DE1518979A1 - Verbesserungen in oder in bezug auf ein Verfahren zur Herstellung von Hydroxyaethyl-cellulose - Google Patents
Verbesserungen in oder in bezug auf ein Verfahren zur Herstellung von Hydroxyaethyl-celluloseInfo
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Description
910 Market Street, ."Wilmington, Delaware, Ü. S
"Verbesserungen in oder in Bezug auf ein Verfahren zur
Herstellung von Hydroxyäthyl-cellulose"
Die vorliegende Erfindung betrifft Schiämmverfahren zur
Herstellung von Hydroxyäthyl-cellulose,
Es ist bekannt Hydroxyäthyl-cellulose durch Rühren von
Partikeln eines Cellulosematerials in einer Schiamme, welche
aus Alkali, Wasser, einem llydroxyäthylierungsmittel
und tert.Butyl-alkohol besteht, herzustellen. Es ist ebenso
bekannt Isopropyl-alkohol als Dispersionsmittel, anstelle, aber nicht im Gemisch mit tert.Jiutyl-alkohol zu
909837/1350 BAOORIGfNAU
verwenden. Wird Isopropyl-alfcohol verwendet, haben die
Äther lösungseigenschaften, welche ungefähr die gleichen
sind, wie wenn tert'.Butyl-alkohol verwendet wird, aber die
Ver^therungswirksamkeit des Verfahrens ist ist-wesentliche»
geringer.
Nach der vorliegenden Erfindung wird ein verbessertes Verfahren
zur Herstellung von Hydroxyäthyl-cellulose dtirch
das Schlämmverfahren dadurch gekennzeichnet, dass das tert.
Butyl-alkohol-Dispergiermittel zwischen 2 und 255^ Isopropyl-alkohol,
bezogen auf das Gewicht, enthäl-t. Dieses Gemisch hat zwei unerwartete Vorteile! Es gibt dem Produkt
im wesentlichen bessere "Lösungseigenschaften" als entweder Isopropyl-alkohol oder tert.Butyl-alkohol allein und
eine Verätherungswirksamkeit, die wenigstens so gut ist,
wie diejenige, die erhalten wird, wenn tert.Butyl-alkohol allein das Dispergiermittel ist.
Vorzugsweise besteht das Gemisch der Dispergiermittel aus
von 5 bis 10 Gew.yi Isopropyl-alkohol, weil dieser Verhältnisbereich
ein Produkt ergibt, welches die besten Eigenschäften
hat. ■. ■ . _ ■
Die Art der Durchführung der verschiedenen Ausf lüiriL.- ;sformen^
der Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele erläutert, in welchen die Verhältnisse auf das G- viel,-: bezogen
sind, es sei denn, dass dies anders angegeben ist.
909837/1350 ~ J ~
BAD ORIGINAL
Es sollte vielter ausgeführt werden, dass die verwendeten.
Yerfahrensbedingungen in einem Rahmen gewechselt werden
können, viie er im allgemeinen, in Beziig auf dchlämüiver- .. "
fahren, zur Herstellung von Rydroxyäthyl-cellulose -be- l;aant
ist, weil die bekannten. Bedingungen auf das verbesserte
Verfahren naek der Erfindung anwendbar sind. . '
Zur Bestimmung der "JjÖsungseigenschafteia11 der in den Beispielen
hergestellten Eydroxyäthyl-oelluloserwerden die Eigenschaften
ihrer wässrigen Lösungen in der. Bezeichnung als - ™
"Fasern", "Trübung" und "irrozent unlösliche .ieile" nach
der-bekannten l-razis verwendet. Definitionen" dieser Eigenschaften
und Beschreibungen, ■'-wie diese bestimmt oder gemessen
werden, folgen in den nachfolgenden Beispielen. In den
Beispielen ist IEA Isopropyl-alkohol, TBA tert.Butyl-alko- -"■
hol, HEG iLydroxyathyl-oellulose, EO Jithylenoxyd, Y ist sehr.,
b'l ist leicht, .".ieiterhin wird festgehalten,, dass die Bezeichnung.
"Ix.S." sich a uf die Durchschnittszahl der Hole.
desReaktionspartners bezieht, der mit der Cellulose für i
jede Juihydroglucoseeinh.eit verbunden ist. Jede dieser Einheiten enthält drei Hydroxylgruppen, was nicht bedeutet,
dass die-HoS-"c der Bydroxyalkyl-cellulöse—äther drei nicht
übersteigen kamt»"weil jeweils, wenn,die Hydroxyalkylgrupp-e
in das Oellulosemolekül"-eingeführt'wird, eine zusätsli-■■
ehe EydroXylgruXipe gebildet wird, die selbst zur Hydroxy—
alkylierung fähig ist. Dalier können sich lie benketten- be-, trächtlicher
Hinge bilden,, und das Ausmass, mit welchem
9 0 9 8 3 7/1350
BAD ORIGINAL
die M.S. drei übersteigen kann, hängt von dem Ausmass ab,
mit -welchem die iiebenketten gebildet werden.
Ein in'den nachfolgenden Beispielen verwendetes typisches
Verfahren besteht in der Zugabe von Isopropyl-alkohol,
tert.Butyl-alkohol, Wasser, wässriger latrium-hydroxyd-Lösung
-und Gellulosematerial in einen .Reaktor, Erhitzen des Reaktorsauf 3O0C und 30 Minuten Halten auf dieser Temperatur
und Zugeben von Äthylenoxyd. Die Temperatur wird dann auf 500C für eine Zeitdauer von 30 Minuten erhöht,
auf dieser Temperatur dann 90 Minuten, dann auf 800C erhöht,
und 30 Minuten gehalten. Das Reaktionsgefäss wurde gekühlt, das Natrium-hydroxyd neutralisiert und das sich
ergebende Hydroxyäthyl-celluloseprodukt wurde mit 80^igem
wässrigem Aceton gereinigt,mit 100$igem Acetom dehydratisiert
und getrocknet, in diesen Beispielen waren die verschiedenen Verhältnisse zur trockenen Cellulose in Gewichtsteilen: Dispergiermittel/Celluxose-Verhältnis 10,4-/1,
WaOH/Cellulose-Verhältnis O,32/1 und Wasser/Cellulose-Verhältnis
1,8/'I.
Die gesamten hier angegebenen Viskositäten wurden mit einem.
Standard-Brookfield-Synchro-Lectric-LVl-Viscometer in zwei
wässrigen Lösungen bei 250C gemessen, es sei denn, dass
dies anders angegeben ist. Die Menge jedea verwendeten Dispergiermittela
in dem Dispergiergemisch wird hier als Gew. Prozent des bezeichneten Gemisohs erläutert. Weitere Einzelheiten
sind aus ^der nachf ^gnden Tabelle I zu ersehen.
— 5 — BAD Of=JlGHSIAl
Herstellung von HEO Wechselndes IPA/TBA-Verhältiiis
<o | Bei-· 3,-iel |
üev/ichts^ IPi TM |
100,00 | E0/Cell„(a) Verhältnis |
l':- | Ii. S. | 2fo Visk. Cj: s . |
Pasern | Trübung | fo unlös liches |
fo EO Wirk- 'samkeit (b) |
|
O | 1 | 0 | 98,95 | '. γ ' r 0,679 |
ι ro | 1,67 | 6700 | 4+ | sehr ,3P. unklar |
1,4 | 66,8 / | |
OO | 2 | 1,05 | 97,90 | 0,676 | 1,65 | 7000 | 4+ | unklar | 1,6 | 66,3/ | ||
BAD | ΰ | 3 | 2,10 | 92,15 | 0,679 | «λ: | 1,64- | 7100 | 4 , | ^i .unklar | 0,4 | 65,6/ |
JD fI2 |
to | 7,85 | 90,00 | 0,679 | J 3* | 1,57 | 7900 | 3 | klar | 0,3 | 62,8, | |
% | 5 | 10,00 | 0 | 0,679 | 1,56 | 6600 | 2+ | klar | 0,3_ | 62,4^ | ||
6 | 100,00 | 90,00 | 1,121 | 2., 05' | 1640 | 5+ | sehr Jf* unklar |
1,2 | I 49,7/ui |
|||
ζ* | 7 | 10,00 | 0,907 | 2,12 | 2460 (I?i) | 2 | klar | kein | 63,OJ ' | |||
(a) Trockeneellulosebasis
-Mol Athylen-ox,yd
Mol Cellulose
Aus den vorausgehenden Beispielen ist leicht zu ersehen, dass
das Verfahren der vorliegenden Erfindung iiy dr oxy athylcellulose
ergibt, welche Lösutigaeigenschaften hat, die im
wesentlichen gegenüber solchen Produkten überlegen sind, die nach Verfahren des Standes der Technik hergestellt
wurden und zur gleichen Zeit ermöglicht sie ein« , t:r..,.τ;χierungswirksamkeit,
die mit derjenigen vergleichbar ±äz,
die nach dem besten bisher bekannten Verfahren erhalten wurde. - _
Die vorausgehenden.Beispiele dienen ausscliliesslich -irlauterungszwecken
und können in beträchtlicher ^eise im Bereich
der vorliegenden Erfindung abgeändert werden nach den Kenntnissen des Standes der Technik, wie dies ier Pachmann
einsehen wird.
Die Menge Isopropyl-alkohol in dem Isopropyl-alkohol—
tert.Butyl-alkohol-Gemisch ist- bedeutend und wird hier
als Gew.?» des Gesamt-IsOpropyl-alkohOl—tert.Butyl-alkohol-G-emisches
ausgedrückt. Die Verbesserung bei den Lösungseigenschaften ist-uicht so hoch 7/ie gewünscht, wenn unter
ungefähr 2>ί Isο ;.>
ropy !-alkohol verwendet wird, und' ^ie Verätherui±gswirksamkeit
beginnt etwas scharf abzuneara-i.--, .yenn
die Menge isopropyl-alkohol ungefähr 25/i überschreiü^t.
Der bevorzugte Bereich ist ungefähr-5 bis 1 0>j Isoi-ro^ylalkohol*
■-■"■'■ — 7 —
9 0 9 8 3 7/1ä SO
in iiydroxyathylierungsmittel kann verwendet werden,
eiiiscriliesslich zum tseispiel Äthylenoxyd, Glycid, Epichlorhydrin,
isutadien-monoxyd, fethylen-chlorhydrin und ähnliche
und Gemische derselben. ." " .
die vorliegende Erfindung anwendbar ist zur Her- . ·
stellung von Hydroxyäthyl-cellulose-äthern, welche in wässrigem
.Alkali, ebenso wie die, weiche in ü'asser löslich sind,
.άΐηά bei weitem die grössere Menge H/droxyäthyl-celluloseüther,
welche heutzutage verwendet werden, v/as ■! or löslich.
EU türlich ist die Löslichkeit solcher Äther von ihrem M.S.-""ert
abhängig. Im allgemeinen werden solche Hjdroxyäthylcellulose-üther,
\velche eine- M.S. unter ungefähr 1,0 haben
als alkalilöslich bezeichnet, und solche, welche eine M.S. von ungefähr 1 und darüber haben, werden als wasserlöslich
bezeichnet. I1Ur die meisten Verwendungen wurde gefunden,
dass ein M.S. Bereich von ungefähr 1,0 bis 3$5t vorzugsweise
1,5 bis 2,5, anwendbarer ist.
Im allgemeinen kann die Menge Dispergiermittel- (zum Beispiel.
Isopropyl-alkohol—tert.Butyl-alkohol-Gemisoh) ungefähr
2 bis 50 Teile pro Teil Cellulose sein, vorzugsweise ungefähr 7 bia 25 IeiIe pro Teil Cellulose. Das Dispergiermittel
kann in wasserfreier Form zugegeben werden oder es kann
in der wässrigen Form zugegeben werden. Wenn es natürlich
in der wässrigen Form zugegeben wird, muss passender Zuschlag vorgenommen werden, sodass das Reaktionsgemisch die
.gewünschte Gesamtmenge Wasser hat. ' - 8 909837/1350
BAD
Aus wirtschaftlichen- Gründen wird gewühnlich das verwendete
Alkali Hatriumhydroxyd sein. Jedoch, sind irgendwelche
starken Alkali-hydroxyde, einschliesslieh Kalium-hydroxyd,
geeignet. Irgendeine Alkalimenge kann verwendet 'werden, solange sie nicht das Hydroxy-ätiiyl-cellulose-Produkt
in dem lieaktionsgemisch löslich macht. Gewöhnlich
wird das Alkali/Cellulose-Verhaltnis ungefähr 0,05 bis 10
vorzugsweise 0,2 bis 0,5 Teil pro Teil Cellulose sein.
Gewöhnlich wird das Vv'asser/Cellulose-Verhältnis ungefähr
1,2 bis 2,5, vorzugsweise 1,6 bis 2, Teile pro Teil Cellulose sein.
Es ist dem lachmann klar, dass die Reaktionstemperaturen
und andere Bedingungen für die HydroxyäthylierungsreaktioiL.
in weiten Bereichen wechseln können. Beispielsweise kann die Verätherungsreaktions-Temperatur a«£.ungefähr 20 bis
1500C sein und die Reaktionszeit wechselt entsprechend, wobei
sie verhältnismässig lang ist bei der niederen Temperatur
und im wesentlichen kürzer bei einer hohen Temperatur. j)ie bevorzugte Reakt ions temperatur ist ungefähr 30 bis 800C.
Wie bereits vorausgehend ausgeführt wird das Hydroxyäthyl-Celluloseprodukt
-der vorliegenden Erfindung im wesentlichen in der gleichen partikelförmigen Porm wie das Ausgangscellulosematerial
erhalten. Das Produkt wird in einfacher Weise, nur durch Abdrainieren^ Zentrifugieren, Pressen oder
ähnliches, des Reaktionsmediums gewonnen. Das Produkt wird
90983?/13 SO
BAD fc "^
1518971
lelöht gereinigt durch Neutralisieren des Alkalis und Waschen mit einem für das Produkt !"ieht-liösungsmittel, zum
Beispiel 70 "bis SO^igem wässrigem .Aceton. Das gereinigte
Produkt kann dann getrocknet Serien, vorzugsweise unter
ungefähr 9O0G.
Das oellulosematerial kann irgendein geeignetes Rohmaterial
"sein, wie reine Cellulose, Baumwollinters oder Holzpulpe des Typs, wie er in herkömmlicher rfeise bei der ehemischen
Reaktion verwendet wird« Das Oellulosematerial kann Masse- ^
getrocknet, schichtgetrocknet, Alkali-vorbehandelt oder anderweitig
zur Reduktion zu Partikeln der gewünschten Größe bearbeitet sein. Das Cellulosematerial kann in einer Abriebmühle oder entsprechenden Vorrichtung zu der gewünschten
Partikelgrösse gemahlen werden, oder es kann zerris-sen, geflockt oder anderweitig zerteilt werden. In irgendeiner
dieser Formen ist das oellulosematerial in.Partikelform
für die Zwecke dieser Erfindung geeignet.
Die hier angegebenen "Fasern" wurden nach, dem nachfolgen- (
den Verfahren gemessen?
Die Faserbewertung beruht auf einer willkürlichen Unterlage von Standards, wie dies dem Fachmann bekannt ist. Die Skala
für Fasern ist nachfolgend angegeben,, wobei die Lösungsqualität
in dem Ausmass besser wird, wie die Faserbewertungszahl {Faserverhältniszahl) abnimmt. . .
- 10 - '
909837/1350 BAD
schlecht . 5+
besser 5
besser 4
besser 3
beste 2+ .
Unter Hinweis auf die vorausgehende Tabelle I wurde die Trübung einfach durch visuelle Beobachtung gemessen.
"founlösliches Material" wurde bestimmt durch Absieben einer
1 bis 2fo±gen wässrigen Konzentration der Mydroxyiathyl-cellulose
durch ein 325 mesh Sieb. Irgendein material, v/elches
nicht durch das Sieb lief, wurde als unlöslich bezeichnet.
Das nachfolgende Verfahren wurde verwendet:
1. Feststellen des Taragewichtes auf dem 325 mesh-Sieb. .
2. Unterstütze das gieb mit einer Klammer und einem Hingständer.
Bringe eine Wasserdüse innerhalb des Siebes so an, dass das Wasser tangential über das Sieb gesprüht
wird. Das Wasser soll das gesamte Sieb waschen.
3. Giesse langsam die lösung von Hydroxyäthyl-cellulose
in lasser durch das Sieb..
4.■ Trockne das Sieb 1 /2 Stunde bei 1050C. coihle und v/iege.
5. Errechnung
„, - " .;.. ,.■"·, „, -τ Gewicht des Siebrückstandes χ 100
io unlösliche Teile = Gew.d.Trockenprobe, die in der Lo-
sung war.
- 11 909B37/13S0
BAD
r; f
Ia vxele augenscneiuiiche und in weitem uereich unter-
-acliiediicne ^uszührungsformen dieaer Erfindung, ohne Abzeichen
von dem Krfindungsgedanken -und dem Erfiii&ungs"bereich,
derselben vorgenommen werden können, ist es klar, dass die Erfindung durch die spezifischen Ausführungsformen
derselben nicht eingeschränkt wird, ausgenommen in den anhängenden Ansprüchen.
§0 9 837/1350
BAD
Claims (2)
1. Verfahren zur Herstellung von Hydroxyäthyl-cellulose
durch Rühren von Partikeln eines Cellulosematerials in einem Gemisch von Alkali, Wasser, Hydroxyäthylierungsmittel
und tert.Butyl-alkohol als flüssiges Dispergiermittel dadurch
gekennzeichnet, dass das Dispergiermittel zwischen 2 und 25Gew.$ Isopropyl-alkohol enthält.
2. Verfahren gemäss Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,
dass das Isopropyl-alkohol- und tert.Butyl-alkohol-Gemisch aus ungefähr 5 "bis 10 Gew.$ Isopropyl-alkohol besteht.
909837/1310
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