DE4035813A1 - Sauerstoffbleichung - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum chlorfreien
Bleichen von Zellstoffen mit einem α-Cellulosegehalt von
mehr als 90%, bei dem mittels Sauerstoff in einem Ein
stufenverfahren mehr als 75% Weißgrad erzielt werden.
Bleichen mittels Sauerstoff ist bereits bekannt, wobei als
die wichtigsten Bleichmittel Wasserstoffperoxid und
Natriumperoxid zu nennen sind. Große Bedeutung besitzt auch
das Natriumperborat (NaBO3· 4 H2O) das bisher aus wirt
schaftlichen Überlegungen für die industrielle Bleiche keine
Verwendung fand, jedoch als Bestandteil selbsttätiger Wasch
mittel eingesetzt wurde.
Peroxoessigsäure bereitet bei den bisherigen Verfahren Hand
habungsschwierigkeiten und wurde allenfalls in sehr be
schränktem Umfange zur Bleiche naphtholgefärbter Textilien
benutzt. Auch Kaliummonopersulfat wurde bereits für die
Bleiche vorgeschlagen, wie auch Natriumpersulfat als
Zusatzmittel bei der Peroxidbleiche.
Molekularer Sauerstoff ist ebenfalls als Bleichmittel beim
MODO oder bei SAPPI-Verfahren mit Erfolg eingesetzt worden,
wobei eine Sauerstoffbehandlung in Gegenwart von NaOH bei
Temperaturen von etwa 100°C erfolgt. Um die starke Oxidation
der Cellulose zurückzudrängen, werden MgCO3 oder komplexe
Mg-Verbindungen eingesetzt.
Die bisher bekannt gewordenen Bleichverfahren mit Sauerstoff
und Peroxoverbindungen benötigen Temperaturen von wenigstens
100°C und ein im allgemeinen stark alkalisches Milieu,
welches im allgemeinen durch Alkalihydroxide eingestellt
wird.
Für den Verlauf der Bleiche sind die Aktivierung und Stabi
lisierung bestimmend.
Die Stabilisierung hat die Aufgabe, den radikalischen Zer
fall von Wasserstoffperoxid zu verhindern und eventuell vor
handene Katalysatoren, die diesen Zerfall begünstigen, un
wirksam zu machen.
Ein bei der Peroxidbleiche gebräuchlicher Stabilisator ist
Wasserglas, welches oft in Kombination mit Magnesiumsalzen
verwendet wird. Andere Stabilisatoren sind Magnesiumsalze
zusammen mit Dispergatoren oder Komplexbildnern. Weitere
bekannte Stabilisatoren für Wasserstoffperoxid sind Phos
phorsalze wie Na2H2P2O7.
Die Aktivierung wird durch Erhöhung der Temperatur,
Alkalität und Konzentration erzielt. Die Aktivierung startet
und beschleunigt den Bleichprozeß, begünstigt aber auch den
Ablauf von unerwünschten Nebenreaktionen, insbesondere den
Abbau der Cellulose.
Die Disproportionierung von Peroxoverbindungen erfolgt
beispielsweise für H2O2 nach folgendem allgemeinen
Reaktionsschema:
Zwei O-Atome erhöhen die Oxidationszahl um +1;
Zwei O-Atome erniedrigen die Oxidationszahl um -1.
Zwei O-Atome erniedrigen die Oxidationszahl um -1.
Ebenso gilt für die Disproportionierung von Peroxosäuren,
z. B. Peroxoessigsäure:
Verläuft die Disproportionierung der Peroxoverbindungen
nicht über Radikale, dann wird dabei molekularer Sauerstoff
in einer Form freigesetzt, der Oxidationsreaktionen bei
niedrigen Temperaturen in Gang setzt. Dadurch ermöglicht
Sauerstoff aus nicht über Radikale verlaufende Diproporti
onierung eine sehr schonende Oxidation unter Vermeidung von
Nebenreaktionen.
Aus der DE-OS 22 19 505 ist eine chlorfreie Mehrstufen
bleiche von Zellstoff bekannt, wobei mindestens 3 Bleich
stufen angewendet werden, bei denen in der 1. Stufe mit
einem Peroxid, in der 2. Stufe mit einer Persäure und in der
3. Stufe wieder mit einem Peroxid gebleicht wird. Bei diesem
Verfahren wird außer auf Chlor auch auf Wasserglas ver
zichtet. Als Base wird bevorzugt NaOH eingesetzt, wobei die
Bleichtemperatur bei 20° bis 140°C, vorzugsweise bei 40°C
bis Siedetemperatur der Bleichflotte betragen soll.
Unter diesen Bedingungen findet auch eine Zersetzung
zu Sauerstoffradikalen statt, die dann eine weitgehend
unkontrollierte Oxidation durch die Sauerstoffradikale in
Gang setzt.
Die sich in kurzer Zeit vollziehende Bleichung mit Sauer
stoff aus der nicht über Radikale verlaufende Disproportio
nierung findet hier nicht statt. Die Bleichzeiten je Stufe
betragen bei ca. 70° 4 Stunden, bei 100° ca 20 Minuten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, ein Bleichver
fahren zu finden, bei dem auf Chlor bzw. Hypochlorit voll
ständig verzichtet wird und die Sauerstoff abgebende
Reaktion im wesentlichen keine Radikale bildet und bei
niedriger Temperatur und kurzen Reaktionszeiten eine
ausreichende Bleichung von Zellstoffen mit mehr als 90%
α-Cellulosegehalt ermöglicht wird.
Gelöst wird erfindungsgemäß diese Aufgabe durch ein Ver
fahren, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß mit Sauer
stoff gebleicht wird, der durch Disproportionierung von
Peroxoverbindungen im pH-Bereich von 6-13 erhalten wurde
und die Bleichdauer in Abhängigkeit von der Bleichtemperatur
von 35°C bis 15°C zwischen 15 und 150 min beträgt.
Für die Herstellung von Dialysemembranen aus regenerierter
Cellulose werden überwiegend als Rohstoff gebeuchte Baum
wollinters verwendet. Zur Bleichung dieser Baumwollinters
eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren wegen der
schonenden Bleichung besonders gut. Bisher bestand die
Gefahr, daß Produkte von Nebenreaktionen aus üblichen
Bleichverfahren bei der Hemodialyse ins Blut des Patienten
gelangen und bei diesem Überempfindlichkeiten auslösen. Eine
bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahren
besteht darin, daß der Zellstoff mit mehr als 90% α-Cellu
losegehalt aus gebeuchten Baumwollinters besteht.
Bevorzugte Peroxoverbindungen sind Wasserstoffperoxid
und/oder Peroxomonoschwefelsäure und/oder Peressigsäure
und/oder Perborate, gegebenenfalls in Form von deren Salzen,
die jeweils nur in einem engen Bereich von pH-Wert,
Temperatur der nicht über Radikale verlaufenden Dispropor
tionierung zugänglich sind, wobei im Fall von H2O2 und
Perborat Katalysatoren unerläßlich sind.
Solche Katalysatoren sind vorzugsweise Metalloxide und/oder
Metallhydroxide eines Metalles der 2. Hauptgruppe und/oder
der dritten, vierten, fünften oder sechsten Nebengruppe des
Periodensystems. Alkalihydroxide hingegen führen bei H2O2
bei Raumtemperatur nicht zu der gewünschten Disproportio
nierungsreaktion.
Für die gewünschte Disproportionierung von Wasserstoffper
oxid hat sich Calciumhydroxid als Katalysator beim erfin
dungsgemäßen Verfahren in besonderem Maße bewährt, obwohl
die Spinnereifachleute bei Calciumhydroxid Störung beim
Verspinnen erwarteten.
Für das erfindungsgemäße Verfahren reichen bereits relativ
geringe Mengen an Metalloxiden und/oder Metallhydroxiden
aus. Vorzugsweise beträgt das Gewichtsverhältnis Wasser
stoffperoxid zu Metalloxid bzw. Metallhydroxid von 1 : 1
bis 25 : 1.
Bei den Peroxosäuren bzw. deren Salzen erfolgt die Dispro
portionierung in einem sehr engen pH-Bereich, der sich nach
dem pK-Wert der Peroxosäure richtet. Vorzugsweise beträgt
deshalb das Verhältnis des pH-Wertes zum pK-Wert der Peroxo
säure 0,6 bis 1,3.
Um Neben- und Folgereaktion während des Bleichens weitgehend
auszuschließen, beträgt erfindungsgemäß der Temperaturbe
reich 15 bis 35°C.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beispiele näher
erläutert.
In einem Labor-HT-Kocher der Firma Obermaier wurden 3,8 kg
gebeuchte Linters vom DP 850 mit einer wässrigen Lösung, die
0,02 Gew.-% Ca(OH)2 und 0,15 Gew.-% H2O2 enthielt, bei einer
Temperatur von 30°C gebleicht. Das Flottenverhältnis Linters
: Bleichmedium betrug ca. 1 : 11. Die Reaktion wurde nach 90
Minuten beendet. Nach Entfernung des Bleichmediums und
Waschen der Linters wurde der Remissionsgrad der Cellulose
gegen BaSO4 als Standard gemessen, er betrug 76%.
In Abänderung zum Beispiel 1 wurde die Bleiche mit einer
H2O2-Konzentration von 0,85 Gew.-% und einer Ca(OH)2-
Konzentration von 0,13 Gew.-% durchgeführt. Die Reaktions
temperatur wurde auf 20°C abgesenkt. Nach einer Reaktions
dauer von 90 Minuten wurde die Bleiche beendet und der
Remissionsgrad der Linters nach Waschen zu 78% bestimmt.
In einer mit Rührwerk versehenen emaillierten 600 l-Re
aktionsblase wurden in 300 l einer wässrigen Lösung, die
0,85 Gew.-% H2O2 und 0,125 Gew.-% Ca(OH)2 enthielt, bei
30°C 7 kg Beuchlinters gebleicht. Das Flottenverhältnis
betrug 1 : 43. Der pH-Wert der Bleichflotte lag bei 10.0.
Nach 90 Minuten Reaktionszeit wurde die Suspension abzen
trifugiert und gewaschen. Der Remissionsgrad der Bleich
linters betrug 80%.
Analog den Beispielen 1-3 wurden weitere Bleichversuche
durchgeführt. Die Bedingungen und die Ergebnisse sind in der
Tabelle 1 zusammengestellt.
In allen Beispielen war ein signifikanter Abbau des
Cellulose-DP nicht zu beobachten.
Claims (8)
1. Verfahren zum chlorfreien Bleichen von Zellstoffen mit
einem α-Cellulosegehalt von mehr als 90%, bei dem
mittels Sauerstoff in einem Einstufenverfahren mehr als
75% Weißgrad erzielt werden, dadurch gekennzeichnet, daß
mit Sauerstoff gebleicht wird, der durch Dispropor
tionierung von Peroxoverbindungen im pH-Bereich von
6-13 erhalten wurde und die Bleichdauer in Abhängig
keit von der Bleichtemperatur von 35°C bis 15°C zwischen
15 und 150 min beträgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Zellstoff mit mehr als 90% α-Cellulosegehalt aus
gebeuchten Baumwollinters besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß als Peroxoverbindung Wasserstoffperoxid
und/oder Peroxomonoschwefelsäure und/oder
Peroxoessigsäure und/oder Perborate, gegebenenfalls in
Form von deren Salzen, eingesetzt werden.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispro
portionierung von Wasserstoffperoxid mit einem
Metalloxid und/oder Metallhydroxid eines Metalles der
2. Hauptgruppe und/oder der dritten, vierten, fünften
oder sechsten Nebengruppe des Periodensystems kataly
siert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Disproportionierung von Wasserstoffperoxid mit
Calciumhydroxid katalysiert wird.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 4 oder 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Gewichtsverhältnis von Wasserstoff
peroxid : Metalloxid bzw. Metallhydroxid 1 : 1 bis
25 : 1 beträgt.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 bis 3, daß die Peroxoverbindung eine oder ein Gemisch
mehrerer Peroxosäuren ist und das Verhältnis des
pH-Wertes zum pK-Wert der Peroxosäure 0,6 bis 1,3
beträgt.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Molverhältnis
von disproportionierbarem Sauerstoff zu Cellulose
(bezogen auf die Glucoseeinheit) von 1 : 5 bis 1 : 100
beträgt.
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