JPH07102001A - セルロース処理プロセス - Google Patents

セルロース処理プロセス

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JPH07102001A
JPH07102001A JP6207085A JP20708594A JPH07102001A JP H07102001 A JPH07102001 A JP H07102001A JP 6207085 A JP6207085 A JP 6207085A JP 20708594 A JP20708594 A JP 20708594A JP H07102001 A JPH07102001 A JP H07102001A
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cellulose
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カルステンス ティース
Harro Lentz
レンツ ハロー
Hans Steinmeier
シュタインマイヤー ハンス
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    • C08B1/00—Preparatory treatment of cellulose for making derivatives thereof, e.g. pre-treatment, pre-soaking, activation
    • C08B1/02—Rendering cellulose suitable for esterification
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Abstract

(57)【要約】 【目的】セルロースを高品質でかつ均一に活性化させ
て、アセチル化を続いて行わせるために、液体アンモニ
アを用いて処理するプロセスにおいて、低温にする必要
がなく、しかも活性化の完了後に、アンモニアがほとん
ど残存しない工業的規模のプロセスを提供する。 【構成】セルロースを圧力容器中で大気圧以上に加圧し
て液体アンモニアと接触させてから、大気圧まで急速に
減圧させることによって連続膨張させることを含む、セ
ルロースを処理し、化学反応を続いて行わせるための活
性化を行うプロセスであって；セルロースが９２質量％
以上のアルファセルロースを含有するセルロースパルプ
であり；パルプとのアンモニアの反応を室温または室温
以上の温度で行わしめ；アンモニアを膨張させ；膨張
後、アンモニアの反応によって到達した活性化状態が維
持できる程度の最小含有量を残して、圧力容器中に残存
するアンモニアを除去し；および最後に、活性化された
状態を維持するのに必要とされた残存アンモニアを膨潤
剤あるいは含有剤によって置き換える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、セルロースを処理し、
続いて化学反応を行わせるためにセルロースを活性化を
行うプロセスに関する。このプロセスは、セルロースを
圧力容器中で大気圧以上に加圧して液体アンモニアと接
触させてること、および次いで大気圧まで急速に減圧し
て膨張させることを含む。
【０００２】
【従来の技術】アセチル化されるセルロース、特にケミ
カルパルプは、アセチル化の前に活性化されなければな
らない。通常、パルプを酢酸で処理すると活性化が起き
る（ウルマンのエンサイクロペディア オブ インダス
トリアルケミストリ、第５完全改訂版、Ａ５巻、４４０
頁、１９８６、ＶＣＨ出版社、Ｄ−６９４０、バインハ
イム、ドイツ共和国を参照）。
【０００３】この公知活性化プロセスにおいて、そのプ
ロセス条件によって、パルプの結晶部分は純粋な酢酸と
して使用される氷酢酸で処理しにくいため、均一な活性
化が行われないことがある。その結果、続くアセチル化
工程においては、必要な三酢酸セルロースの段階は、パ
ルプの結晶部分になる前の非晶質域内で、達成されるこ
とになる。
【０００４】また、雑誌「アクタ ポリマーシャ」３２
巻（１９８１）、第３号、第１６４〜第１７１頁から
も、セルロースの活性化に液体アンモニアを利用するこ
とが知られている。この活性化は、常圧で、５０から６
０℃で行われる。セルロースの活性化に液体アンモニア
を利用すると、結晶格子の膨張により、セルロースの結
晶部分もまたより処理しやすくなるため、氷酢酸を使用
する場合より有利となる。しかし、処理温度が低いた
め、このプロセスを実際に適用するには相当コストがか
かり、当然、実用化も進んでいない。
【０００５】さらに、原料となる製品中に含まれたセル
ロースを活性化するために、液体アンモニアを昇圧下で
使用することが、ヨーロッパ特許出願０ ０７７ ２８
７号で示されている。この公報に述べられた説明によれ
ば、セルロースを含有する原料を高圧で液体アンモニア
と処理し、その圧力を大気圧まで急速に減圧すると、ア
ンモニアが沸騰しセルロースが解繊される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ヨーロッパ特許出願０
０７７ ２８７号のプロセスは、アセチル化を続いて
行うようなパルプの活性化には、膨張後もパルプ中に残
存したアンモニアがアセチル化剤の酢酸やアセチル化触
媒の硫酸と反応し塩を生成するので、適切ではない。こ
の事実によって、アセチル化プロセス、およびそれに続
く、けん化プロセスにおいても、アンモニアはその結合
状態で残存し、結果として、セルロースアセテートが沈
殿した後に、アンモニアが廃液中に混じるというきわめ
て望ましくない問題を引き起こすのである。
【０００７】セルロースが液体アンモニアで活性化され
たときに、そのプロセスの最後にアンモニアを水で洗浄
することは、よく知られている（雑誌ファーザーフォー
シュン ウント テクスティルテクニック２５巻（１９
７４）第２号５７〜６０頁ツアイトシュリフト フュア
ポリマーフォシュングを参照）。しかし上記の文献に
よれば、液体アンモニアを用いた活性化は低温または冷
却下で行われる。この事実は、「アクタ ポリマーシ
ャ」３２巻（１９８１）、第３号、１６４〜１７１頁に
も、述べられている。つまりそのような活性化プロセス
の実用化には、かなりのコストがかかるということであ
る。
【０００８】そこで、本発明の一つの目的は、セルロー
スを活性化させて、次いで化学反応、特にアセチル化を
続いて行わせるために、そのセルロース、特にケミカル
パルプを液体アンモニアを用いて処理するプロセスにお
いて、液体アンモニアを用いてセルロースを活性化させ
ることの利点を有していながら、低温にする必要がな
く、しかも活性化の完了後に、アンモニアが完全にもし
くはほとんど残存しないようなプロセスを提供すること
である。
【０００９】また別の目的は、高品質でかつ均一な活性
化が行われる、特に連続アセチル化反応に関するプロセ
スを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、この問
題は、セルロースを圧力容器中で大気圧を超える圧力に
加圧して液体アンモニアと接触させてから、大気圧まで
急速に減圧させることによって膨張させることを含む、
セルロースを処理し、続いて化学反応を行わせるための
セルロースの活性化を行うプロセスであって：前記セル
ロースが９２質量％以上のアルファセルロースを含有す
るセルロースパルプであり；室温または室温以上の温度
でパルプに対してアンモニアを作用させ；膨張後、アン
モニアの作用によって到達した活性化状態が維持できる
程度の最小含有量を残して、圧力容器中に残存するアン
モニアを除去し；および最後に、活性化された状態を維
持するのに必要とされた残存アンモニアを膨潤剤あるい
は含有剤によって置き換えることからなることを特徴と
するプロセスによって、解決できる。
【００１１】このプロセスで、パルプに対するアンモニ
アの量率をパルプ１０質量単位に対して６質量単位から
パルプ１０質量単位に対して１０質量単位までであるこ
とが好ましい。
【００１２】また、膨張後、圧力容器中に残存するアン
モニアを、アンモニアの反応によって到達した活性化状
態が維持できる程度の最小含有量を残して、吸引によっ
て、ポンプによって、吹き出しによって、あるいは少な
くとも室温と同温まで圧力容器中の内容物を加熱するこ
とによって、除去すると好ましい。
【００１３】さらに、本発明プロセスの好ましい態様に
よれば、活性化状態の維持に必要な残存アンモニアの含
有量は、パルプの質量に関して、２から４質量％アンモ
ニアである。
【００１４】その上、増大剤あるいは含有剤として用い
るのは、水、水蒸気、過熱蒸気、エーテル、エポキシ
ド、グリコール、炭化水素、希ガスあるいは二酸化炭素
が好ましい。ここに「増大剤（swelling agent）」と
は、基本的にアンモニアによる活性化後にセルロースの
内部繊維空間の構造的な崩壊を避けるために用いられ、
高い反応性を与えるための「楔」開口を残すためなどに
用いられる。この点に関しては、「Highly Reactive Wo
od Pulps for Cellulose Acetate Production （Journa
l of Applied Polymer Science、27巻,1982,4599頁」に
関連記載がある。また、「含有剤（inclusion agent
）」とは、「増大」させるものではないものの、「増
大剤」と同様の機能を有するものである。この「含有剤
（inclusion agent ）」の機能は、Hans A Krassigによ
る「Cellulose-Structure,Accessibilityand Reactivit
y」に、特に236 〜239 頁に記載されている。
【００１５】そして、膨張中に出るガス状アンモニアを
採集し液状アンモニアにそれを再圧縮するのが、好まし
い。
【００１６】本発明プロセスの一例では、圧力容器、つ
まり耐圧容器を使用する。この圧力容器の種類として特
別に要求されるようなものはなく、本発明の範囲内で
は、「圧力容器」という用語は最大限の広い意味で理解
されるべきである。この圧力容器として、例えば、オー
トクレーブや、本プロセスを連続的に実施するのならば
押し出し機がよい。まだ公開されていないが、ドイツ特
許出願Ｐ ４２ １６２９５．５に述べられた装置は、
圧縮流体中の準連続技術化学プロセス用のもので、この
装置もまた本発明プロセスの圧力容器として用いること
ができる。
【００１７】本発明によれば、急激に常圧まで減圧する
ことによって、アンモニアの膨張がおきる。これはつま
り、常圧まで減圧をできる限り急激に、好ましくは数秒
以内で、さらに好ましくは１秒以内で、行うことを意味
している。
【００１８】本発明プロセスを実施するために、オート
クレーブのような圧力容器中にパルプを入れて、圧縮液
体アンモニアと反応させる。通常は、圧力容器中の温度
は常温、つまり室温であるが、室温より高温にすること
も可能であり、この場合その後で膨張時に圧力容器から
アンモニアを除去するのが容易となり有利である。
【００１９】
【実施例】本発明は、実施例を参照することによって、
さらに詳しく説明されよう。
【００２０】本発明のプロセス用にＶ４Ａ鋼製の７５０
ml容量の円筒状オートクレーブを用いた。このオートク
レーブに、機械的にほぐされた５０ｇのパルプを入れ
た。ここで用いられたパルプはアルファ−セルロースを
９６質量％含有していた。
【００２１】オートクレーブの釜頂のバルブを介して、
５０g の液体アンモニアを密閉オートクレーブに導入
し、バルブを閉めた。オートクレーブ内の温度は２０℃
であった。この温度２０℃でアンモニア導入後、オート
クレーブ内の圧力は６バールであった。パルプとアンモ
ニアが反応している時間は３０分間だった。
【００２２】３０分間の最後に、上述したオートクレー
ブのバルブを開けたところ、アンモニアは急激に出て、
オートクレーブの内容物が常圧まで膨張した。
【００２３】パルプ内のアンモニアの最少含有量を、パ
ルプの質量に対して４質量％に調整するために、オート
クレーブを、そのバルブを開けた状態で、４０℃で維持
されたウォターーバス内で１５分間加熱した。重量的に
４質量％というアンモニアの最少含有量がチエックされ
た。
【００２４】蒸気をバルブを介してオートクレーブ内
に、圧力が４バールになるまで、導入し、それからバル
ブを再び閉じた。蒸気の温度は１４５℃であった。パル
プに対する蒸気の作用時間は５分間だった。続いて、前
記バルブを再び開けることによって、常圧に戻る。
【００２５】そして、オートクレーブよりパルプを取り
だしアセチル化し反応性を調べた。
【００２６】このパルプが三酢酸セルロース段階になる
までのアセチル化時間は、氷酢酸を用いて活性化したパ
ルプのアセチル化と比較して、５０％減少した。氷酢酸
を用いて活性化が行われるパルプのアセチル化時間は４
０分間であるのに対して、この実施例に従って活性化さ
れたパルプのアセチル化時間はわずか２０分間であっ
た。
【００２７】さらに、この実施例に従って活性化された
パルプのアセチル化から得られた溶液、三酢酸セルロー
ス溶液は、極めて均質でパルプ繊維などが皆無であっ
た。
【００２８】
【発明の効果】本発明によって、次のような利点が得ら
れる。本発明プロセスは低温下で行わないため、コスト
のかかる装置冷却が不要である。本発明プロセスによっ
て、均一でかつ高品質な活性化ができる。本発明プロセ
スによって、アセチル化を後に行わせるためのパルプの
活性化が大規模な工業スケールでも可能となる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハロー レンツ ドイツ ズィーゲン ディー57078 ベル クシュトラーセ 15 (72)発明者 ハンス シュタインマイヤー ドイツ テーニンゲン ディー79331 ロ ーゼンヴェーク ２

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 セルロースを圧力容器中で大気圧以上に
    加圧して液体アンモニアと接触させてから、大気圧まで
    急速に減圧させることによって膨張させることを含む、
    セルロースを処理し、かつ次いで化学反応を続いて行わ
    せるためにセルロースの活性化を行うプロセスであっ
    て：前記セルロースが９２質量％以上のアルファセルロ
    ースを含有するセルロースパルプであり；室温または室
    温以上の温度でパルプに対してアンモニアを作用させ；
    アンモニアを膨張させ；膨張後、アンモニアの作用によ
    って到達した活性化状態が維持できる程度の最少含有量
    を残して、圧力容器中に残存するアンモニアを除去し；
    および最後に、活性化された状態を維持するのに必要と
    された残存アンモニアを膨潤剤あるいは含有剤によって
    置き換えることからなることを特徴とするプロセス。
  2. 【請求項２】パルプに対するアンモニアの量率が、パル
    プ１０質量単位に対して６質量単位から、パルプ１０質
    量単位に対して１０質量単位までである請求項１に記載
    のプロセス。
  3. 【請求項３】膨張後、圧力容器中に残存するアンモニア
    を、アンモニアの反応によって到達した活性化状態が維
    持できる程度の最少含有量を残して、吸引によって、ポ
    ンプによって、吹き出しによって、あるいは少なくとも
    室温と同温まで圧力容器中の内容物を加熱することによ
    って、除去する請求項１または２に記載のプロセス。
  4. 【請求項４】活性化状態の維持に必要な残存アンモニア
    の含有量が、パルプの質量に関して、２から４質量％ア
    ンモニアである請求項１から３いずれかに記載のプロセ
    ス。
  5. 【請求項５】前記増大剤あるいは含有剤が、水、水蒸
    気、過熱蒸気、エーテル、エポキシド、グリコール、炭
    化水素、希ガスあるいは二酸化炭素である請求項１から
    ４いずれかに記載のプロセス。
  6. 【請求項６】膨張中に出るガス状アンモニアを採集し液
    状アンモニアに再圧縮する請求項１から５いずれかに記
    載のプロセス。
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