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Verfahren zur Herstellung homogener Lösungen von Zellulose in Schwefelsäure oder in anderen Säuren bzw. Gemischen von Säuren und von Kunstseideniäden, Filmen, Bändchen und ähnlichen künstlichen Produkten aus diesen Lösungen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung homogener Lösungen von Zellulose in Schwefelsäure und andern Säuren, respektive Gemischen von Säuren und von Kunstseidenfäden, Filmen, Bändchen und ähnlichen künstlichen Produkten aus diesen Lösungen, wobei die Zellulose vor der Lösung mit einer Säure bzw. Gemischen von Säuren behandelt wird, deren Konzentration unter der Lösungkonzentration liegt.
Bei der Herstellung von künstlicher Seide aus Lösungen von Zellulose in Schwefelsäure und andern Säuren, welche für die Herstellung von künstlicher Seide, Filmen, Bändchen u. ähnl. Produkten geeignet sind, kann der Übelstand auftreten, dass die Lösung mehr oder weniger ungelöste Teilchen enthält, die sogar durch Filtration schwierig entfernt werden können.
Um diese Übelstände zu beheben, wird nach der Erfindung die Zellulose, bevor sie aufgelöst wird, in eine homogene Fasersuspension umgewandelt, wobei man die Zellulose während kurzer Zeit mit einer hinreichenden Menge Säure von einer Konzentration behandelt, die nur knapp unterhalb der Lösekonzentration liegt und eine Aufhebung des Zusammenhanges zwischen den Einzelfasern bewirkt, um die besagte Suspension zu bilden und dass darauf die in dieser Weise entstandene Zellulosesuspension mit einer solehen'Menge'Säure einer derartigen Konzentration behandelt wird, dass sich die Fasern lösen.
Bei Verwendung von Schwefelsäure'wird nach-der Erfindung'die Zellulose mit einer genügenden
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Kneten schnell Schwefelsäure in. einer derartigen Menge und-einer derartigen Konzentration zusetzt, dass die Zellulose bzw. die Suspension sich löst. Es hat sich gezeigt, dass man die Lösesäure schnell zusetzen soll, damit diese Säure schon ganz durch die Fasersupension verarbeitet ist, bevor das Kolloidalwerden der Zellulose stattfindet.
Schliesslich kann die Vorbehandlung mit einer Schwefelsäuremenge stattfinden, die ungefähr das Zehnfache derjenigen der Zellulose beträgt.
Zur Erläuterung der Erfindung dient das folgende Ausführungsbeispiel :
Lufttrockenen Zelluloseblättern wird die zehnfache Gewichtsmenge 60% iger Schwefelsäure von 150 C zugesetzt. Dabei findet fast unmittelbar eine Aufhebung des Zusammenhanges zwischen den Einzelfasern der Zellulose statt, so dass eine Fasersuspension gebildet wird, ohne dass die Zellulose sich löst. Die gebildete brühartige Masse wird in einer Knetmaschine nur einen Augenblick gerührt, damit die Fasersuspension sicher homogen ist. Darauf wird unter fortgesetztem Kneten oder Rühren schnell und auf einmal die Lösesäure zugesetzt, u. zw. so viel, bis die Konzentration der Schwefelsäure, von der Zellulose abgesehen, 63% beträgt.
Die Lösung ist nahezu sofort danach vollständig homogen und faserfrei und kann, gegebenenfalls nach Ausführung irgendeiner weiteren Behandlung, wie Metastabilisierung, in bekannter Weise versponnen werden.
Es hat sich gezeigt, dass je nach der Art der Zellulose und Temperatur der Suspensionssäure unter einer Konzentration von 60-57% Schwefelsäure keine oder nahezu keine Aufhebung des Zusammenhanges zwischen den Einzelfasern auftritt, so dass in solchen Fällen eine Fasersuspension nur auf mechanischem Wege erhalten werden kann. Je kälter die Suspensionssäure ist, bei desto niedrigerer Konzentration wird die Suspension gebildet. Für jede Temperatur gibt es jedoch eine entsprechende Konzentration der Suspensionssäure. So hat sich z. B. gezeigt, dass für eine Temperatur von ungefähr 15 C die beste Konzentration der Suspensionssäure 60% ist. Falls dann Schwefelsäure von 57% verwendet wird, wird es nicht möglich sein, eine vollkommen homogene Lösung in einer kurzen Zeit herzustellen.
Das erfindungsgemässe Verfahren hat die folgenden Vorteile :
1. Mit keinem andern Verfahren kann eine vollständig homogene Lösung erhalten werden. Wenn man jedoch nach der Erfindung zunächst eine Fasersuspension herstellt, gelingt es in ausgezeichneter Weise, eine hervorragende, absolut homogene Lösung herzustellen, da es bei diesem Verfahren ausge- schlossen ist, dass Zelluloseteilchen nur teilweise oder gar nicht von der Lösesäure befeuchtet werden.
2. Bei Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung kann man das Lösen mit der geringsten theoretisch notwendigen Konzentration der Schwefelsäure ausführen, d. h. auch bei der technischen Ausführung kann man die kleinste Schwefelsäurekonzentration verwenden, bei der die Einzelfasern klar kolloidal gelöst werden. So kann man z. B. mit einer Schwefelsäureendkonzentration von 63 Gewichtsprozent, von der Zellulose abgesehen, gute Lösungen herstellen, was ohne Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung unmöglich war.
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3. Das Herstellen der Supension, wie auch das Lösen erfordert nur wenige Minuten, was ein bedeutender ökonomischer Vorteil ist und insbesondere für die Qualität des Endproduktes von Wichtigkeit ist, da so lange eine Lösung nicht metastabilisiert worden ist, die Zellullose der Lösung verzuckert.
4. Die Lösung kann mit den einfachsten Apparaten hergestellt werden.
5. Das Verfahren nach der Erfindung gestattet eine Lösung mit dem höchstmöglichen Zellulose- gehalt herzustellen, ohne dass die Lösung inhomogen wird oder ungelöste Teilchen enthält.
Bei der Vornahme der Versuche, die zu der vorliegenden Erfindung geführt haben, hat sich gezeigt, dass andere Wege nicht zum gewünschten Ziel führen. So wurde versucht, das lufttrockene, lose Zellulose- material mit Lösesäure zu besprühen. Dabei zeigte sich, dass immer ungelöste Teilchen in der Lösung vorhanden blieben, während die Viskosität der Lösung Örtlich sehr verschieden war. Die gleichen Nachteile zeigten sich, falls man die Zellulose vorher mit einer Säure behandelte, die nicht eine Aufhebung des Zusammenhanges zwischen den Einzelfasern der Zellulose verursacht. Sogar das Feinverteilen der
Masse zu sogenannten Krümeln in einer sogenannten Krümelmühle gab keine besseren Erfolge.
Die Erfindung gibt also unerwartete und technisch sehr bedeutende Erfolge ; sie beruht auf der Erkenntnis, allgemein eine Fasersuspension zu verwenden, und im besonderen den Unterschied der Sehwefel- säurekonzentration auszuwerten, nämlich zwischen jener, bei der nur eine Aufhebung des Zusammenhanges zwischen den Einzelfasern der Zellulose stattfindet (und von selbst eine Suspension bildet), und jener, bei der die Zellulose sich löst.
Die Herstellung von Lösungen, ausgehend von einer Fasersuspension, kann mit Erfolg auch für andere Zellulose sofort lösende Säuren angewandt werden, wie z. B. Salzsäure, Phosphorsäure usw., wie auch Säuregemisehe, z. B. eine Mischung von Schwefelsäure und Salzsäure.
Ausführungsbeispiel :
Zu lufttrockenen Zelluloseblättern wird die 12fache Gewichtsmenge 78% niger Phosphorsäure von 180 C zugesetzt. Es findet eine Aufhebung des Zusammenhanges zwischen den Einzelfasern der Zellulose statt, so dass eine Fasersuspension gebildet wird, ohne dass die Zellulose sich löst. Die gebildete brühartige Masse wird in einer Knetmaschine nur einen Augenblick geknetet ; darauf wird 89-5% igue Phosphorsäure zum Lösen zugesetzt, u. zw. so viel bis die Konzentration der Phosphorsäure in der Lösung, abgesehen von der Zellulose, 83% ist. Es entsteht dann eine homogene, klare Lösung.
Wie bereits erwähnt, hat sich gezeigt, dass das vorliegende Suspensionsverfahren die einzige Methode bildet für die Herstellung von vollkommen homogenen Lösungen von Zellulose in Säuren, zufolge der im allgemeinen sehr schnell lösenden Eigenschaften der Säuren. Falls die Fasern nicht gleichzeitig von allen Seiten gelöst werden, was der Fall ist, wenn die Zellulose zunächst in sogenannten Krümeln verteilt wird, so werden die Krümeln nur teilweise an der Aussenseite gelöst, bevor die Lösesäure das Innere der Krümeln erreicht hat. Zufolge der hohen Viskosität der Lösung, die sich um das Innere der Krümeln bildet, kann die Lösesäure das Innere der Krümeln nicht erreichen, so dass eine homogene Lösung unmöglich ist.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung homogener Lösungen von Zellulose in Schwefelsäure oder in andern Säuren bzw. Gemischen von Säuren und von Kunstseidefäden, Filmen, Bändchen u. ähnl. Produkten aus diesen Lösungen, wobei die Zellulose vor der Lösung mit einer Säure bzw. Gemischen von Säuren behandelt wird, deren Konzentration unter der Lösungskonzentration liegt, dadurch gekennzeichnet, dass man die Zellulose zum Zwecke der Herstellung einer homogenen Fasersuspension während kurzer Zeit mit einer genügenden Säuremenge einer Konzentration von nur knapp unter der Lösungskonzentration behandelt, welche den Zusammenhang der Zellulosefasern aufhebt und dass darauf die in dieser Weise entstandene Zellulosesuspension mit einer solchen Menge Säure einer derartigen Konzentration behandelt wird, dass sich die Fasern lösen.