
Trockengewicht der Fasern (salzfrei)
(W-D)
SRW
100
99
99
{W-D)
99
99
XlOO
wobei Wdas Naßgewicht der Probe, D das Trockengewicht
der Probe uno W-D das Gewicht der absorbierten Salzlösung ist.
Die pH-Werte der im wesentlichen unlöslichen Produkte werden in einer lgew.-°/oigen wäßrigen
Aufschlämmung des Produktes bestimmt. Zur Bestimmung der Löslichkeit in Wasser wird eine 0,2 —0,3 g
schwere gewogene Probe des zu testenden Produktes verwendet, die in ein Becherglas gewaschen und längere
Zeit (über Nacht) mit 100 ml entionisiertem Wasser getränkt wird. Dann werden die getränkten Fasern in
einem gewogenen Tiegel gesammelt, mit Methanol gewaschen, bei 110° C getrocknet und gewogen. Die
Löslichkeit wurde wie folgt berechnet:
% Löslichkeit = 100-
Gewicht des Rückstandes (g)
r· ^u. j η u , χ Γ 100~%Η2ΟΊ
Gewicht der Probe (g) '—
L 100 J X 100
Hierbei bedeutet % H2O die Feuchtigkeit der
ursprünglichen Probe.
Die oben erwähnten und in den Beispielen angegebenen Reflexions-(Helligkeits)-werte sind die Reflexionswerte, die mit einem Beckman-Spektrophotometer,
Modell Du. Nr. 73724, an der Oberfläche eines undurchsichtigen Ballens der Produktfasern mit einer
^Wellenlänge von 457 nm unter Verwendung einer Reflexionseichkachel des National Bureau of Standards
mit der Nr. 215.505L als Vergleich gemessen wurden.
Die folgenden Beispiele und Vergleichsbeispiele erläutern das Verfahren^rjyfmdung bzw. die Folgen
des Arbeitens außerhalb oer angegebenen Grenzen.
80 g blattförmige Rohcellulose (Pulpe) wurdenrun^er
kräftiger Bewegung in wäßrigem Isopropanol zerteilt Es wurden 653 g Natriumhydroxid als solches in einer
wäßrigen Lösung mit 5Ogew.-°/oiger Konzentration zugegeben. Die Mengen an Isopropanol und Wasser
wurden so eingestellt, daß das Gewichtsverhältnis von
Gesamtflüssigkeit zu Cellulose einschließlich des Wassers der Natriumhydroxiifiösung 30 :1 betrug, während
das Gewichtsverhältnis von Wasser zu Cellulose 3,33 :1 und demzufolge das Gewichtsverhältnis von Alkohol zu
Wasser 8 :1 betrug. Die obigen Mengen umfassen etwa 1 Teil Wasser pro Teil Cellulose, das zur verbesserten
Zerlegung der Fasern in der Gesamtfiüssigkeit durch direkte Zugabe zu der trockenen Cellulose verwendet
wird. Nach 30 min Behandlung der aufgeschlämmten Cellulose mit dem Natriumhydroxid bei 20 —25° C
wurden 103,2 g Monochloressigsäure zugegeben und weiter gerührt Zu diesem Zeitpunkt entsprach das
gesamte vorhandene Natriumhydroxid einem Verhältnis von 1,5 Mol Natriumhydroxid pro Mol Monochloressigsäure.
Die vorhandene Monochloressigsäure entsprach einem Verhältnis von 2,2 Mol pro Mol Cellulose.
Der Oberschuß an Monochloressigsäure betrug 1,1 Mol pro Mol Cellulose. Die Temperatur des Reaktionsbehälters
wurde auf 60° C erhöht und die Reaktion während der weiter unten angegebenen Zeitspannen laufen
gelassen. Am Ende der jeweils angegebenen Reaktionsdauer wurde das Produkt filtriert, zur Reinigung mit
Methanol gewaschen und an der Luft getrocknet Die Produkte zeigten bei den verschiedenen Reaktionszeiten
die folgenden Eigensohifterff1*'"■**
ίο
Reaktionsdauer
(Stunden)
SG*)
pH
SRW
WRW
Löslichkeit
| 6·*) | 0,92 | 6,9 | — | — | löslich |
| 8··) | 0,93 | 6,7 | - | - | löslich |
| 10 | 0,87 | 6,8 | 1848 | 7721 | 36,8 |
| 12 | 0,67 | 6,8 | 1344 | 3942 | 31,0 |
| 14 | 0,83 | 6,7 | 1576 | 5425 | 33,0 |
| 24 | 0,89 | 6,6 | 1136 | 2236 | 22,2 |
| ·) ■ SG = Substitutionsgrad. | |||||
| ♦*) Vergieirt | |||||
| isproben. |
Die Produkte dieses Beispiels 1 aus den Verätherungsreaktionen mit Reaktionszeiten von 10,12,14 und
24 Stunden zeigen durchwegs WRW- und SRW-Werte, die auf hohe Absorptions- und Retentionseigenschaften
hindeuten, welche die Produkte zur Verwendung für saugfähige Gebilde geeignet machen. Die nur zu
Vergleichszwecken hergestellten löslichen Proben mit Reaktionszeiten von 6 und 8 Stunden zeigen keine
entsprechende WRW- und SRW-Werte und sind nicht erfindungsgemäß. Die höheren Substitutionsgrade der
Vergleichsproben bei kürzeren Reaktionszeiten ergeben sich aus der Natriumcarboxylatsubstitution, die zu
Beginn der Reaktion hoch ist und im Verlauf der Reaktion wieder abfällt, wenn das Gemisch saurer wird
und etwas Natrium verloren geht.
Die Mengen an Cellulose, Alkohol, Wasser, Natriumhydroxid und Monochloressigsäure sowie die Arbeitsweise
sind in diesem Beispiel 2 gleich wie in Beispiel 1, doch wurde die Temperatur anstatt auf 60° hier auf
70° C erhöht. Die so erhaltenen Produkte zeigten folgende Eigenschaften:
| Reaktions | SG | pH | SRW | WRW | Löslichkeit |
| dauer | |||||
| (Stunden) | (%) | ||||
| 3») | 0,54 | 7,0 | _ | _ | löslich |
| 5 | 0,79 | 6,5 | 1296 | 3791 | 22,5 |
| 7 | 0,91 | 6,5 | 1231 | 2565 | 20,7 |
| 9 | 0,90 | 6,6 | 1055 | 1940 | 16,0 |
| 11 | 0,79 | 6,6 | 850 | 1596 | 14,9 |
| 13 | 0,87 | 6,5 | 986 | 2631 | 16,9 |
| *) Vergleichsprobe. |
Die Produkte mit Reaktionszeiten von 5, 7, 9, 11 und R . . . ,
13 Stunden bei 70°C waren durchwegs brauchbare Beispiel J
Produkte gemäß der Erfindung und zur Verwendung für Die Mengen an Cellulose, Alkohol, Wasser, Natriumsaugfähige
Gebilde geeignet Das Vergleichsbeispiel, 50 hydroxid und Monochloressigsäure waren gleich wie in
d. h. die lösliche Probe, wurde bei 3 Stunden genommen Beispiel 1, doch wurde die Temperatur nicht auf 60,
und zeigt, daß unter den Bedingungen von Beispiel 2 bei sondern auf 80° C erhöht. Die so erhaltenen Produkte
3 Stunden und 70°C keine erfindungsgemäßen Produkte zeigten folgende Eigenschaften:
erhalten werden.
erhalten werden.
| Reaktions | SG | PH | SRW | WRW | Lösl. | Reflexion |
| dauer | ||||||
| (Stunden) | (%) |
| 1*) | 0,76 | 7,9 | — | - | löslich | — |
| 3 | 0,90 | 6,7 | 1503 | 3714 | 25,4 | 75 |
| 5 | 0,92 | 6,9 | 1045 | 1788 | 17,7 | 75 |
| 7 | 0,72 | 6,4 | 844 | 1345 | 15,7 | 76 |
| 9 | 0,92 | 6,0 | 838 | 1242 | 13,5 | 73 |
| 11 | 0,93 | 6,4 | 790 | 1021 | 9,4 | 71 |
| *) Vergleichsprobe. |
In der Tabelle sind zusammen mit den WRW-, den SRW- und den pH-Werten die Reflexionshelligkeitswerte
der bei 3, 5, 7, 9 und 11 Stunden genommenen Proben angegeben, die zeigen, daß es sich hier um
erfindungsgemäße Produkte handelt, die zur Verwendung für saugfähige Gebilde geeignet sind. Die bei 1
Stunde genommene Probe diente dem Vergleich und zeigt, daß bei 80° C unter den in Beispiel 3 angegebenen
Bedingungen keine im wesentlichen unlöslichen Produkte mit entsprechenden WRW- und SRW-Werten
erhalten werden.
Beispiele 4-9
Die Mengen an Natriumhydroxid und Monochloressigsäure pro Mol Cellulose wurden in diesen Beispielen
4-9 bei den in Beispiel 1 angegebenen Verhältniswerten gehalten, doch wurden die vorhandenen Anteile an
Cellulose, Isopropanol und Wasser so eingestellt, daß die in der folgenden Tabelle zusammengestellten Werte
eingehalten wurden. Die Produkteigenschaften nach
ίο 24stündiger Reaktion bei 80°C sind ebenfalls in der
Tabelle angegeben:
| Beispiel | Gesamtver | Alkohol/ | H2O/ | SG | pH | SRW | WRW | Lösl. |
| dünnungs | H2O- | Cellulose- | ||||||
| mittel/ | Verhält- | verhältnis | ||||||
| Cellulose- | nis | |||||||
| Verhältnis | (%) | |||||||
| 4 | 25 | 6 | 3,6 | 0,79 | 5,8 | 828 | 1418 | 18,1 |
| 5 | 25 | 4 | 5,0 | 0,71 | 5,8 | 765 | 1651 | 23,1 |
| 6 | 30 | 4 | 6,0 | 0,74 | 5,9 | 900 | 1428 | 21,2 |
| 7 | 40 | 10 | 3,6 | 1,04 | 6,1 | 871 | 2295 | 30,8 |
| 8 | 40 | 8 | 4,5 | 0,97 | 6,1 | 885 | 1221 | 17,3 |
| 9 | 40 | 6 | 5,7 | 0,90 | 6,1 | 920 | 7484 | 20,5 |
Alle Produkte der Beispiele 4 — 9 erweisen sich als angegebenen Verhältniswerten gehalten, die Mengen
sehr absorptionsfähig. 30 an Natriumhydroxid und Monochloressigsäure (MCA) B ' ' 1 10 —20 a^er s0 ^geändert, daß die in der folgenden Tabelle
e ι s ρ ι e — angegebenen Molverhältniswerte vorlagen. Die Pro-Die
Mengen an Cellulose, Isopropanol und Wasser dukteigenschaften nach 24stündiger Umsetzung bei
wurden in diesen Beispielen 10 — 20 bei den in Beispiel 1 80° C sind ebenfalls in der Tabelle angegeben:
| Beispiel | Molver | Molver | SG | pH | SRW | WRW | Löslich |
| hältnis | hältnis | keit | |||||
| MCA/ | NaOH/ | ||||||
| Cellulose | MCA | (%) | |||||
| 10 | 2,2 | 1,51 | 0,64 | 6,0 | 768 | 1443 | 18,8 |
| 11 | 2,2 | 1,54 | 0,92 | 6,0 | 937 | 1453 | 21,8 |
| 12 | 2,2 | 1,59 | 1,01 | 5,8 | 1035 | 1893 | 22,0 |
| 13 | 2,2 | 1,63 | 1,08 | 5,9 | 1180 | 2056 | 29,0 |
| 14 | 2,2 | 1,68 | 1,12 | 6,0 | 1368 | 3211 | 30,5 |
| 15 | 2,2 | 1,73 | 0,84 | 5,8 | 1741 | 4383 | 33,3 |
| Vergleichs- | 2,2 | 2,04 | 1,12 | 7,8 | — | _ | löslich |
| beispie! 1 | |||||||
| 16 | 2,0 | 1,55 | 0,72 | 6,1 | 705 | 1177 | 17,5 |
| 17 | 1,9 | 1,58 | 0,81 | 6,0 | 819 | 1332 | 18,2 |
| 18 | 1,8 | 1,61 | 0,69 | 6,0 | 775 | 1244 | 20,4 |
| 19 | 1,6 | 1,69 | 0,87 , | 6,1 | 907 | ■ 1717 | 20,4 |
| 20 | 1,4 | 1,79 | 0,77 | 6,3 | 1050 | 1031 | 25,7 |
| Vergleichs | 1,0 | 2,10 | 0,88 | 6,1 | — | — | löslich |
| beispiel 2 | |||||||
| Vergleichs | 1,0 | 2,20 | 0,84 | 6,2 | — | - | löslich |
| beispiel 3 | |||||||
| Vergleichs | 1,1 | 2^30 | 0,85 | 7,1 | - | - | löslich |
| beispiel 4 | |||||||
| Vergleichs | 1,2 | 2,40 | 0,83 | 9,2 | - | - | löslich |
| beispiel 5 |
Die Produkte der Beispiele 10-20 erweisen sich als hochabsorptiv und sind daher zur Verwendung für
saugfähige Gebilde geeignet, während die Produkte der Vergleichsbeispiele 1 —5 zeigen, daß keine erfindungsgemäßen
Produkte erhalten werden, wenn pro Mol Monochloressigsäure mehr als 1,1 bis 1,9 Mol Natriumhydroxid
eingesetzt werden.
Vergleichsbeispiel 6
80 g blattförmige Rohcellulose wurden unter heftiger Bewegung in einer wäßrigen Isopropanollösung zerlegt
und mit 65,9 g Natriumhydroxid in Form einer 50gew.-%igen wäßrigen Lösung versetzt. Die Mengen
an Isopropanol und Wasser wurden so eingestellt, daß das Gewichtsverhältnis von Gesamtflüssigkeit zu
Cellulose einschließlich des mit dem Natriumhydroxid eingeführten Wassers 25:1 betrug, während das
Gewichtsverhältnis von Wasser zu Cellulose 2,8 :1 und dementsprechend das Verhältnis von Alkohol zu
Wasser 8 :1 betrug. Nach Umsetzung während 1 Stunde bei 20 —25°C wurden unter fortgesetztem Rühren
103,2 g Monochloressigsäure zu der Aufschlämmung gegeben.
Zu diesem Zeitpunkt betrug das Molverhältnis von vorhandenem Natriumhydroxid zu Monochloressigsäure
1,5:1, während die Monochloressigsäure in einem Verhältnis von 2,2 Mol pro Mol Cellulose vorhanden
war. Die Temperatur des Reaktionsgefäßes wurde auf 55° C erhöht und die Umsetzung 3,5 Stunden laufen
gelassen. Zu diesem Zeitpunkt wurde das Produkt abfiltriert, durch Waschen mit Methanol gereinigt und
an der Luft getrocknet. Das Produkt, das im Gegensatz zum erfindungsgemäßen Verfahren in der zweiten Stufe
nur auf 55° C erwärmt worden war, hatte einen Substitutionsgrad von 0,69, einen pH-Wert von 5,4 und
eine mit dem Beckman-Spectrophotometer Du bei einer Wellenlänge von 457 nm gemessene Reflexionshelligkeit
von 75. Das Produkt war jedoch löslich, d. h. nicht wie die erfindungsgemäßen Produkte im wesentlichen
unlöslich, und bildete klare Lösungen. Vergleichsproben des Produktes wurden während verschiedener Zeiträume
einer Wärmebehandlung bei 1600C unterzogen, um die üblichen Härtungsverfahren zu erläutern und die
dadurch erhaltenen Produkte wurden zwar unlöslich, aber verfärbt. Die Eigenschaften der Vergleichsprodukte
sind wie folgt:
| Wärmebe handlung bei 160° C |
SRW |
| (Std.) | |
| 1,0 | . 1435 |
| 1,5 | 1146 |
| 2,0 | 773 |
| 2,5 | 756 |
| 3,0 | 620 |
WRW Löslichkeit
Reflexion
5319 9440 2405 1122 715 29,3
34,7
14,9
13,6
34,7
14,9
13,6
7,3
65
67
58
54
53
67
58
54
53
Im Vergleich war die Reflexionshelligkeit der Produkte des Beispiels 3 bei einem durch die
Verätherungsreaktion bewirkten Unlöslichkeitsgrad größer als die der Vergleichsprodukte 6.
80 g zerkleinerte Cellulose wurden unter kräftiger Bewegung in einer wäßrigen Isopropanolmischung
aufgeschlämmt und mit 65,9 g Natriumhydroxid als solchem in Form einer wäßrigen Lösung mit einer
Konzentration von 50 Gew.-% versetzt. Die Mengen an Isopropanol und Wasser waren so eingestellt daß das so
Gewichtsverhältnis von Gesamtflüssigkeit zu Cellulose einschließlich des mit dem Natriumhydroxid zugegebenen
Wassers 30 :1 betrug, während das Gewichtsverhältnis von Wasser zu Cellulose 333 :1 und dementsprechend
das Gewichtsverhältnis von Alkohol zu Wasser 8 :1 betrug. Nach fortgesetzter Behandlung der
aufgeschlämmten Cellulose mit dem Natriumhydroxid während 30 min bei 20-25° C wurden unter fortgesetztem
Rühren 103,2 g Monochloressigsäure zugesetzt Zu diesem Zeitpunkt war Natriumhydroxid in einem
Verhältnis von 1,5 Mol pro Mol Monochloressigsäure und Monochloressigsäure in einem Verhältnis von 2,2
Molen pro Mol Cellulose vorhanden. Die Temperatur des Reaktionsgefäßes wurde auf 80° C erhöht und die
Reaktion laufen gelassen. Am Ende der Reaktionsdauer von 5 Stunden wurde das Produkt abfiltriert, zur
Reinigung mit Methanol gewaschen und an der Luft getrocknet Es zeigte folgende Eigenschaften:
pH
SRW
WRW
0,87
6,7
960
1543
Löslichkeit
9,8
Das Produkt dieses Beispiels 21 erweist sich als im wesentlichen unlöslich und für wäßrige Lösungen
hochabsorbierend und retentiv.
Die Mengen an Rohceüuiose (Pulpe), Wasser, Alkali
und Monochloressigsäure waren gleich wie in den Beispielen 1—3, wobei lediglich anstelle von Isopropanol
das Isobutanol verwendet wurde. Nach einer Reaktionszeit von 5 Std. bei 80° C wurde ein Produkt mit
folgenden Eigenschaften erhalten:
SG
PH
SRW
WRW
Löslichkeit
0,55
5,9
789
2971
15,3
Das Produkt dieses Beispiels 22 ist sehr saugfähig und
zur Verwendung für saugfähige Gebilde, wie sie für hygienische Zwecke verwendet werden, geeignet
Die in den obigen Beispielen und Vergleichsbeispielen angegebenen Daten zeigen üie Vorteile des
vorliegenden Verfahrens bei dur Herstellung von im wesentlichen unlöslichen Carboxymethylcelluloseprodukten
mit erhöhten Absorptions- und Retentionseigenschaften bei normalerweise löslichkeitsbedingeaden
Substitutionsgraden.
Das Verfahren und die danach hergestellten Produkte zeigen weitere Vorteile, da sie in einer fortlaufenden
Verfahrensfolge ohne Notwendigkeit einer Nachhärtung erhältlich sind, wie dies üblicherweise in relativ
kostspieligen Ofenanlagen erforderlich wäre. Weiter zeigen die erfindungsgemäßen Carboxymethylcelluloseprodukte
eine verbesserte Weißheit oder Reflexionshelligkeit, was insbesondere für das Aussehen wichtig ist,
wenn die Produkte für hygienische Materialien und Gebilde bestimmt sind.
Claims (3)
1. Verfahren zur Herstellung von schwach sauer reagierenden Natriu.n- oder Kaliumsalzen von
Carboxymethylcellulose mit einem Substitutionsgrad von 0,4—1,2, einer Wasserlöslichkeit von
weniger als 35%, einem Wasserretentionswert von 1000 bis 7000, einem Salzwasserretentionswert von
400 bis 2500 durch Umsetzung, in einer ersten Stufe, von in wäßriger Lösung eines inerten organischen
Verdünnungsmittels aufgeschlämmter Cellulose mit Natrium- oder Kaliumhydroxid, und Verätherung, in
einer zweiten Stufe, der erhaltenen in der Gesamtflüssigkeit aufgeschlämmten Natrium- oder Kaliumcellulose
mit Monochloressigsäure, die durch das vorhandene Natrium- oder Kaliumhydroxid zu
Natrium- oder Kaliummonochloracetat neutralisiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß man
die vorgenannten Umsetzungen bei einem Gewichtsverhältnis von Gesamtflüssigkeit (Wasser und
inertes organisches Verdünnungsmittel) zu Cellulose von 15 bis 40:1, einem Gewichtsverhältnis von
Wasser zu Cellulose von 3 bis 7:1 und einem Gewichtsverhältnis von inertem organischen Verdünnungsmittel
zu Wasser von 4 bis 10:1 durchführt, wobei man pro Mol Anhydroglucose-Einheit
der Cellulose 0,4 bis 8 Mol Monochloressigsäure und pro Mol Monochloressigsäure 1,1 bis 1,9 Mol
Natrium- oder Kaliumhydroxid einsetzt, so daß in der Verätherungsstufe das Molverhältnis von
Natrium- oder Kaliummonochloracetat zu nicht umgesetztem Natrium- oder Kaliumhydroxid über 1
beträgt, nach dem Neutralisieren durch Zugabe der Monochloressigsäure, ein Molverhältnis von Natrium-
oder Kaliumhydroxid zur Anhydroglucose-Einheit der Cellulose von mindestens 0,5 vorliegt und
man die erste Verfahrensstufe bei einer Temperatur von 0 bis 30° C und einer Reaktionszeit von 0,1 bis 1
Stunde und die zweite Verfahrensstufe bei einer Temperatur von 60 bis 800C und einer Reaktionszeit
von 3 bis 24 Stunden durchführt, wobei in der zweiten Verfahrensstufe die Reaktionstemperatur
innerhalb des angegebenen Bereiches logarithmisch umgekehrt zur Reaktionsdauer verändert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis von Gesamtflüssigkeit
zu Cellulose 25 bis 40 :1, vorzugsweise 30:1, das Gewichtsverhältnis von Wasser zu
Cellulose 3,3 :1 und das Gewichtsverhältnis von Isopropanol zu Wasser 8 :1 beträgt, daß man pro
Mol Monochloressigsäure 1,5 Mol Natrium- oder Kaliumhydroxid und pro Mol Anhydroglucose-Ein:
heit der Cellulose 2,2 Mol Monochloressigsäure einsetzt und daß man die erste Verfahrensstufe bei
einer Schlämmtemperatur von 5 bis 25° C, vorzugsweise 2O0C, und einer Reaktionszeit von 0,2 bis 0,6
Stunden, vorzugsweise 0,5 Stunden, durchführt und die erhaltene Natrium- oder Kaüumcellulose dann in
der zweiten Verfahrensstufe während 3 bis 12 Stunden bei einer Schlämmtemperatur von 60 bis
8O0C, vorzugsweise während 3 Stunden bei 800C,
veräthert.
3. Schwach saure Natriumcarboxymethylcellulose, herstellbar nach den Ansprüchen 1 und 2.
Die Erfindung betrifft das in den Patentansprüchen beschriebene Verfahren zur Herstellung von schwach
sauer reagierenden Natrium- oder Kaliumsalzen von Carboxymethylcellulose und eine so herstellbare
schwach saure Natriumcarboxymethylcellulose.
Die erfindungsgemäß herstellbaren Natrium- oder Kaliumsalze von Carboxymethylcellulose stellen im
wesentlichen wasserunlöslcihe, & h. weniger als zu 35% lösliche Carboxymethylcellulosen mit einem bisher als
ίο wasserlöslichmachend geltenden Substitutionsgrad und
mit weißer Farbe entsprechend einer Reflexionshelligkeit von 70 bis 80, d. h. einer hohen ReflexionsheKigkeit
dar und weisen eine erhöhte Absorptions- und Retentionsfähigkeit für wäßrige Lösungen auf, d. h. sie
können bis etwa das 70fache ihres Gewichtes an wäßrigen Lösungen aufsaugen und zurückhalten.
Schlämmverfahren zur Herstellung von Carboxymethylcellulose sind z. B. in den US-PS 25 17 577 und
33 47 855 beschrieben. Verfahren zum Unlöslichmachen von zuvor hergestellten wasserlöslichen Carboxymethylcellulosen
sind z. B. in den US-PS 26 82 481, 26 82 482, 22 70 200 und 26 39 239 beschrieben. Das Unlöslichmachen
von wasserlöslichen Carboxymethylcellulosen durch einfache Wärmehärtung ist z.B. in der US-PS
33 79 720 beschrieben.
Aus der US-PS 25 17 577 ist ein Verfahren zur Herstellung von Carboxyalkyläthern von Cellulose
durch Umsetzung von Cellulose mit einem Carboxyalkylhalogenid als Verätherungsmittel in Gegenwart von
starkem Alkalihydroxid und Wasser bekannt, bei dem in Gegenwart von Isopropylalkohol oder t-Butylalkohol
gearbeitet wurde, um zu verhindern, daß sich das heterogene Gemisch während des Verfahrens bei der
Bildung von Produkten mit Substitutionsgraden oberhalb von 0,4 Hydroxylgruppen pro Anhydroglucoseeinheit
der Cellulose wegen der Löslichkeit der Carboxyalkyläther in dem wäßrigen Alkali in einen schweren Teig
umwandelt. Die Produkte dieses Verfahrens waren sehr leicht löslich in Wasser und mußten entwässert werden,
um sie unlöslich zu machen.
In Tabelle II der US-PS 25 17 577 sind in den Zeilen 1
und 2 wasserunlösliche Carboxymethylcellulosen mit Substitutionsgraden von 0,16 bzw. 035, die in Methanol
bzw. Äthanol als Reaktionsmedium hergestellt wurden, beschrieben. Wenn nun in Spalte 3 der Tabelle Il als
Substitutionsgrad, der unter den gleichen Bedingungen in Isopropanol als Reaktionsmedium erhalten würde,
ein Substitutionsgrad von jeweils 0,9 angegeben ist, so besagt dies keineswegs, daß die Carboxymethylcellulose
mit dem Substitutionsgrad von 0,9 dann auch wasserunlöslich wäre. Vielmehr ist Zeile 7 der gleichen Tabelle II
zu entnehmen, daß eine in t-Butanol hergestellt Carboxymethylcellulose einen Substitutionsgrad von
0,88 aufwies und ausgezeichnet wasserlöslich war.
Aus der US-PS 28 16 889 ist ein Verfahren zur Herstellung von Alkalimetallsalzen von Carboxymethylcellulose
oder Carboxyäthylcellulose, die in Wasser teilweise, aber unvollständig löslich waren, wobei der
nicht lösliche Teil in Gegenwart von Wasser in der Form eines unlöslichen Gels vorlag, bekannt. Die so
hergestellten Produkte enthielten einen bedeutenden Anteil an unlöslichem Gel, wenn sie einen Substitutionsgrad von 0,3 bis 0,65 aufwiesen. Über den mengenmäßigen
Anteil an unlöslichem Gel bei bestimmten
t>5 Substitutionsgraden der erhaltenen Natriumsalze von
Carboxymethylcellulose ist den Beispielen der US-PS 28 16 889 zu entnehmen, daß Produkte mit einem
Substitutionsgrad zwischen 0,42 und 0,47 einen Gehalt
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US8279770A | 1970-10-21 | 1970-10-21 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE2151973A Expired DE2151973C2 (de) | 1970-10-21 | 1971-10-19 | Verfahren zur Herstellung von schwach sauer reagierenden Natrium- oder Kaliumsalzen von Carboxymethylcellulose und schwach saure Natriumcarboxymethylcellulose |
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