DD287041A5

DD287041A5 - Verfahren zur verarbeitung von zellulosebogenmaterial zu zelluloseacetatflocken

Info

Publication number: DD287041A5
Application number: DD89330776A
Authority: DD
Inventors: Richard Burley; Lucjan St Slota
Original assignee: ��@��k��
Priority date: 1988-07-15
Filing date: 1989-07-13
Publication date: 1991-02-14
Also published as: ES2014800A6; JPH0291101A; DE68912670D1; US5036900A; EP0351226A3; NO892853L; KR900001929A; EP0351226B1; AR243537A1; ES2049323T3; BR8903412A; CN1032006C; NO892853D0; EP0351226A2; GB8816864D0; MX170324B; FI893384A7; RU1799386C; JP2809345B2; IN176275B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung von Zellulosebogenmaterial in Vorbereitung fuer die Veresterung. Zellulosebogenmaterial wird in Vorbereitung fuer die Veresterung, z. B. Acetylierung zur Herstellung von Zelluloseacetat, verarbeitet, indem das Bogenmaterial mit Wasser behandelt wird und dann das befeuchtete Material in eine Maschine gespeist wird, die das 3Material gleichzeitig zerfasert und trocknet. Die Bedingungen in der Maschine werden gewissenhaft gesteuert (Ausgangstemperatur nicht ueber 110C und Feuchtigkeitsgehalt 4-15 * um zu gewaehrleisten, dasz das Zellulosematerial gegenueber der Veresterung nicht entaktiviert wird. Das Verfahren ermoeglicht, dasz in Form von hochdichten Boegen geliefertes Zellulosematerial mit niedrigem a-Gehalt acetyliert werden kann, um qualitativ hochwertige Zelluloseacetatflocken herzustellen. Figur{Zellulosebogenmaterial-Verarbeitung; Boegen, hochdicht; a-Gehalt, niedrig; Acetylierung ohne Entaktivierung; Zelluloseacetatherstellung}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung von Zellulosebogenmaterial. Sie betrifft im besonderen die Vorbereitung von Zellulosebogenmaterial vor der Veresterung der Zellulose, z. B. die Acetylierung von Zellulose zur Bildung von Zelluloseacetatflocken.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es ist im allgemeinen üblich, Zellulosematerial zur Umwandlung in Zelluloseacetat zu verestern. Eine bevorzugte Quelle für Zellulosemateria! ist Holzzellstoff mit einem hohen a-Zellulosegehalt, der bezogen auf die Gesamtmasse des Holzzellstoffs im typischen Fall zwischen 95 und 98 Ma.-% α-Zellulose liegt. Je höher der Anteil an α-Zellulose, desto höher die Ausbeute an veresterter Zellulose. Holzzellstoff mit hohem α-Gehalt wird gewöhnlich als weiches bogenförmiges Material mit einer relativ niedrigen Dichte von normalerweise 0,4 bis 0,5g/cm³ geliefert. Die Bögen können in eine zur Veresterung geeignete Form zerfasert werden. Dies erfolgt beispielsweise mit einer herkömmlichen Hammermühle bei geringer oder gar keiner Entaktivierung der Zellulose gegen die Veresterung.

Holzzellstoff mit hohem α-Gehalt ist teuer und wird relativ knapp. Es müssen daher alternative Zellulosequollen gefunden werden. Eine Quelle ist Holzzellstoff mit geringem α-Gehalt. Darunter verstehen wir Holzzellstoff mit einem a-Zcllulosegehalt von ca. 90 bis 95Ma.·% bezogen auf die Gesamtmasse des Holzzellstoffs. Diese Art von Holzzellstoff wird jedoch gewöhnlich als Bogen mit noher Dichte, im typischen Fall mit einer Dichte von ca. 0,6 bis 0,85 g/cm³, hergestellt. Dieses Bogenmatericl mit hoher Dichte erfordeit ein beträchtliches Zerfasern, bevor es sich in einer zur Veresterung geeigneten Form befindet. Dar. Zerfasern wiederum bewirkt eine Entaktivierung dor Zellulose, was zu einem Zelluloseester von schlechte, Qualität mit einem relativ hohen Gehalt an nichtumgesetzter Zellulose führt. Es muß daher ein Weg gefunden werden, Bögen mit hoher Dichte aus Holzzellstoff mit niedrigem α-Gehalt zur Veresterung ohne Entaktivierung der Zellulose zu verarbeiten.

Aus dem US-Patent 2.393.783 ist bekannt, daß Zellulose vor der Nitrierung durch Befeuchten des Holzzellstoffbogens und

anschließendem kräftigen Beblasen mit Druckluft zur Trennung der Fasern voneinander aktiviert wird. Die Fasern werden dann mit einem Luftstrom, der auch die Fasern trocknet, in einen Sammelbehälter geblasen. Ein solches Verfahren ist relativ teuer und gefährlich im Betreiben und zerkleinert den Holzzellstoffbogen auch nicht sehr gut.

Aus dem Britischen Patent Nr.714.163 ist auch bekannt, lose Fasern aus Zellulosematerial, z.B. Holzzellstoff, der dekontaminiert

ist, mit 15-30% Wasser zu erhitzen und anschließend den Wassergehalt auf 5-7% durch das Hindurchblasen von Luft durch das

Material für 50-150 Sekunden bei 25-65⁰C zu reduzieren, um eine gleichmäßig aktivierte Zellulose zu bilden, die dann acetyliert

werden kann. Es muß jedoch berücksichtigt werden, daß das Ausgangsmaterial für den Prozeß jenes Patents in Form von losen

Fasern und nicht als Bogenmaterial vorliegt. Keines der obigen Verfahren ist für die Verarbeitung von Bögen mit hoher Dichte aus Holzzellstoff mit niedrigem α-Gehalt zur Verwendung in einem technisch realisierbaren Veresterungsverfahren geeignet. Ziel der Erfindung

Mit der Erfindung wird ein Verfahren zur Verarbeitung von Zellulosebogenmaterial bereitgestellt. Im erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Entaktivierung der Zellulose verhindert und somit die Herstellung von Zelluloseester von hoher Qualität ermöglicht. Das Verfahren ist besonders für Holzzellstoff mit geringem α-Gehalt, der allgemein in Bogenform hoher Dichte hergestellt wird, geeignet.

Darlegung det Wesens der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verarbeitung von Zellulosebogenmaterial mit hoher Dichte aus Holzzellstoff mit r>^! "Uigem α-Gehalt zur Verfügung zu stellen.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Verarbeitung von Zellulosebogenmaterial in Vorbereitung für die Veresterung zur Verfugung gestellt, das durch die behandlung des Zellulosebogenmaterials mit Wasser, das Einspeisen des befeuchteten Materials in eine Maschine, die das Material im wesentlichen gleichzeitig trocknet und zerfasert, wobei dasTrocknen durch ein in die Maschine eingespeistes Heißtrocknungsgas durchgeführt wird, und das Herausführen des zerfaserten Materials aus der Maschine charakterisiert ist, wobei die Betriebsbedingungen so gesteuert werden, daß die Temperatur des Trocknungsgases am Ausgang aus der Maschine 110°C nicht übersteigt und der Feuchtigkeitsgehalt des aus der Maschine austretenden zerfaserten Materials zwischen 4 und 15Ma.-% bezogen auf die Zellulosetrockenmasse liegt.

Obwohl das erfindungsgemäße Verfahren auf jeden Zellulosetyp in Bogenform angewendet werden kann, wird es vorteilhaft für Bogenmaterial mit hoher Dichte, im typischen Fall mit einer Dichte von 0,6 bis 0,S5g/cm³, angewendet. Das Verfahren hat den Vorteil, daß es eine Entaktivierung der Zellulose verhindert und somit die HersteMung von Zelluloseester von hoher Qualität ermöglicht. Das Verfahren ist besonders für Holzzellstoff mit geringem α-Gehalt, de' allgemein in Bogenform hoher Dichte hergestellt wird, geeignet.

Die Wassermenge, mit der der Holzzellstoffbogen anfangs behandelt wird, hängt in gewissem Grade von der Dichte des Bogens ab, wobei eine höhere Dichte eine größere Wasswmenge erfordert. Im allgemeinen liegt die Wassermenge vorzugsweise im Bereich von 40 bL 80 Ma.-%, besser noch bei 50 bis 70 Ma.-% bezogen auf die Holzzellstofftrockenmasse. Die befeuchteten Bögen werden vorzugsweise zu Beginn zu einer Vorrichtung geleitet, die diese in ziemlich kleine Stücke zerkleinert, bevor diese Stücke dann zu einer Hochtemperaturzerfaserungs· und -trccknungsmaschine geführt werden. Das Trocknen und Zerfasern des befeuchteten Materials wird vorzugsweise in einer mit Trocknungsmitteln ausgerüsteten Schlagstiftmühle, insbesondere einer als Atritor bekannten speziellen Ausführung einer Schlagstiftmühle durchgeführt. Ein Atritor hat den Vorteil, daß er bei hohen Eingangstemperaturon von bis zu ca. 550⁰C arbeiten kann, so daß durch den Atritor laufendes Material sehr schnell getrocknet werden kann, wodurch sich niedrige Durchsatzzeiten, im typischen Fall von weniger als 5 Sekunden, ergeben. Es ist überraschenderweise gefunden worden, daß die hohen Temperaturen dos Atritor zum Trocknen von Bögen befeuchteten Zellulosematerials von hoher Dichte genutzt werden können, während das Material gleichzeitig zerfasert wird, ohne die Zellulose zu entaktivieren, vorausgesetzt, die Bedingungen werden sorgfältig so gesteuert, daß am Ausgang de ί Atritors die Temperatur des Trocknungsgases 11O⁰C nicht übersteigt und der Feuchtigkeitsgehalt des getrockneten Zellulosematerials zwischen 4 und 15% liegt.

Es wird davon ausgegangen, daß der Atritor gegenüber anderen Methoden des Zerfaserns von Holzzellstoff auch insofern einen Vorteil hat, als daß beim Eintritt in den Atritor das in dem befouchteten Material enthaltene Wasser infolge der hohen Temperaturen sofort in Dampf umgewandelt wird. Dies unterstützt die Trennung der Fasern in dem Holzzellstoff, wodurch der entstehende zerfaserte Holzzellstoff «ine offene Struktur bekommt, die für die anschließende Veresterung der Zellulose nützlich ist.

Oer Feuchtigkeitsgehalt des aus der Maschine austretenden zerfaserten Materials liegt vorzugsweise zwischen 5 und 10 Ma.-%, besser noch zwischon 6 und 8 Ma.-% bezogen auf die Zellulosetrockenmasse. Wenn die Zellulose auf einen Feuchtigkeitsgehalt untor 4Ma.-% getrocknet wird, fängt sie an, entaktiviert zu werden, und dies führt schließlich zu einem Zelluloseester schlechter Qualität. Wenn aber andererseits der Feuchtigkeitsgehalt des getrockneten Materials über 15Ma.-% steigt, wird die Zellulose schwierig zu verarbeiten sein, und es werden zusätzliche Mengen an Veresterungsmittel zur Umwandlung der Zellulose in Ester erforderlich sein.

Dio Temperatur des Trocknungsgases am Ausgang der Schlagstiftmühle o. ä. wird vorzugsweise so geregelt, daß sie im Bereich von 80 bis 11O⁰C, besser noch von 85 bis 95⁰C, z.B. nicht über 9O⁰C liegt. Da das zerfaserte Zellulosematerial in der Regel im Strom des Trocknungsgases aus der Maschine getragen wird, entspricht di^Au^trittstemperatur des zerfaserten Materials mehr oder weniger der Austrittstemperatur des Gases. Es iit nicht so wichtig, die Teiv peratur des Gases am Eingang in die Schlagstiftmühle o. ä. innerhalb eines so engen Bereichs zu regeln; sie sollte vorzugsweise zwischen 300 und 550°C, besser

zwischen 350 und 450°C liegen. Ee ist üblich, daß die Ausgangstemperatur zuerst gewählt wird und dann die Eingangstemperatur entsprechend überwacht und eingestellt wird, um die eiforderliche Ausgangstemperatur zu bekommen. Diese Überwachung und Einstellung läßt sich am besten automatisch mit Hilfe herkömmlicher Regelvorrichtungen durchführen. Aus Sicherheitsgründen wird die Schlagstiftmühle o.a. vorzugsweise mit einem Trocknungsgas betrieben, das im Vergleich zu Luft eine reduzierte Menge Sauerstoff enthält, z. B. ca. 8 Vol.-%.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung soll nun anhand der folgenden Beispiele und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung, die eine geeignete Apparatur zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt, veranschaulicht werden. Die Qualität des in den Beispielen hergestellten Zelluloseacetat, anders auch als Flocke bekannt, wird durch dessen Verstopfungswert (Plugging-Wert) gemessen. Der Verstopfungswert ist definiert als die Menge Trockenzelluloseacetat- in Form einer Spinnlösung bestehend aus 7,5Ma.-% Zelluloseacetat, das in einem Lösungsmittel bestehend aus 95Ma.-% Aceton und 5 Ma.-% Wasser aufgelöst ist, - die durch eine gegebene Fläche eines bestimmten Filtermassekuchens durchgefiltert wird, bevor der Filtermassekuchen durch unlösliche, nichtacetylierte Holzzallstoffasern verstopft wird, die in dem Material vorhanden sind. Der Filtermassakuchen ist 1 cm² groß und besteht aus 30 Schichten KIMPAK Filterpapier, die zwischen Schwanendaunen geschichtet sind. Oben bestehen die Schwanendaunen aus zwei Schwanendaunenschichten, bei denen die flockigen Seiten gegenüberliegen. Unten befinden sich drei Schwanendaunenschichten, von denen die zwei am nächsten an den Filterpapieren gelegenen Schichten ihre flockigen Seiten gegenüber zu liegen haben und bei der unteren Schicht die flockige Seite von den Filterpapieren wegzeigt.

Je höher der Verstopfungswert ist, um so besser ist die Qualität der Flocke. Im allgemeinen weist ein Verstopfungswert von 30g/cm⁵ oder darüber auf eine akzeptable Flockenqualität hin. Die Erfindung ermöglicht die Herstellung von Zelluloseacetatflocken angemessener oder hoher Qualität aus Holzzellstoffbögen mit einer Dichte von mindestens 0,6g/cm³, z. B. Zellulosematerial mit einem niedrigen α-Gehalt einschließend.

Beispiel 1

Sechs Chargen von 1400kg Holzfaserstoff mit einem α-Gehalt von 92% (erhältlich von Saiccor [Proprietary] Ltd.) in Bogenform wurden zur anschließenden Acetylierung verarbeitet. Der Bogen hatte eine Dichte von 0,83 g/cm³. Der Holzzellstoffbögen wurde mit 65 Teilen Wasser pro 100 Teile Holzzellstoff befeuchtet und einen Tag danach mit einer Geschwindigkeit von ca. 300kg Holzzellstoff pro Stunde in einen Rührschneckenförderer gespeist, der ihn in kleine Stücke zerkleinerte und diese in einen Heißgasstrom fallen ließ, der in eine Atritor-Schlagstiftmühle eintrat. Der fein zerfaserte Holzzellstoff, der auf einen durchschnittlichen Feuchtigkeitsgehalt von 7,5% getrocknet war, trat in einem Gasstrom bei 80-9O⁰C aus der Maschine aus und wurde von einer Zyklone ausgetragen. Der entstehende zerfaserte Holzzellstoff wurde ohne Probleme auf herkömmliche Weise acetyliert und ergab eine Zelluloseacetatflocke, mit einem durchschnittlichen Verstopfungswert von 32 g/cm². Diese konnte auf herkömmliche Weise ohne Schwierigkeiten zu Acetatseiden gesponnen werden.

Beispiel 2 Weitere Chargen des Saiccor Holzzellstoffs von Beispiel 1 wurden unter Anwendung der in der beiliegenden Zeichnung

dargestellten Apparatur zur Acetylierung vorbereitet.

Ballen der Holzzellstoffbögen 1 wurden auf einem Förderer 2 zu einem Bogenabnehmer 3 geführt, der die Bögon einzeln

aufnahm und sie mit einer Geschwindigkeit von ca. 1400 kg/h zu einem Rührzerfaserer 4 leitete. Als die Bögen in den

Rührzerfasorer 4 fielen, wurden sie mit Wasser 5 A und 5B besprüht. (Zu beachten ist, daß bei Anlieferung des Holzzellstoffs in Form einer Rollt insteile von zu Ballen jepreßten Bögen diese Rolle kontinuierlich in den Rührzerfaserer 4 eingespeist werden

kann.) Der Rührzerfaserer 4 zerkleinerte die einzelnen Bögen in grobe Stücke von ungefähr 1 bis 10cm Durchmesser mit einem feuchtigkeitsgehalt von ca. 65Ma.-% bezogen auf die Holzzellstofftrockenmasse.

DdS feuchte grobe Stück wurde aus dem Rührzerfaserer 4 in eine Atritor-Schlagstiftmühle 6 von der Atritor Ltd. geleitet. Heißes Gas, das bis zu ca. 400⁰C erhitzt wurde, trat durch den Einlaß 7 in die Atritor-Schlagstiftmühle 6 ein und trocknete das feuchte

grobe Stück, während dieses gleichzeitig durch die mechanische Wirkung der Stifte 8 in der Atritor-Schlagsti'ttnühle 6 zu feinen

Schnitzeln vermählen wurde. Der Heißgasdurchsatz betrug ca. 930OmVh. Die Verweilzeit des Holzzellstoffes in der Atritor-Schlagstiftmühle 6 hing in gewissem Grad von der Größe des in den Atritor

gelangenden groben Stückes ab, sie lag jedoch allgemein im Bereich von 0,25 bis 4 Sekunden.

Der Gasstrom trug den zerfaserten Holzzellstoff durch die Atritor-Schlagmühle 6, und am Atritorausgang 9 wurde die Temperatur des Gases ständig überwacht und so geregelt, daß sie bei ca. 90*C lag, wobei der durchschnittliche Feuchtigkeitsgehalt des feinzerfaserten, getrockneten Holzzellstoffes am Atritorausgang 9 ca. 7,5 Ma.-% bezogen auf die Holzzellstofftrockenmasse betrug. Das Gas trug den Holzzellstoff von der Atritor-Schlagstiftmühle 6 zu einer Zyklone 10, wo das Gas von dem zerfaserten Holzzellstoff getrennt wurde. Das Gas trat am Auslaß 11 aus der Zyklone aus, und nachdem es zur Entfernung von Wasserdampf

und Holzzellstoffeinstgut gewaschen worden war, wurde es in den Atritor zurückgeführt. Der zerfaserte Holzzellstoff verließ die

Zyklone 10 am Auslaß 12 und wurde zur Acetylierung vorrichtung befördert, um dort nach Standardacetylierungsverfahren in Zelluloseacetatflocken umgewandelt zu worden. Die entstehenden Flocken hatten einen Verstopfunyowert von 44g/cm². Beispiel 3

Beispiel 2 wurde unter Verwendung des Saiccor Holzzellstoffs in Bogenform mit einer Dichte von 0,83 g/cm³ und einem α-Gehalt von 92% mehrere Male wiederholt, wobei die Temperatur des Gases um Atritorausgang 9 und der Endfeuchtigke;*:gehalt des zerfaserton Holzzellstoffs variiert wurden. Die Ergebnisse sind in der nachstellenden Tabelle 1 dargestellt, in der T die

Temperatur des Gases am Atritorausgang ist, FG der Feuchtigkeitsgehalt des zerfaserten Holzzeilstoffs nach Durchlaufen des Atritors ist und VW der Verstopfungswert von Zelluloseacetatflocken ist, die nach Standardacetylierungsverfahren aus dem Holzzeilstoff hergestellt wurden.

Tabelle 1

VC	FG.	Ma.-%	VW, g/cm²
85		9,4	31
85		10,1	47
90		10,2	44
90		8,5	53
95	ca.	10	42
95	ca.	10	46
110		11,7	37

Beispiel 3A

Es wurden Flocken aus dem gleichen Saiccor Holzzellstoff gewonnen, der nicht der erfindungsgemäßen Vorbehandlung unterzogen worden war. Stattdessen wurden die Holzzellstoifbögen direkt in eine herkömmliche Hammermühle gegeben, um feine Schnitzel herzustellen. Während des Zerfaserns oder davor wurde kein Wassor dem Holzzellstoff zugesetzt. Der zerfaserte Holzzellstoff wurde nach Standardverfehren acetyliert und hatte einen Verstopfungswert von 14 g/cm².

Beispiei 4

Beispiel 2 wur de mit der Ausnahme wiederholt, daß für den Saiccor Holzzellstoff andere Arten von Holzzelistoffbögen eingesetzt

wurden, die einen anderen α-Gehalt und verschiedene Bogendichten hatten, Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben.

Tabelle 2 Holzzellstoff- Lieferant α-Gehalt, Bogondichte, VW

typ % g/cm³ g/cm²

SVS Extra Borregard 91 0,73 38 Aliceta Western Pulp 95 0,44 41 Acetanier IIIRayonier 95 0,44 32 Rayaceta IIIRayonier 97 0,52 36

Claims

1. Verfahren zur Verarbeitung von Zellulosebcgenmaterial zu Zelluloseacetatflocken, dadurch gekennzeichnet, daß das Zellulosebogenmaterial mit Wasser behandelt wird, das befeuchtete Material einer Maschine zugeführt wird, die das Material im wesentlichen gleichz. !tig trocknet und zerfasert, wobei das Trocknen von einem in die Maschine eir.gespeisten heißen Trocknungsgras durchgeführt wird, und das zerfaserte Material aus der Maschine herausgeführt wird, wobei die Betriebsbedingungen so geregelt werden, daß die Temperatur des Trocknungsgases am Ausgang aus der Maschine 11O⁰C nicht übersteigt und der Feuchtigkeitsgehalt des aus der Maschine austretenden zerfaserten Materials zwischen 4 und 15 Ma.-% bezogen auf die Materialtrockenmasse liegt.

2. Verfahrennach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Trocknungsgases am Ausgang aus der Maschine zwischen 80 und 110°C liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Trocknungsgases am Ausgang aus der Maschine 9O⁰C nicht übersteigt.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuchtigkeitsgehalt des aus der Maschine austretenden Materials zwischen 5 und 10 Ma.-% bezogen auf die Trockenmasse des Materials liegt.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zellulosebogenmaterial vor der Behandlung mit Wasser eine Dichte von mindestens 0,6g/cm³ hat.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zellulosebogenmaterial Holzzellstoff mit niedrigem α-Gehalt umfaßt.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zellulosebogenmaterial so mit Wasser behandelt wird, daß es einen Wassergehalt von 40 bis 80 Ma.-% bezogen auf die Trockenmasse des Materials hat, bevor es in die Maschine gespeist wird.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine ein Typ einer mit Trocknungsmitteln ausgerüsteten Schlagstiftmühle ist, vorzugsweise des als Atritor bekannten Typs.

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit des Zellulosematerials in der Maschine weniger als 5 Sekunden beträgt.