FI69851C - Foerfarande foer utfaellning av cellulosakarbamat - Google Patents

Description

69851 1 Menetelmä selluloosakarbamaatin saostamlseksl Förfarande för utfällning av cellulosakarbamat 5

Keksintö koskee menetelmää selluloosakarbamaatin saostamiseksi alka-liliuoksesta.

Selluloosakarbamaatti on alkaliin liukoinen selluloosajohdannainen, 10 joka on selluloosan ja isosyaanihapon yhdiste. Selluloosakarbamaatista voidaan valmistaa alkaliliuos, joka on kehrättävissä kuidun tai kalvon muotoon käyttäen saostuskylpyä, joka saostaa selluloosakarbamaatin liuoksesta.

15 Saostuskylpynä on normaalisti käytetty rikkihappoa sisältävää liuosta. Selluloosakarbamaatti on happamissa olosuhteissa stabiili eikä siten hajoa saostettaessa. Kun karbamaatin alkaliliuos saatetaan kosketukseen rikkihapon kanssa saostuu selluloosakarbamaatti ja samalla muodostuu natriumhydroksidin neutraloituessa natriumsulfaattia.

20

Selluloosakarbamaatin kehräysprosessi tuottaa siten sivutuotteena natriumsulfaattia, joka hinnaltaan vähäarvoisena rasittaa prosessin taloudellisuutta. Toinen merkittävämpi haitta on se, että happo neutraloi natriumhydroksidia, joka ei ole helposti palautettavissa pro-25 sessiin. Natriumhydroksidi muodostaa merkittävän osan prosessin raaka-ainekustannuksista. Näinolleen olisi suotavaa kehittää saostus-menetelmä, jossa ei synny epäsuotavia sivutuotteita. Suotavaa olisi erikoisesti sellainen saostusprosessi, jossa ei tarvitsisi käyttää lainkaan mineraalihappoa ja jossa ainakin oleellinen osa natrium-30 hydroksidista saataisiin taloudellisella tavalla talteen.

Prosessin olisi silti täytettävä kuidun tai kalvon laadun kannalta tietyt vaatimukset. Seostettavan kuidun alkulujuuden on esimerkiksi oltava riittävä, jotta syntyvä tuote kestää käsittelyssä syntyvät mekaaniset rasitukset. Kuidunvalmistuksessa on esimerkiksi oleellista kuidun venytys kehräysvaiheessa toivottujen lujuusominaisuuksien aikaansaamiseksi.

2 69851 1 Keksinnön mukaisesti on havaittu, että seiluloosakarbamaatti voidaan saostaa alkaliliuoksesta kuidun tai kalvonvalmistuksen kannalta tyydyttävästi käyttämällä saostuslluosta, joka tavanomaisen rikkihapon sijasta sisältää epäorgaanista suolaa.

5

Siten keksinnön mukaisesti aikaansaadaan prosessi, jossa selluloosa-karbamaatti voidaan saostaa liuokseen, joka ei sisällä lainkaan mine-raalihappoa. Keksinnön mukaisessa prosessissa ei myöskään synny sivutuotteena suoloja, joista NaOHrta ei voida taloudellisesti regeneroi-10 da. Edelleen keksinnön mukaisesti aikaansaadaan prosessi, jossa karba-maatin liuottamiseen käytetty mitriumhydroksidi voidaan helposti ottaa talteen ja käyttää uudelleen.

Keksinnön mukainen menetelmä selluloosakarbamaatin saostamiseksi al-15 kaliliuoksesta on tunnettu siitä, että liuos saatetaan kosketukseen ei-happaman liuoksen kanssa, joka sisältää yhtä tai useampaa epäorgaanista suolaa valittuna ryhmästä karbonaatti, kloridi, sulfaatti, sul-fiittl ja bisulfiitti.

20 Suolaliuoksen käyttö saostuskylpynä mahdollistaa kehräysliuoksen sisältämän natriumhydroksidin talteenoton ja uudelleenkäytön. Sen sijaan rikkihappoa käytettäessä natriumhydroksidi muuttuu natriumsulfaatiksi ja vastaava määrä joudutaan tuomaan prosessiin. Natriumhydroksidi muodostaa merkitsevän osan raaka-ainekustannuksista, joten keksinnön avulla voi-25 daan parantaa prosessin taloudellisuutta oleellisesti.

Toinen oleellinen etu keksinnön mukaisessa prosessissa on mahdollisuus kemikaalien helppoon kierrätykseen ja talteenottoon. Erikoisen edullista on tällöin karbonaattiliuoksen käyttö, koska tällöin karbamaatin 30 liuottamiseen käytetyn natriumhydroksidin talteenotto ja kierrätys on mahdollista järjestää edullisesti. Periaatteessa on tarpeellista ainoastaan huolehtia siitä, että saostuskylvyn natriumhydroksidipitoi-suus ei nouse liian suureksi. Tämä aikaansaadaan siten, että saostus-kylvystä poistetaan vastaava määrä natriumhydroksidia, joka käytetään 35 selluloosakarbamaattiliuoksen valmistamiseen. Natriumkarbonaatti ei periaatteessa kulu prosessissa samoin kuin eivät muutkaan prosessissa käytetyt suolat.

3 69851 1 Keksinnön mukaisessa prosessissa saostusliuoksen sisältämät suolat ovat epäorgaanisia suoloja. Lähes kaikki suolat toimivat ainakin jossain määrin saostavasti, joskin parhaita tuloksia on saatu käytettäessä karbonaatteja, klorideja ja sulfaattteja. Myös happamia suoloja 5 kuten bisulfIittejä voidaan tehokkaasti käyttää saostimina. Parhaat tulokset sekä kuidun ominaisuudet että kemikaalien talteenoton huomioonottaen näyttävät olevan saavutettavissa silloin kun suolana käytetään karbonaattia, erikoisesti natriumkarbonaattia.

10 Tarvittava suolamäärä riippuu mm. käytettävästä suolasta ja sen liukoi-suusominaisuuksista käytetyissä lämpötiloissa. Liian alhainen suolapitoisuus aiheuttaa sen, että karbamaatti ei saostu riittävän nopeasti, jolloin lujuusominaisuudet huononevat. Natriumkarbonaattia käytettäessä sopiva suolapitoisuus saostusliuoksessa on 10-30 paino-%, mieluimmin yli 15 20 paino-%, sopivimmin noin 25 paino-%. Kun suolana käytetään klorideja, sopiva kloridipitoisuus saostusliuoksessa on välillä 1-30 paino-%, mieluimmin välillä 20-30 paino-%. Sulfaatteja käytettäessä sopiva sul-faattipitoisuus saostusliuoksessa on välillä 1-30 paino-%, sopivimmin välillä 20-30 paino-%. Suolamäärä säädetään normaalisti sellaiseksi, 20 että saostus tapahtuu riittävän nopeasti, jotta syntyvä kuitu tai kalvo voidaan kehrätä ja venyttää.

Epäorgaanisen suolan lisäksi saostuskylpy voi sisältää myös natrium-hydroksidia. Natriumhydroksidipitoisuus ei saa nousta liian suureksi, 25 koska tällöin kylvyn saostuskyky alenee. Tästä johtuen saostusliuoksesta on jatkuvassa prosessissa jatkuvasti poistettava natriumhydroksidia samalla nopeudella kuin sitä tulee seostettavan kehräysliuoksen mukana. Keksinnön mukaisesti on havaittu, että saostuskylpy voi sisältää natriumhydroksidia aina 6 p-%:ia, mieluimmin enintään 4 p-% ennen kuin 30 saostuskyky huononee liiaksi.

Keksinnön mukaisessa prosessissa voidaan tavanomaisia viskoosimenetelmän prosesseja ja laitteita hyväksikäyttäen valmistaa selluloosakarbamaa-tista sekä kuituja että kalvoja. Kuituja valmistettaessa karbamaatti-35 liuosta kehrätään kehruusuuttimien läpi saostuskylpyyn ja kalvoja valmistettaessa liuosta puristetaan rakomaisen suuttimen läpi saostuskylpyyn. Koska keksinnön mukaisessa menetelmässä ei käytetä lainkaan 4 69851 1 happoa, voidaan laitteistossa käyttää halvempia materiaaleja.

Seostettava karbamaattiliuos keksinnön mukaisessa menetelmässä sisältää tyypillisesti 4-15 p-% selluloosakarbamaattia ja sopiva kehräys-5 liuoksen viskositeetti on yleensä välillä 50-500 P. Sopiva natrium-hydroksidiväkevyys on tyypillisesti välillä 5-12 p-%.

Saostuksen jälkeen kuitujen tai kalvojen jälkikäsittely, kuten pesu, kuivaus ym. vaiheet voidaan suorittaa käyttäen sinänsä tunnettuja me-10 netelmiä ja laitteita, jotka eivät ole tämän keksinnön kohteena.

Saostuskylvyn regenerointi voidaan suorittaa useillakin eri tavoilla. Sopivia menetelmiä on esitetty esimerkiksi, saman hakijan suomalaisissa patenttihakemuksissa n:ot 843813 ja 843814, jotka on 15 jätetty samanaikaisesti tämän patenttihakemuksen kanssa.

Seuraavissa esimerkeissä valaistaan lähemmin keksinnön mukaista menetelmää. Esimerkeissä käytettiin hyväksi selluloosakarbamaattia, jonka typpipitoisuus oli 2,1 % ja DP-arvo n. 300.

20

Selluloosakarbamaatista valmistettiin liuokset A-D, joiden koostumukset on esitetty oheisessa taulukossa I. Liuokset suodatettiin ja ilma poistettiin tyhjökäsittelyllä. Saatuja liuoksia käytettiin kehräys-kokeissa.

25

Taulukko 1

Liuos Selluloosa- NaOH- ZnO- Natrium- karbamaatti- pitoisuus pitoisuus karbonaatti-30 pitoisuus pitoisuus

Of 07 στ <7 /o /o fo Λ> A 7,1 9 - 35 B 6,5 9 0,9 C 6,5 9 - D 6,8 9 - 2 F, 7,4 9 1 5 69851 1 Esimerkki 1

Liuosta E kehrättiin huoneenlämpötilassa saostushauteeseen, joka sisälsi 8 % rikkihappoa ja 20 7, natriumsulfaattia. Kehräys suoritettiin 5 laboratoriokehräyslaitteessa, jonka suuttimessa oli 100 kpl 50 um reikiä. Saadun kuidun fysikaaliset ominaisuudet olivat seuraavat: Tiitteri 1.1 dtex, lujuus (ilmastoituna) 2,2 cN/dtex, venymä 8 % ja märkämoduli 11,4 cN/dtex.

10 Esimerkki 2

Liuoksia A-D kehrättiin huoneenlämpötilassa laboratoriokehräyslaitteessa, jonka suuttimessa oli 100 kpl 50 um reikää. Saostusliuosten ominaisuudet ja saatujen kuitujen fysikaaliset ominaisuudet on esi-15 tetty taulukossa II.

20 25 30 35 o 69851 •H | rH |

0 I

XI |

o X I

& α> l :co 4J r- «<r r-π r-*. t ^ XJ * * #> * *> | >h ^ σ> v£> m i~h i oo l :π3 :z *-h| 33 u

P

<u :rt Ό Θ

3 >, I

3 C

to<u oo on oo Γ'. o r'' •H t> <—i 0)

C --m •H

S *J

O CO

2 e e

Qi r—t •n -H

3 ' X

P CO (U

•HS P

33 Ό ^(^0000000 >X TM --- ·>«*> ·>·>*> *>

•H 3 Z N H N H N H N

PM O

P

3 *H 3 H

e <u rt p I x p x .—i c-ι m o μ o ·~ι PM 0) ·>««·>·.·<·.

Μ·Η P CM CM --I CO

«H Ό

I I

Ml rt I

M | M I

•H I

O P O O O O CM O O O I

X :o O <M cm cm r'- cm cm cm |

X 3. I

3 g I

M :rt I

3 CO M I

rt o m -a- |

H 3 Ä · « ·> I

I mo fr* o I I o m m i i

I M < I

I CO Z I

I 3 f"> I

I p O I I

I co O I ui I

I O CM I I

I rtrt I cm O O m}· O rl um j

j CO Z 6M I CM CM CM CM CM CM CM I

( I I

! i !

I I

co i i o i i o i i

CM | tilli CM I I

rt I I

Z i i

to I c^ cr> I

o O I ·> I

3 C SM I I | O O I I m |

M CM I I

M I I

M * I I

PO I I

Prt &-SI OM OM CJM CJM OM C7> OM I

rt 55 I

rt I I

g I I I I I

rt 3 rt « i l 1

40 M CO XI P I I

P^HOPrtrt I .h ~h m u~> m oo mt I

rt o> o cd «i m I ·>·>»««··> X CO M X β P | Γ'.ι-'-νΟνΟνΟνΟΙ''

co I

O

3 I

m |<<cqpquqw|

M I I

7 69851 1 Kokeet osoittavat, että keksinnön mukaisella menetelmällä saavutetaan vertailukelpoisia tuloksia happosaostuksena suoritetun esimerkin 1 tuotteeseen verrattuna.

5 Esimerkki 3

Valmistettiin karbamaattiliuos, joka sisälsi 10 p-% selluloosakarba-maattia ja 9 p-% NaOH. Saostuminen tapahtui lämpötilassa 42-44°C samanlaisessa laboratoriokehräyslaitteessa kuin esimerkeissä 1 ja 2. Saos-10 tushaude sisälsi 26 % natriumkloridia. Saadun kuidun fysikaaliset ominaisuudet olivat seuraavat: Tiitteri 2,7 dtex, lujuus 1,5 cN/dtex, venymä 7 % ja märkämoduli 8,1 cN/dtex.

Esimerkki 4 15

Valmistettiin karbamaattiliuos, joka sisälsi 7,4 p-% selluloosakarba-maattia ja 10 p-% natriumhydroksldia. Liuoksesta kehrättiin kuitua pilot plant-kehräyslaitteella, jossa käytetyssä suuttimessa oli 100 kpl 50 um reikiä. Kehräys tapahtui huoneenlämpötilassa saostuskylpyyn, 20 joka sisälsi 25 p-% natriumbisulfUttia. Saatujen kuitujen ominaisuudet olivat seuraavat: Tiitteri 2,8 dtex, lujuus 2,1 cN/dtex, venymä 4 % ja märkämoduli 14 cN/dtex.

25 30 35

Claims (3)

8 69851

1. Menetelmä selluloosakarbamaatin saostamiseksi alkaliliuoksesta, tunnettu siitä, että liuos saatetaan kosketukseen ei-happa- 5 man liuoksen kanssa, joka sisältää yhtä tai useampaa epäorgaanista suolaa valittuna ryhmästä karbonaatti, kloridi, sulfaatti, sulfiitti ja bisulfiitti,

1 Patenttivaatimukset

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 10 että saostusliuos sisältää natriumhydroksidia enintään 0-6 p-%.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että saostusliuos sisältää natriumkarbonaattia enintään 30 p-% ja natriumhydroksidia enintään 6 p-%. 15 20 25 30 35