DE2358150A1 - Verfahren zum herstellen von wasser aufnehmenden, aber darin unloeslichen celluloseaethern - Google Patents
Verfahren zum herstellen von wasser aufnehmenden, aber darin unloeslichen celluloseaethernInfo
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Description
Beschreibung
zur Anmeldung der
KALLE AKTrENGESELLSCHAFT Wiesbaden-Biebrich
für ein Patent auf
Verfahren zum Herstellen von Wasser aufnehmenden,
aber darin unlöslichen Ceriuloseäthern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von
Wasser aufn-ehmenden, aber darin wenigstens zum größten
Teil- unlöslichen Cell uloseäthern.
Es ist bekannt, bei der Veratherung von CeIlulose mit
Monochloressigsäure erhältliche an sich wasserlösliche
Carboxymethylcellulose zu vernetzen, um einen CeIluloseäther zu erhalten, der wenigstens zum Teil nicht mehr
wasserlöslich ist, aber/die Fähigkeit hat, verhältnismäßig große Mengen Wasser aufzunehmen und dabei zu quellen.
Die Vernetzung kann vor oder nach oder- gleichzeitig mit
der Veretherung erfolgen. Als Vernetzungsmittel werden
gegenüber Cellulose polyfunktionelle Reaktionsmittel
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verwendet, beispielsweise Epoxyverbindungen, mehrfach chlorierte höhere Alkohole oder Divinylsulfön. Epichlorhydrin wird bevorzugt angewendet, weil damit die Vernetzung gleichzeitig mit der Veretherung durchführbar ist
Die Vernetzungen finden entweder in Gegenwart·von Wasser
in halbtrockenem Zustand" oder in Gegenwart von verhältnismäßig großen Mengen eines inerten organischen Verdünnungsmittels statt, beispielsweise in Gegenwart von Isopropanol, dessen Menge dem 40-fachen der Menge der
Cellulose entspricht. Die Vernetzungsreaktion beansprucht bei Raumtemperatur viele Stunden, beispielsweise 18; bei
erhöhter Temperatur geht sie rascher vor sich, benötigt aber selbst bei Temperaturen über 70° C immer noch einige
Stunden, beispielsweise 3,5 Stunden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen von Wasser aufnehmenden, aber darin weitgehend, d.h. zu mehr als 50 Gewichtsprozent, unlöslichen
Celluloseethern zur Verfügung, zu stellen, das rascher
durchführbar ist. Bei der Lösung der Aufgabe wird von
dem bekannten Verfahren zum Herstellen von Wasser aufnehmenden, aber darin unlöslichen CeI1uloseäthern ausgegangen, bei dem man Cellulose in Gegenwart von Alkali
und Isopropanol als Reaktionsmedium alkalisiert und mit einem Verätherungsmittel derart umsetzt, daß bei bloßem
Veräthern ein im wesentlichen, d.h. zu mindestens
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95 Gewichtsprozent, wasserlöslicher CeIluToseäther
entstehen würde, und man vor, gleichzeitig mit oder
nach dem Vera them mit einem gegenüber den noch freien
Hydroxylgruppen der Cellulose-Anhydroglucosegruppen in
alkalischem Reaktionsmedium reaktionsfähigen Reaktionsmittel modifiziert. Die Lösung der Aufgabe besteht darin,
daß man beim V.eräthern von Cellulose zu Carboxymethylcel1ulose , Carboxymethylhydroxyäthylcellulose, Hydroxyäthylcellulose oder Methylhydroxyäthyleellulose mit dem
Modifizierungsmittel in Anwesenheit von 0,8 bis 7,5
Gewichtsteilen Isopropanol„ bezogen auf das Gel 1ulosegewicht,
umsetzt und daß man ein Modifizierungsmittel anwendet,
das einer der Formeln
I CH2 = CH - CO - NH - CH - R-, oder
II CH2 = CH - SO2- NH2 *2 '
entspricht, wobei in Formel I -■■-·■
Cärbaminogruppe und -R2 Wasserstoff oder die Carboxygruppe ist.
Bei der Anwendung des Verfahrens auf das Herstellen von
Carboxymethy'l cell ulose (CMC) oder Carboxymethyl ■ hydroxyäthylcellulose (CMHEC)wird sowohl das Alkalisieren und
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Veräthern als auch das Modifizieren vorzugsweise in Anwesenheit von 0,85 bis 3,0 Gewichtsteilen Isopropylalkohol auf 1 Gewichtsteil trockene Cellulose durchgeführt.
Wird das Verfahren auf das Herstellen von Hydroxyäthylcellulose (HEC), oder Methylhydroxyäthylcellulöse (MHEC)
angewendet, werden Alkalisieren, Veräthern und Modifizieren
vorzugsweise in Anwesenheit von mindestens 0,85, jedoch nicht mehr als 7 Gewichtsteilen Isopropy1 alkohol durchgeführt. Bei dem Verfahren verwendet man den Isopropylalkohol, der im Vorliegenden auch als Isopropanol bezeichnet wird, oft am zweckmäßigsten in Gestalt des in
der Technik vielfach verwendeten wasserhaltigen Produkts
mit etwa 13 Gewichtsprozent Wasser, In der vorliegenden
Beschreibung und in dem Anspruch ist jedoch unter Isopropylalkohol oder Isopropanol, außer wenn eine
anderslautende Erläuterung beigefügt ist, 100-prozentiger
Isopropyalkohol zu verstehen.
Um die bei dem Verfahren erforderliche Gegenwart von
Alkali zu besorgen, werden in den weitaus überwiegenden Fällen wäßrige Alkalilaugen verwendet. Während des
Alkalisierens, Verätherns und Modifizierens enthält daher das Reaktionsgemisch außer dem durch die Verwendung
87-prozentigen Isopropanols eingebrachten auch noch das durch die verwendete Alkalilauge eingebrachte Wasser. Weiteres
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Wasser wird in manchen Fällen dadurch in die Reaktionsgemische eingebracht, indem das Modifi zierung smittel als
wäßrige Lösung zugegeben wird. Die gesamte in die Reaktionsmischung eingebrachte Gewichtsmenge Wasser sol I jedoch die
darin anwesende Gewichtsmenge rsopropanol nicht übersteigen,
vorzugsweise nicht mehr als zwei Drittel von dessen
Gewichtsmenge betragen. ·
Führt man bei der Herstellung von Carboxymethylcellulose
oder CarboxymethylhydroxyäthyleelTulose die Veretherung
vor dem Modifizieren durch und geschieht sie in Gegenwart einer wesentlich größeren Menge als 3 Gewichtsteile
Isopropanol je Gewichtsteil Cellulose, dann entfernt man
vor dem Modifizieren des Celluloseäthers zweckmäßigerweise
einen Teil des Isopropanols, sodaß das Modifizieren in
Gegenwart von etwa 3 Gewichtsteilen Isopropanol stattfindet. Andernfalls würde die Modifizierung bei gleichem Einsatz
an Vernetzungsmittelmenge weniger rasch verlaufen.
Unter den Modifizierungsmitteln, dieder obigen Formel I in
der Weise entsprechen, daß R^ eine Acyl aminögruppe ist, werden vorzugsweise die verwendet, bei denen die Acylgruppe
die Formyl- oder Acetyl gruppe ist, und unter den Modifizierungsmitteln, bei denen R1 eine veresterte Carbaminogruppe ist, haben sich die als besonders gut geeignet
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erwiesen, bei denen die Carbaminogruppe mit einem aliphatischen Alkoholrest von nicht mehr als 5 Kohlenstoff-,
atomen verestert ist. Der Alkoholrest kann mit einer niederen Alkoxygruppe, insbesondere mit einer Methoxygruppe
verestert sein.
Die bei dem Verfahren verwendeten Modifizierungsmittel
sind beispielsweise:
Von ihnen werden bis zu 100 Gewichtsteile, vorzugsweise
jedoch weniger als 25 Gewichtsteile auf 100 Gewichtsteile
Cellulose angewendet.
Das Verfahren führt, wie auch die bisher bekannten Vernetzungsverfahren, zu modifizierten Produkten, die einen
gewissen wasserlöslichen Anteil enthalten. Für viele
Verwendungszwecke stört dies nicht, so daß sich ein Entfernen der wasserlöslichen Anteile meist erübrigt.
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Die Wirkung des Modifizierungsmittels ist in gewissem
Umfang von der Intensität, mit der beim Modifizieren gemischt wird, abhängig. Bei intensiver Durchmischung
kommt man schon mit 10 GewichtsteiTen Modifizierungsmittel
je 100 g Cellulose zu sehr viel Wasser aufnehmenden Celluloseethern. Wünscht man einen Celluloseether
zu erhalten, der sehr viel Wasser aufnehmen kann
und darf der Celluloseether aber verhältnismäßig viel, d.h. bis zu 45 Gew.-% in Wasser lösliche Anteile enthalten,
dann genügen schon 5 Gew.-%des Modifizierungsmittels
zum Modifizieren von 100 g Celluloseether.
In der nachstehenden Tabelle ist die Menge der in reinem
Wasser bei 20 C löslichen Anteile der in den Beispielen
enthaltenen modifizierten Celluloseäther angegeben.
Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß es verhältnismäßig
geringe Mengen an Reaktionsmedium (Isopropenol) benötigt und bei Temperaturen um 50° C sehr schnell,
etwa in einer Stunde, zu ausreichenden Modifizierungen
führt. Es werden dabei Produkte mit je nach den
Verätherungs- und Modifi zi erungsbedingungen unterschied!i cn
hohem Wasseraufnahmevermögen erhalten. Man kann daher vielen
unterschiedlichen Anforderungen genügen. Die Wasseraufnahmefähigkeit
kann'.dabei überragend hoch sein und bei spieIs-
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weise bis zum 60-fachen des Gewichtes des wasserunlöslichen Anteils des modifizierten Celluloseäthers betragen. Das
aufgenommene Wasser ist so fest an das Modifizierungsprodukt gebunden, daß es selbst bei Anwendung einer
Zentrifugalkraft vom 2000-fachen der Erdbeschleunigung
daraus nicht entfernt wird. In der folgenden Tabelle ist das Rückhaltevermögen gegenüber reinem Wasser bei 20 C
nach Anwenden einer solchen Zentrifugalkraft angegeben.
Die nach dem Verfahren erhaltenen modifizierten Celluloseether
können den verschiedensten technischen Zwecken dienen, beispielsweise als aufsaugende Massen bei medizinischen
und hygienischen Verbänden oder als Entwässerungsmittel,
z.B. bei wäßrigen Emulsionen.
In den nachstehenden Beispielen beziehen sich alle Prozentangaben auf Gewichtsprozente. Das Al k-al i sieren , Veräthern
und Modifizieren erfolgt bei den angegebenen Temperaturen unter Durchkneten oder Durchrühren je nach der anwesenden
Menge von Isopropanol-Wasser-Reaktionsmedium. Die erhaltenen
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Produkte werden, wenn nicht anders angegeben, mit
Essigsäure neutralisiert, mit 80-prozentigem Methanol
praktisch salzfrei gewaschen und dann bei 80 bis 100° C
getrocknet.
Beispiel 1: '
Man alkalisiert 100 g Cellulose in 300 g 87-prozentigem
wäßrigem Isopropanol mit 46 g 50-prozentiger Natronlauge
durch 45 Minuten dauerndes Durchmischen bei 20° C. Anschließend modifiziert man die so hergestellte Alkalicellulose, indem man 50 g einer 48-prozentigen wäßrigen
Lösung von N-Methylolacrylamid hinzugibt und bei 50° C
eine Stunde unter weiterem. Durchmischen reagieren läßt.
Im Anschluß verethert man durch Zugabe von 55 g monochloressigsaurem Natrium (MCE-Na) und einstündiges Mischen bei
70° C. Danach neutralisiert, wäscht und trocknet man.
Das Wasserrückhaltevermögen (WRV) des erhaltenen modifizierten Celluloseäthers in g Wasser je 100 g Celiuloseäther sowie sein Gehalt an wasserlöslichen" Anteilen in
Gewichtsprozent sind in der Tabelle aufgeführt, die sich
hinter den Beispielen befindet. In ihr finden sich auch die entsprechenden Angaben für die noch folgenden Beispiele.
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Beispiel 2:
Man alkalisiert 100 gCellulose in 670 g 87-prozentigem
Isopropanol mit 51 g Natronlauge (50-prozentig) durch
45 Minuten langes Mischen bei 20° C. Im Anschluß daran verä'thert man durch Zugabe von 61 g MCE-Na und-weiteres
Mischen innerhalb einer Stunde bei 80° C. Anschließend wird auf ein Feststoff:F1üssigkeits-Verhältnis von 1:3
abgepreßt. Nach Zugabe von 30 g 50-prozentiger Natronlauge und 200 g einer 48-prozentigeh. wäßrigen Lösung von
N-Methylolacrylamid läßt man eine Stunde bei 50° C unter Kneten reagieren.
Man alkalisiert in einem Druckgefäß 100 g Cellulose in
670 g Isopropanol (100-prozentig) mit 30 g NaOH, die in 189- g Wasser gelöst sind, unter Rühren während 30 Minuten
bei 20° C. Im Anschluß daran modifiziert man durch Zugabe von 50 g einer wäßrigen 48-prozentigen Lösung von ■>
N-Methylolacrylamid im Verlauf einer Stunde bei 50° C unter weiterem Rühren. Danach gibt man 75 ml Äthylenoxid
zu und rührt eine weitere Stunde durch, nachdem man das Reaktionsgemisch auf 70° C erwärmt hat.
In einem Druckgefäß werden IQJKg Cellulose in 300 g Isopropanol (87-prozentig) mit 56 g 50-prozentiger Natronlauge
45 Minuten bei 20° C alkalisiert. Anschließend gibt man zu
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der Alkalicellulose 50 g einer wäßrigen 48-prozentigen Lösung von N-Methylolacrylamid und läßt dann 1 Stunde
bei 50° C reagieren. Nach Zugabe von 24,8 g Monochloressigsäure hält man die Temperatur eine Stunde bei 70° C,
Man kühlt nun auf wenigerals,25° C ab und gibt 37,5 ml
Äthylenoxid hinzu und verethert, indem man eine weitere Stunde bei 700C durchmischt. Das erhaltene Reaktionsprodukt
wird wie oben angegeben aufgearbeitet.
Man verfährt wie im obigen Beispiel T angegeben, modifiziert
jedoch statt mit in Wasser gelöstem N-Methylolacrylamid
mit N-(Acrylamidomethylen)-acetamid, das in 87-prozentigem
Isobutylalkohol gelöst ist.
Beispiel 6: ; ; ;
Man verfährt wie- im obigen Beispiel 5 angegeben, modifiziert jedoch mit N-(AcryTamidomethylen)-acetamid.
Man verfährt wie im obigen Beispiel 5 angegeben, modifiziert jedoch mit N-(Acrylamidomethylen)-formamid. -
jedoch mit Vinylsulfonamid. , ..
509822/080 5:
Bei spi el 9 :
Man verfährt wie im obigen Beispiel 5 angegeben, modifiziert jedoch mit N-(Acrylamidomethylen)-amylurethan.
jedoch mit N-(Acryl amidomethylen)-methylurethan.
Beispiel 1-1 :
jedoch mit N-(Acrylamido-carboxymethy1en)-äthylurethan .
jedoch mit N-(Acrylamidomethylen)-methoxyäthylurethan.
509822/0805
Bei spiel | WRV | wasser 1-ösl i eher |
Nr. | : g Wasser | Anteil |
je 100 g | Gewichtsprozent | |
Cell,-Äther | ||
T : | 5940 | -_ - ,' 22,0 |
2 | .,." 2460 | 23,7 . |
3 | ". '■ 5970 | ;'.V - 29,7: |
4 | 2010 | 21,8 |
5 ;■■;_■ | . 4540 ■;■"..'■.'■ | 27,4 - - - - " - . |
6 | 2100 | 25,4 |
7 | ■■■:' 2800 ; | - '25,3 ■-■■■ |
8 ; - | 4630 | 37,7 |
9 | 2460 - | : 24,8 |
IP | 1540 | 23,6 |
•11 | ■;■.- 620 | ;;■■" 27,5 |
12 | 5740 | 26,8 |
509822/080
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zum Herstellen von Wasser aufnehmenden, aber darin weitgehend unlöslichen CeI1uloseäthern, bei dem man Cellulose in Gegenwart von Alkali und Isopropanol als Reaktionsmedium alkalisiert und mit einem Verätherungsmittel derart umsetzt, daß bei bloßem Veräthern ein wasserlöslicher Celluloseether entstehen würde, und man vor, gleichzeitig mit oder nach dem Veräthern mit einem gegenüber den noch freien Hydroxylgruppen der CeI1ulose-Anhydroglucosegruppen in alkalischem Reaktionsmedium reaktionsfähige Reaktionsmittel modifiziert, dadurch gekennzeichnet, daß man beim Veräthern von Cellulose zu Carboxymethylcellulose, Carboxymethylhydroxyäthyleel 1ulose, Hydroxyäthylcellulose oder Methylhydroxyäthylcel1ulöse mit dem Modifizierungsmittel in Anwesenheit von 0,8 bis 7,5 Gewichtsteilen Isopropanol, bezogen auf das Cellulosegewicht, umsetzt und daß man ein Modifizierungsmittel anwendet, das einer der beiden FormelnI CH2 = CH - CO - NH - CH - R1 oder II CH2 = CH - SO2 - NH2 2entspricht, wobei in Formel IR, die Hydroxyl-, eine Acylamino- oder eine veresterte Carbaminogruppe undR9 Wasserstoff oder die Carboxylgruppe ist.509822/0 805
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