DE19757958A1 - Verfahren zur Herstellung einer Cellulosecarbamatlösung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Cellulosecarbamatspinnlösung durch Lösen von Cellulosecarbamat in Natronlauge, wobei die Lösungs­ herstellung über einen gezielten Zweistufenprozeß erfolgt.

Cellulosecarbamatlösungen werden zum Herstellen von Celluloseregeneratfasern und anderen Formgebilden aus Regeneratcellulose benötigt. Die Herstellung der Cel­ luloseregenartfasern wird dabei in mehreren Schritten vorgenommen. Der erste Schritt besteht in der Umset­ zung von Zellstoff mit Harnstoff bei erhöhter Tempe­ ratur zu Cellulosecarbamat. Dieses so hergestellte Cellulosecarbamat wird dann in Natronlauge aufgelöst und die dadurch gewonnene Lösung versponnen, wobei das in Form von Fäden oder anderen Formgebilden vor­ liegende Cellulosecarbamat durch eine weitere Verfah­ rensstufe zu Cellulose zersetzt werden kann.

Die Herstellung der Cellulosecarbamatlösung spielt in dem vorstehend beschriebenen Prozeß eine wichtige Rolle. Es ist aus der Literatur bekannt, daß Cellulo­ secarbamatlösungen relativ leicht bzw. schnell koagu­ lieren können und in dieser Eigenschaft empfindlicher sind als Viskose, was auch bei der Gestaltung der Spinnverfahren berücksichtigt werden muß. Die für den Verarbeitungsprozeß und die Qualität der Fasern bzw. anderen Formgebilde wichtige Lösungsqualität und die Lösungsstabilität der Cellulosecarbamatlösung sind von der Qualität sowie dem durchschnittlichen Polyme­ risationsgrad (DP) des Cellulosecarbamats und den Bedingungen der Lösungsherstellung wie z. B. Natron­ laugekonzentration, Lösetemperatur, dem bei der Auf­ lösung wirkenden Scherkräften und eventuellen Zusät­ zen von Zinkat oder Harnstoff zur Lösung abhängig.

So ist es z. B. aus der DE PS 33 43 156 bekannt, das Auflösungsvermögen durch Zusätze von Harnstoff als Löseverbesserer zu beeinflussen. Ein weiterer Löse­ verbesserer ist Zinkat (O.T Turunen et al.: Some aspects in the spinning of the cellulose carbamate. Lenzinger Berichte 59 (1985) 111-177). Es ist auch bekannt, für die Cellulosecarbamatlösung ein meist < 1 liegendes Masseverhältnis von Cellulosecarbamat zu Alkali auszuwählen.

Für die ökonomische Gestaltung der Faserherstellung ist es jedoch erforderlich, Spinnlösungen mit einem möglichst hohen Cellulosecarbamatgehalt und einem möglichst niedrigem Alkaligehalt zu verarbeiten, wie dies für den Viskoseprozeß üblich ist. Gleichzeitig soll der Gehalt an ungelösten Partikeln in diesen Lösungen möglichst klein sein. Eine bessere Auflösung des Cellulosecarbamats, d. h. eine bessere Lösungsgüte durch hohe Natronlaugenkonzentration und/oder weitere Zusätze zur Löselauge stehen aber diesen ökonomischen Forderungen entgegen.

Ausgehend hiervon ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Cellulo­ secarbamatlösungen anzugeben, wobei die Herstellung von Cellulosecarbamatspinnlösungen mit ausreichend gutem Lösungszustand ohne weitere Zusätze möglich wird, und bei dem ein < 1 liegendes Verhältnis von Cellulosecarbamatkonzentration zu Alkalikonzentration vorhanden ist. Die Cellulosecarbamatlösung sollte dabei auch keine vorzeitige Koagulation aufweisen.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbil­ dungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß wird somit erstmals ein Zweistufen­ prozeß zur Herstellung der Cellulosecarbamatlösung vorgeschlagen. In einer ersten Stufe wird dabei mit einer höheren Konzentration an Alkalilauge (7-12%) eine 8-15%ige Cellulosecarbamatlösung hergestellt. Bevorzugt ist es dabei so, daß die Konzentration des Cellulosecarbamats im Bereich von 9-12% und die Na­ tronlaugekonzentration im Bereich von 8-10% liegt.

In einem zweiten Schritt wird nun diese Lösung durch Zugabe einer verdünnten Natronlaugelösung und/oder Wasser verdünnt, so daß die Endkonzentration der Cellulosecarbamatlösung unter 9% Natronlauge (bevor­ zugt ≦ 8) beträgt. Die Cellulosecarbamat-Konzentra­ tion kann dann im Bereich von ca. 6-9% liegen. We­ sentlich dabei ist, daß in beiden Stufen das Masse­ verhältnis von Cellulosecarbamat zu Alkali < 1 ist, d. h., daß jeweils die Konzentration der Cellulosecar­ bamatlösung größer ist als die der Natronlauge.

Eine derartige Cellulosecarbamatlösung mit einem so hohen Cellulosecarbamatanteil im Verhältnis zur Na­ tronlauge bei einer Natronlaugenkonzentration < 9% war bisher aus dem Stand der Technik nicht bekannt. Besonders hervorzuheben beim anmeldungsgemäßen Verfah­ ren ist es, daß das verbesserte Löseverhalten unab­ hängig vom DP des eingesetzten Cellulosecarbamats ist. Die Anmelderin konnte zeigen, daß der Zweistufenpro­ zeß bei einem Cuoxam-DP von 200-400 in allen Fällen deutlich bessere Ergebnisse liefert als das aus dem Stand der Technik bekannte einstufige Verfahren (sie­ he auch Vergleichsbeispiele).

Die Verdünnung von der ersten zur zweiten Stufe wird dabei bevorzugt mit einer Natronlaugelösung mit einer Konzentration ≦ 4% als Verdünnungsmittel durchge­ führt. Alternativ hierzu ist es auch möglich, daß als Verdünnungsmittel anfänglich eine verdünnte Natron­ laugelösung verwendet wird, und daß dann Wasser zu­ gesetzt wird, bis die gewünschte Endkonzentration erreicht ist. Beim anmeldungsgemäßen Verfahren ist es weiter vorteilhaft, daß während des Lösevorgangs ein intensives Rühren erfolgt. Als günstig hat es sich weiterhin erwiesen, wenn die Verdünnungsmittelzugabe zu Beginn der Verdünnung im Verhältnis zum Endpunkt der Verdünnung langsamer erfolgt. In diesem Fall wird somit die Verdünnungsmittelzugabe in der Geschwindig­ keit gesteigert und letztlich kann Lauge durch Wasser ersetzt werden. Bei sehr langsamer Zugabe des Verdün­ nungsmittels und intensiver Durchmischung ist es auch möglich, bei der Verdünnung von Anfang an Wasser zu verwenden.

Der Lösevorgang in beiden Stufen wird an und für sich, wie aus dem Stand der Technik, bei Temperaturen < 10°C, ganz besonders bevorzugt < 5°C durchge­ führt.

Überraschenderweise wurde festgestellt, daß es bei der beschriebenen Arbeitsweise nicht zur Koagulation der Cellulosecarbamatlösung kommt (siehe auch Tabelle 1).

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von mehreren Beispielen erläutert. Beispiel 1 ist hierbei ein Ver­ gleichsbeispiel, d. h. ein Beispiel, bei dem ein bis­ her aus dem Stand der Technik bekanntes Verfahren, d. h. ein Einstufenprozeß zur Herstellung von Cellulo­ secarbamatlösung durchgeführt wurde.

Beispiel 1

Als Vergleichsbeispiel für die Herstellung von Cellu­ losecarbamatlösung in herkömmlicher Weise.

Eine 390 g atro entsprechende Menge Cellulosecarbamat (DP 239) mit einem Stickstoffgehalt von 3,2%, das vorher mit der 1,8fachen Menge Wasser angefeuchtet und vorgekühlt worden war, wurde in einem Löser mit 4108 g vorgekühlter 10,13%iger Natronlauge vermischt und unter intensiver Scherbeanspruchung und Zwangs­ umwälzung während 2 Stunden bei 2°C zu 5200 g Cellu­ losecarbamatlösung mit einem Cellulosecarbamatgehalt von 7,5% und einem Alkaligehalt von 8% gelöst. Zur Charakterisierung der Lösungsqualität wurde eine konduktometrische Partikelzählung nach Verdünnung der Cellulosecarbamatlösung durchgeführt. Die ermittelten Teilchenzahlen sind in der Tabelle aufgeführt.

Beispiel 2

Eine 468 g atro entsprechende Menge Cellulosecarbamat (DP 239) mit einem Stickstoffgehalt von 3,2%, das vorher mit der 1,8fachen Menge Wasser angefeuchtet und vorgekühlt worden war, wurde mit 3890 g vorge­ kühlter 10,7%iger Natronlauge vermischt und im glei­ chen Löser wie im Beispiel 1 während 30 Minuten bei 2°C zu 5200 g Cellulosecarbamatlösung mit einem Cel­ lulosecarbamatgehalt von 9% und einem Alkaligehalt von 8% gelöst. Innerhalb der nächsten 30 Minuten wurden zur Lösung im laufenden Löser bei laufender Kühlung 1040 g 4%ige Natronlauge zugegeben. Danach wurde der Löseprozeß eine weitere Stunde fortgesetzt. Von der erhaltenen Lösung mit 7,5% Cellulosecarbamat und 7,3% Alkali wurde entsprechend Beispiel 1 der in der Tabelle aufgeführte Teilchengehalt bestimmt.

Beispiel 3

Eine 587,6 atro entsprechende Menge Cellulosecarbamat (DP 239) mit einem Stickstoffgehalt von 3,2%, das vorher mit der 1,8fachen Menge Wasser angefeuchtet und vorgekühlt worden war, wurde mit 3555 g vorge­ kühlter 13,2%iger Natronlauge vermischt und bei 2°C während 30 Minuten zu 5200 g Cellulosecarbamat­ lösung mit einem Cellulosecarbamatgehalt von 11,3% und einem Alkaligehalt von 9% gelöst. Innerhalb der nächsten Stunde wurde zur Lösung im laufenden Löser bei laufender Kühlung 2700 g Wasser zugegeben und danach der Lösevorgang eine weitere Stunde fortge­ setzt. Von der erhaltenen Lösung mit 7,4% Cellulose­ carbamatgehalt und 5,9% Alkaligehalt wurde entspre­ chend Beispiel 1 der in der Tabelle aufgeführte Teil­ chengehalt bestimmt.

Beispiel 4

Eine 598 g atro entsprechende Menge Cellulosecarbamat (DP 239) mit einem Stickstoffgehalt von 3,2%, das vorher mit der 1,8fachen Menge Wasser angefeuchtet und vorgekühlt worden war, wurde mit 3526 g vorge­ kühlter 14%iger Natronlauge vermischt und bei 2°C während 30 Minuten zu 5200 g Cellulosecarbamatlösung mit einem Cellulosecarbamatgehalt von 11,5% und ei­ nem Alkaligehalt von 9,5% gelöst. Innerhalb der nächsten 30 Minuten wurden zur Lösung im laufenden Löser bei laufender Kühlung 1800 g 3%ige Natronlauge zugegeben. Danach wurde der Löseprozeß eine weitere Stunde fortgesetzt. Von der erhaltenen Lösung mit 8,5 % Cellulosecarbamatgehalt und 7,8% Alkaligehalt wur­ de entsprechend Beispiel 1 der in der Tabelle aufge­ führte Teilchengehalt bestimmt.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung einer Cellulosecarba­ mat-Lösung durch Lösen von Cellulosecarbamat in Natronlauge bei Temperaturen < 10°C, dadurch gekennzeichnet, daß in einer ersten Stufe eine 8 bis 15%ige Cellulosecarbamat-Lösung bei einer Natronlaugen­ konzentration von 7 bis 12% hergestellt wird, und daß dann in einer zweiten Stufe durch Ver­ dünnen mit verdünnter Natronlauge und/oder Was­ ser die Lösung auf eine Natronlauge-Konzentra­ tion von < 9% eingestellt wird mit der Maßgabe, daß in beiden Stufen das Masseverhältnis von Cellulosecarbamat zu Alkali ≧ 1 ist.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration in der ersten Stufe so eingestellt wird, daß die Lösung 9 bis 12% Cellulosecarbamat bei einer Natronlaugenkonzentration von 8 bis 10% ent­ hält, und daß in der zweiten Stufe die Alkali­ konzentration ≦ 8% ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdünnung mit einer Natronlaugenlösung mit einer Konzentration ≦ 4% als Verdünnungsmittel durchgeführt wird.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur wäh­ rend der ersten und der zweiten Stufe bei < 5°C gehalten wird.

5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Lösevorgang un­ ter intensivem Rühren durchgeführt wird.

6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Verdünnungsmit­ tel anfänglich eine verdünnte Natronlaugelösung mit einer Konzentration von ≦ 4% eingesetzt wird, und daß dann Wasser zugesetzt wird, bis die gewünschte Endkonzentration erreicht ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdünnungsmit­ telzugabe zu Beginn der Verdünnung im Verhältnis zum Ende verlangsamt ist.