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Verfahren zur Erhöhung der Lösungsgeschwindigkeit von nitriertem schichtförmigem
Sulfitzellstoff
Die Erfindung betrifft die Herstellung von Nitrocellulose in einer
Form, in der sie sich in Lösung mitteln beim Lösen auf die übliche Art schnell löst,
aus schichtförmigem Sulfitzellstoff. DerartigeLösungen finden Anwendung zur Herstellung
von durchsichtigen Nitrocellulsekunstmassen, Kunstleder, Firnissen und Lacken.
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Nach einem Verfahren zur Herstellung von Nitrocellulose aus Holzzellstoff
zerteilt man den schichtförmigen Zellstoff, der z. B. eine Schichtdicke von I,6
mm besitzen kann, in kleine Stücke, z. B. Quadrate von 3,2 mm Kantenlänge, die dann
mit einer nicht weniger als 40 4/l Salpetersäure enthaltenden Nitriersäure behandelt
werden. Das Nitrieren kannnachdem sogenannten » mechanischen Verfanhren « ausgeführt
werden, wobei man einen Teil der Säure in ein Gefäß einbringt, dann die Cellulose
und schließlich die restliche Säuremenge zusetzt und die Reaktion unter Rühren fortführt,
bis man die Nitrierung für vollständig hält. Dann kann man die Säure abzentrifugieren
und das Produkt mit einem Wasserüberschuß wässern, woraufhin man es einer weiteren
Behandlung, wieBeuchen oder Kochen, unterzieht, um seine Viskosität her-
abzusetzen,
und es schließlich wäscht und das überschüssige Wasser entfernt. Die auf diese Weise
erhaltende sogenannte dichte Nitrocellulose besitzt noch die physikalische Struktur
der Cellulose vor dem Nitrieren. Zur Umwandlung dieser dichten Nitrocellulose in
ein Produkt von der Form und den Eigenschaften einer aus Baumwollintefs hergestellten
Nitrocellulose ist vorgeschlagen worden, die dichte Nitrocellulose in irgendeinerVerfahrensstufe
nach dem Nitrieren in einem Holländer zu zerschneiden. Ein solches Verfahren ist
jedoch nicht befriedigend, da bei einem derartigen Zerschneiden nicht ein vollständig
faserartiges Erzeugnis, sondern ein solches mit harten Knollen oder Stellen entsteht,
das zur Lösung in den für diesen Zweck üblichen Lösungsmitteln ein längeres Rühren
erfordert.
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Es ist auch schon vorgeschlagen worden, das gleiche Ziel durch Zerkleinerung
der sogenannten dichten Nitrocellulose zu erreichen, wie sie nach dem Verm, indern
der Viskosität oder dem Stabilisieren anfällt. Auch dieses Verfahren ist nicht befriedigend,
da das Produkt in dieser Verfahrensstufe äußerst spröde ilst und beim Zerkleinern
einen großen Anteil an feinem Material liefert, das sich von der abfließenden Flüssigkeit
schwer abscheiden läßt und daher zu großen Verlusten führt.
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Weiterhin ist vorgeschlagen worden, Nitrocellulose aus Holzzellstoff
durch Zerfasern, Zerfetzen oder Zerkleinern des Zellstoffes vor dem Nitrieren herzustellen.
Nach diesen Verfahren entsteht jedoch ein sehr fein zerteiltes Produkt, das große
Verluste bedingt Es wurde nungefunden, daß ein dem durch Nitrieren von Baumwollinters-
erhaltenen Produkt ähnliches Erzeugnis erhalten wird, wenn man den zerschnittenen
schichtförmigen Holzzellsto.ff zunächst n, itriert und vor dem Buchen oder Kochen
-in einer Mühle vermahlt, in welcher zwei gegenüberstehende Scheiben eine Drehbewegung
gegeneinander ausführen.
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Die Erfindung schlägt nunmehr ein Verfahren zur Erhöhung der Lösungsgeschwindigkeit
von nitriertem schichtförmígem Sulfitzellstoff vor, das dadurch gekennzeichnet ist,
daß die nitrierten schichtförmigen Hol zzellstoffs tücke vor, während oder nach
dem ersten Waschen, jedenfalls aber vor dem Koch-bzw. Beuchvorgang ein oder mehrmals
derart einem Mahlprozeß unterworfen werden, daß die Fasern der nitrierten Holzzellstoffstücke
ohne wesentliche Zerkleinerung getrennt werden.
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Alle anderen Verfahrensstufen außer dem Vermahlen können in der bei
derHerstellungvonNitrow cellulose aus Holzzellstoff bekannter Weise ausgeführt werden.
So kann man die Nitrierung z. B. nach dem Topfverfahren, nach dem Verdrängungsverfahren
oder nach dem mechanischen Verfahren ausführen. Die Entfernung der Säure kann z.
B. durch Verdrängung oder Zentrifugieren mit an- -schließendem Wässern erfolgen.
Auch das Waschen kann in ähnlicher Weise ausgeführt werden, und die Stabilisierung
kann durch Kochen oder Beuchen erfolgen. Mitunter kann es erwünscht sein, die gemahlene
Nitrocellulose einer Zerfaserung zu unter werfen, ebenso, wie es mit der aus Baumwollinters
hergestellten Nitrocellulose geschieht In den zur Ausführung der Erfindung geeigneten
Mühlen ist gewöhnlich eine Scheibe feststehend, während sich die andere Scheibe
dreht und das Mahlgut durch die Mitte der feststehenden Scheibe zugeführt und an
einer Stelle des. Umfanges abgeführt wird. Sehr gute Ergebnisse erhält man mit gerillten
Scheiben, in welchen die Rillen in der Mitte tief sind und nach dem Umfang zu flacher
werden; das erfindungsgemäße Verfahren wird daher vorzugsweise mit Mühlen dieser
Art ausgefühst. Eine für das Verfahren nach der Erfindung geeignete Mühle ist in
dem »Chemical Engineers Handbooka, Herausgeber: J. H. Perry, 3. Auflage, S. II44
(Fig. 48), beschrieben.
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Der nitrierte Holzzellstoff wird in Form eines Breies durch die Mühle
hindurchgeführt. Gewöhnlich ist ein Durchgang ausreichend; gewünschtenfalls kann
das Gut aber auch mehrmals durch die Mühle hindurchgehen. Das nitrierte Gut kann
vor, während oder nach dem ersten Waschen vermahlen werden, die Vermahlung muß aber
unbedingt vor dem Kochen. oder Beuchen stattfinden. Nach dem erfindungsigemäßen
Verfahren entsteht sehr wenig feines Material, und dieses ist, soweit es überhaupt
entsteht, innerhalb loser Bündel nitrierter Fasern gebunden, welche infolge der
Wirkung der Mühle gekräuselt oder lose zusammengeballt sind.
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Die nachfolgenden Beispieie veranschaulichen die Erfindung. Die angegebenen
Teile und Prozentgehalte beziehen sich auf das Gewicht.
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Beispiel 1 980 kg eines schichtförmigen Sulfitzellstoffes werden
nitriert, mit kaltem Wasser gewaschen und abtropfen gelassen. Der nitrierte Holzzellstoff
wird in eine Scheibenmühle zusammen mit einer Menge Wasser eingeführt, die zur Bildung
eines Breies von I Teil Nitrocellulose auf 6I Teile Wasser ausreicht. Die Scheibenmühle
besitzt einen Durchmesser von etwa 20 cm, und die Scheiben, von denen eine feststeht
und die andere umläuft, weisen auf ihren gegenüberliegenden Flächen Nuten auf und
stehen in einem Abstand von 4,5 mm voneinander.
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Die Durchsatzgeschwindigkeit durch die Mühle beträgt 35 kg/Std., berechnet
auf trockene Nitrocellulose. Die Hauptmenge des Wassers wird ablaufen gelassen,
und die Nitrocellulose wird gebeucht. Das gebeuchte Gtu wird erst zierinal mit heißen,
dann zweimal mit kaltem Wasser gewaschen und daraufhin durch Zentrifugieren entwässert.
Das Produkt hat einen Stickstoffgehalt von II,?O/o (berechnet auf das trockene Gut),
eine Viskosität von 8 Pos, sein (gemessen an einer 40%igen Lösung in 950/oigem Aceton)
und einen Wassergehalt von 36,40/0. Der ses Produkt gleicht völlig einem Erzeugnis
von gleichem Stickstoffgehalt und gleicher Viskosität, welches aus Baumwollinters
hergestellt ist.
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So wurden z. B. 10 g des nach diesem biepsiel hergestelletn Produktes
bis auf eien Wassergehalt von 0,5 O/o getrocknet und zu 100 g eines Lack-
lösungsmittels
hinzuge£ügt, welclles aus 25% aliphatischen Estern, 20 °/o aliphatischen Alkoholen
und 55% aromatischen Kohlenwasserstoffen bestand. Das Ganze wurde schwach gerührt,
wobei die Nitrocellulose innerhalb von I5 Minuten vollständig in Lösung ging.
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10 g einer in ähnlicher Weise getrockneten, aus Baumwollinters hergestellten
Nitrocellulose von gleichem Stidcstoffgehalt und gleicher Viskosität wurden zu 10
g des gleichen Lacklösungsmittels zugesetzt und das Ganze schwach gerührt. Die Nitrocellulose
brauchte zu ihrer vollständigen Lössung 17 Minuten.
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10 g einer in ähnlicher Weise getrockneten Nitrocellulose von dem
gleichen Stickstoffgehalt und der gleichen Viskosität, die aus Holzzellstoff unter
Auslassung des Vermahlens hergestellt war, wurden zu IOOg des gleichen Lacklösungsmittels
zugesetzt und das Ganze schwach gerührt. Die vollständige Lösung dieser Nitrocellulose
erforderte 100 Minuten.
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Beispiel 2 1090 kg Holzzellstoff wurden nitriert und gewaschen. Das
gewaschen Gut wird zu einem 1 Teil Nitrocellulose auf 6I Teile Wasser enthaltenden
Brei ausgemacht und in einer Scheibenmühle nach Beispiel I mit einer Durchsatzgeschwindigkeit
von 35 kg/Std. (berenchet auf die trockene Nitrocellulose) vermahlen. Das vermahlene
Gut wird gebeucht und in einem Bertram-Holländer zerkleinert.
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Die Nitrocellulose wird darauf einmal mit heißem und einmal mit kaltem
Wasser gewaschen und zentrifugiert. Das Produkt hat einen Stickstoffgehalt von Io,g30/o
(bezogen auf das trockene Gut), eine Viskosität von 14 Poisen (gemessen an einer
40%-igenLösung in 95 0/oigem Aceton) und einen Wassergehalt von 3I,9 % und besitzt
das gleiche Aussehen und Verhalten wie eine aus Baumwollinters hergestellte Nitrocellulose
von gleichem Stickstoffgehalt und gleicher Viskosität. so wurden z. B. 4 g diese
Materials getrocknet und zu einem Gemisch von 100 g 92%igem Äthanol und 10 g Kampfer
zugesetzt, worauf das Ganze schwach gerührt wurde. Die Nitrocellulose löste sich
in 30 Minuten völlig auf.
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4 g einer in ähnlicher Weise getrockneten Nitrocellulose von gleichem
Stickstoffgehalt und gleicher Viskosität, die aus Holzzellstoff ohne Vermahlen hergestellt
war, wurden ebenfalls zu 100 g des gleichen Lösungsmittels zugesetzt, und das Ganze
wurde leicht gerührt. Diese Nitrocellulose hrauchte zu ihrer vollständigen Lösung
go Minuten.
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Beispiel 3 1090 kg Holzzellstoff werden nitriert. Die Reaktionsmischung
wird mit Wasser zu einem Brei von 1 Teil itrocellulose auf 54 Teile Wasser ange
macht, der in einer Scheibenmühle nach Beispiel I mit einem Scheibendurchmesser
von 45,5 cm und einem Scheibenabstand von 4,5 mm mit einer Durchsatzgeschwindigkeit
von 131 kg/Std. (berechnet auf trockene Nitrocellulose) vermahlen wird.
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Der vermahlene Brei wird dann ablaufen gelassen, abgezogen, in einen
Druckkessel gepumpt und gebeucht. Das gebauchte Gut wird 30 Minuten lang in einem
Holländer zerkleinert, einmal mit heißem und einmal mit kaltem Wasser gewaschen
und zentrifugiert. Die so erhaltene Nitrocellulose hat einen Stickstoffgehalt von
11,74% (bezogen auf das trockene Gut), eine Viskosität von g Pol sein (gemessen
an einer 40%igen Lösung in 95%igem Aceton) und einen Wassergehalt von 34,20/0. Sie
besitzt das Aussehen und Verhalten einer aus Baumwollinters hergestellten Nitrocellulose
von gleichem Stickstoffgehalt und gleich er Viskosität.
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So wurden z. B. 10 g des Produktes getrocknet und zu 100 g des im
Beispiel I beschriebenen Lacklösungsmittels zugesetzt und das Ganze leicht gerührt.
Hierbei löste sich die Nitrocellulose in 20 Minuten vollständig auf.
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10 g einer aus Beauwollinters hergestellten Nitrocellulose von gleichem
Stickstoffgehalt und gleicher Viskosität wurden zu 100 g des Lacklösungsmittels
zugesetzt und das Ganze leicht gerührt. Die Nitrocellulose löste sich imerhalb von
18 Minuten vollständig auf.
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10 g einer in ähnlicher Weise getrockneten Nitrocellulose aus Holzzellstoff
von gleichem Sticlçstoffgehalt und gleicher Viskosität, die ohne den Verfahrensgang
des Vermahlens hergestellt war, wurden zu 100 g des Lacklösungsmittels zugesetzt,
und das Ganze wurde leicht gerührt. Diese Nitrocellulose benötigte zur vollständigen
Lösung 100 Minuten.