JPH08500137A - セルロースのアセチル化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （Ａ）セルロース、水、酢酸、触媒及び無水酢酸をアセチル化ゾーンに投入し、（Ｂ）前記アセチル化ゾーン内の材料を10秒未満の時間、物質１ポンド当たり0.01〜2.0キロワット／分の活性化に供することを含んでなるセルロースのアセチル化方法が開示される。

Description

【発明の詳細な説明】セルロースのアセチル化方法 本発明は、セルロースを短時間の高速撹拌に供するセルロースのアセチル化方 法に関する。 代表的には、酢酸セルロースは、木材パルプをアセチル化してセルローストリア セテ一トし、そしてこのセルローストリアセテートを加水分解してセルロースジ アセテ一ト（しばしば、単にセルロースアセテ一卜と称する）にする方法によっ て製造される。次いで、セルロースアセテ一卜は回収され、繊維又は成形品を製 造するのに使用される。 公知の方法によれば、アセチル化工程は、前の活性化工程において酢酸材料と 接触させられた木材パルプのシ一卜の機械的に細分された単位を用いて、その活 性化された木材パルプを、セルローストリアセテ一卜に充分にエステル化するの に充分な時間、酢酸、無水酢酸及び硫酸と接触させることによって実施すること ができる。 先行技術のアセチル化方法は、適切にアセチル化されたセルロースを生成する のに有効であるが、これらの方法は比較的長い時間を必要とする。例えば、先行 技術のアセチル化方法には代表的には30分間が必要であり、１時間より長い時間 が必要であることも多い。資本の時間的価値のために、アセチル化方法の実施に 必要な時間を減少させることは非常に望ましい。 本発明者らは、先行技術の方法に比較して極めて短い時間で実施できるセルロ ースのアセチル化方法を見出した。本発明者らは、アセチル化組成物を高速攪拌 に供することによって、非常に短い時間でアセチル化方法を実施する目的を達成 した。 要するに、本発明は、 （Ａ）セルロース、水、酢酸、触媒及び無水酢酸をアセチル化ゾーンに投入し 、 （Ｂ）このアセチル化ゾーン内の物質を、10秒未満の時間、物質１ポンド当た り0.01〜 2.0キロワットの範囲の活性化に供する ことを含んでなる方法として考えることができる。 前述の通り、本発明の方法の第１工程は大まかには、セルロース、水、酢酸、 触媒及び無水酢酸を１つの流れとしてアセチル化ゾーンに投入することを含んで なる。好ましい一実施態様においては、これらの物質は２つの流れとしてアセチ ル化ゾーンに投入する。この実施態様において、本方法の最初の２つの工程は （Ａ）セルロース、水、全酢酸の一部及び触媒を含んでなる第１の流れをアセ チル化ゾーンに投入し、そして （Ｂ）酢酸の残り及び無水酢酸を含んでなる第２の流れをアセチル化ゾーンに 投入する ことと説明できる。 本発明のアセチル化方法に先立って実施する活性化方法の出発原料として有用 な木材パルプ（しばしば、セルロースと称する）は、当業界で代表的に販売され ている全ての木材パルプを含むことができる。適当なセルロースの具体的な例と しては、南方諸国及びカナダの硬材及び軟材か挙げられる。 セルロースは公知の多くの方法の任意の方法を用いて活性化できる。 活性化セルロースは、活性化セルロースを処理するための公知の方法に従って アセチル化ゾーンに投入できる。 代表的には、水は別の流れとしては添加せず、活性化組成物に含 ませる。 本発明の方法において有用な酢酸及び無水酢酸は、酢酸セルロースの製造に代 表的に使用される型のもので、公知である。好ましくは、酢酸は氷酢酸である。 本発明において有用な触媒は、メタンスルホン酸、メタンジスルホン酸、スル ホ酢酸、塩化スルフリル又は硫酸であることができる。好ましくは、触媒は硫酸 、より好ましくは98％の硫酸である。 酢酸は全て液体の形態であることもできるが、アセチル化反応は発熱性である ため、酢酸の一部分を、「氷酢酸」と称することもある凍結酢酸として使用する ことは、反応から熱を除く必要性を単純にするので好ましい。好ましくは、全酢 酸の70重量％を氷酢酸として添加する。 酢酸、無水酢酸及び触媒は常法を用いて、好ましくは加圧下でポンプ輸送する ことによってアセチル化ゾーンに投入する。 酢酸の一部が氷酢酸の形態である場合には、それはコンベヤーのような常用の 手段を用いてアセチル化ゾーンに投入する。好ましくは、活性化組成物は氷酢酸 と混合し、合した流れをアセチル化ゾーンに投入する。この実施態様において、 活性化混合物は氷酢酸を輸送するコンベヤーに投入し、合した流れをアセチル化 ゾーンに投入する。 物質を全て、１つの流れとしてアセチル化ゾーンに投入する本発明の最も一般 的な実施態様において、セルロースの量は流れの重量に基づき、5〜17重量％、 水の量は0〜2重量％、酢酸の量は10〜62重量％、触媒の量は0.1〜 1.2重量％、 且つ無水酢酸の量は27〜41重量％である。好ましくは、セルロースの量は流れの 重量に基づき、10〜14重量％、水の量は0.5〜1.5重量％、酢酸の量は42〜62重量 ％、触媒酸の量は0.2〜 0.8重量％、且つ無水酢酸の量は27〜 41重量％である。 物質を２つの流れとしてアセチル化ゾーンに投入する好ましい実施態様におい て、第１の流れにおいては、セルロースの量は第１の流れと第２の流れの合計重 量に基づき、5〜17重量％、水の量は0〜2重量％、酢酸の量は10〜62重量％、且 つ触媒の量は0.1〜 l.2重量％である。第２の流れにおいては、酢酸の量は第１ の流れと第２の流れの合計重量に基づき、0〜52重量％、且つ無水酢酸の量は27 〜41重量％である。好ましくは、第１の流れにおいて、セルロースの量は第１の 流れと第２の流れの合計重量に基づき、10〜14重量％、水の量は0.5〜1.5重量％ 、酢酸の量は42〜62重量％、且つ触媒の量は0.2〜 0.8重量％である。好ましく は、第２の流れにおいて、酢酸の量は第１の流れと第２の流れの合計重量に基づ き、0〜10重量％、且つ無水酢酸の量は31〜37重量％である。 物質をアセチル化ゾーンに１つの流れとして投入するか又は２つの流れとして 投入するかに関わらず、物質を短時間の高速攪拌に供することが本発明の重要な 側而である。本発明において、攪拌は機械的に撹拌を行う電気エネルギーの条件 に換算して表され、一般的にはセルロース、水、酢酸、無水酢酸及び触媒の合計 重量１ポンド当たり0.01〜 2.0キロワット、好ましくは0.05〜 0.5キロワット である。 この速度の攪拌を行うのに必要な機械的装置は公知であり、市販されている。 高速の攪拌には必然的に混合作用が伴うので、この装置はしばしば、「ミキサー 」と称される。具体的には、当業者はこの装置を高稠度ミキサーと称する。適当 な装置の例としては、Sprout Waldron製のSingle Disk Refiner、Beloit製のSin gle DiskRefiner及びBlack Clawson，Shartle Divisionによって販売されている Model 48 Micar High Consistency Mixerが挙げられる。好 ましくは、Model 48 Micar High Consistence Mixerを使用する。本発明に使用 するのに適当な他の装置は米国特許第4,016,353号に開示されている。販売され ているModel 48 Micar High Consistencyミキサーを、１つの流れだけをミキサ ーに投入する最も一般的な実施態様に使用する場合には、流れはミキサーの撹拌 ゾーンに投入する。２つの流れをミキサーに投入する好ましい実施態様において は、第１の流れをミキサーのホッパーに投入し、第２の流れを高速攪拌される混 合用バレルに投入する。 アセチル化組成物を高速の攪拌に供する時間は、本発明の極めて重要な特徴で ある。物質をアセチル化ゾーンに１つの流れとして投入するか２つの流れとして 投入するかに関わらず、アセチル化組成物を高速の撹拌に供する時間は一般的に は10秒未満、好ましくは4秒未満である。 アセチル化組成物は、連続的にミキサーを操作し且つ回転子／固定子配置を調 整することによって一定時間の高速攪拌に供する。 本発明の方法は回分法又は連続法のいずれても操作できる。好ましくは、本発 明方法は連続法で操作する。 本発明の方法を「アセチル化法」と説明してきた。用語「アセチル化法」とは 、ミキサーから出る組成物がいくつかの場合には十分にアセチル化され、従って 、一定時間、組成物を熟成させる必要なく、次の加水分解工程に直ちに投入でき ることを意味する。この用語はまた、ミキサーから出る組成物が充分にはアセチ ル化されず、加水分解工程に組成物を投入する前に熟成される必要があることも 意味する。追加の熟成が必要であるか否か、又はどの程度の追加の熟成が必要で あるかは、当業者ならば知っている多数の要因、例えば、組成物の温度、触媒の 型及び触媒の量に応じて非常に異なる。代表的には、組成物は1〜60分間、好ま しくは5〜35分間の範囲の 一定時間熟成させる。特に好ましい実施態様において、組成物は２０分間熟成さ せる。 前述の通り、本発明の利点はアセチル化工程の時間が先行技術よりも著しく減 少したことである。従って、熟成が必要な場合でさえ、攪拌に必要な時間と熟成 に必要な時間の合計はなお、先行技術のアセチル化工程の時間よりもはるかに短 い。 物質を２つの流れとしてアセチル化ゾーンに投入することによって本発明の好 ましい実施態様を実施する以下の例によって、本発明のアセチル化方法を説明す ることができる。 活性化組成物は、米国特許出願第07/897,113号に従って調製され、セルロース 188。1b／分、水12 lbs／分、98％硫酸8 lbs／分及び液体酢酸168 1bs／分を 含んでなる。この組成物は凍結酢酸608lbs／分を輸送するコンベヤーに投入され る。これらが合わさった、コンベヤーから出る流れは重力の影響を受けてBlack Clawson,Shartle Divisionによって販売されているModel 48 Micar HighConsist encyミキサーのホッパ一中に注ぎ込ませられる。87 1bs／分の液体酢酸の流れ 及び548 1bs／分の無水酢酸の流れを受ける管が、ミキサーの下方１／３の位置 の２つの中間口と適合させられている。 次に、連続アセチル化法が実施される。この方法においては、活性化組成物及 び凍結酢酸がミキサーのホッパーに連続的に供給され、液体酢酸及び無水酢酸が ミキサーに連続的に供給される。ミキサーの撹拌速度は４成分全ての合計重量の ポンド当たり0.3キロワットに調整される。この撹拌速度は、物質がミキサーを1 636 1bs／分の速度で通過してアセチル化を受けることに相当する。ミキサーの 物理的配置に基づき、活性化組成物がこの速度の攪拌に供される時間は10秒未満 であった。 ミキサーから出た組成物は20分間熟成されて十分にアセチル化され、通常の加 水分解プロセスに供給され、セルロースジアセテ一トにうまく加水分解され、更 に常法によって商業的に許容され得るセルロースアセテ一トへと処理された。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョンソン，グリフィン イバン アメリカ合衆国，テネシー 37660，キン グスポート，キャノンゲート ロード312 (72)発明者 スポー，アーサー ザラー，ジュニア アメリカ合衆国，テネシー 37664，キン グスポート，カナン ドライブ 203

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． （Ａ）流れの重量に基づき、5〜17重量％のセルロース、０〜２重量％ の水、10〜62重量％の酢酸、0.1〜 1.2重量％の、メタンスルホン酸、メタンジ スルホン酸、スルホ酢酸、塩化スルフリル及び硫酸からなる群から選ばれた触媒 並びに27〜41重量％の無水酢酸からなる流れをアセチル化ゾーンに投入し、そし て （Ｂ）前記アセチル化ゾーン内において、前記流れを10秒未満の時間、流れ１ ポンド当たり0.01〜 2.0キロワットの撹拌に供することを含んでなる方法。 ２． （Ａ）流れの重量に基づき、10〜14重量％のセルロース、0.5〜 1.5重 量％の水、42〜 62重量％の酢酸、0.2〜 0.8重量％の硫酸及び27〜41重量％の 無水酢酸からなる流れをアセチル化ゾーンに投入し、そして （Ｂ）前記アセチル化ゾーン内において、前記流れを４秒未満の時間、流れ１ ポンド当たり0.05〜 0.5キロワットの攪拌に供することを含んでなる方法。 ３． （Ａ）第１の流れ及び第２の流れの合計重量に基づき、5〜17重量％の セルロース、0〜2重量％の水、10〜62重量％の酢酸並びに0.1〜 1.2重量％の、 メタンスルホン酸、メタンジスルホン酸、スルホ酢酸、塩化スルフリル及び硫酸 からなる群から選ばれた触媒からなる第１の流れをアセチル化ゾーンに投入し、 （Ｂ）第１の流れ及び第２の流れの合計重量に基づき、0〜52重量％の酢酸及 び27〜41重量％の無水酢酸からなる第２の流れをアセチル化ゾーンに投入し、そ して （Ｃ）第１の流れ及び第２の流れを10秒未満の時間、第１の流れ及び第２の流 れの合計１ポンド当たり0.01〜 2.0キロワット／分の撹拌に供する ことを含んでなる方法。 ４． （Ａ）第１の流れ及び第２の流れの合計重量に基づき、10〜14重量％の セルロース、0.5〜1.5重量％の水、42〜62重量％の酢酸及び0.2〜 0.8重量％の 硫酸からなる第１の流れをアセチル化ゾーンに投入し、 （Ｂ）第１の流れ及び第２の流れの合計重量に基づき、0〜10重量％の酢酸及 び31〜37重量％の無水酢酸からなる第２の流れをアセチル化ゾーンに投入し、そ して （Ｃ）第１の流れ及び第２の流れを10秒未満の時間、第１の流れ及び第２の流 れの合計１ポンド当たり0.05〜 0.5キロワットの攪拌に供する ことを含んでなる方法。