WO1998041543A1 - Verfahren zur herstellung von celluloseacetat - Google Patents

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WO1998041543A1 PCT/EP1998/000607 EP9800607W WO9841543A1 WO 1998041543 A1 WO1998041543 A1 WO 1998041543A1 EP 9800607 W EP9800607 W EP 9800607W WO 9841543 A1 WO9841543 A1 WO 9841543A1
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Ties Karstens
Frank Hermanutz
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Cerdia Produktions GmbH
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08B—POLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
    • C08B3/00—Preparation of cellulose esters of organic acids
    • C08B3/06—Cellulose acetate, e.g. mono-acetate, di-acetate or tri-acetate

Definitions

  • the invention relates to a process for the production of cellulose acetate with a DS between 1.5 and 2.9.
  • Cellulose acetate with a degree of substitution (DS) between 1.5 and 2.9 is an important product for various industrial applications.
  • the degree of substitution DS denotes the number of hydroxyl groups which are esterified on average per cellulose anhydroglucose unit with acetyl groups.
  • cellulose is always converted to triacetate in a first process step and the cellulose triacetate is then hydrolyzed to the desired degree of substitution.
  • acetylation is carried out with a deficit of acetylating agent or the acetylation is interrupted prematurely, no homogeneous partially acetylated product is obtained, but essentially a mixture of cellulose triacetate and unreacted cellulose.
  • the reason for this is the structure of the cellulose, which contains amorphous and crystalline components. While the amorphous parts are easily accessible to the acetylating agent, the crystalline parts are difficult to access, which leads to an inhomogeneous course of the reaction.
  • An indicator of a homogeneous distribution of substituents in a partially acetylated cellulose acetate is its solubility in acetone. Inhomogeneous cellulose acetates are insoluble in acetone with the same average content of acetyl groups.
  • acetylating agent usually acetic anhydride
  • acetic anhydride is used to favor the course of the reaction.
  • Both the need to go through the triacetylated stage and the practical use of an excess of acetic anhydride compared to the stoichiometrically required necessitate an additional consumption of acetylating agent, which in the case of 2,5-cellulose acetate can be up to 31%. Since 2,5-cellulose acetate can be replaced by a cellulose acetate with a DS 2 for many industrial applications, a process that does not require a detour via cellulose triacetate would lead to further savings in acetylating agent.
  • the commercial pulps suitable for acetylation are high quality pulps. They contain relatively little hemicellulose (2 to 3% by weight). A method is desirable in which less refined pulps, i.e. Pulps with a higher hemicellulose content can be used. This would mean considerable cost savings because the pulp prices are relatively high and cellulose acetate consists of about 60% cellulose.
  • the object of the invention is therefore to provide a process for the production of cellulose acetate with a DS between 1.5 and 2.9 which requires the use of smaller amounts of acetylating agent than the known processes and in particular does not require a detour via the cellulose triacetate. It is said to provide cellulose acetates with a largely homogeneous distribution of substituents.
  • the process is intended to enable the use of less highly refined pulps by reducing the quality and Further processing of the accompanying cellulose acetate interfering substances, such as hemicelluloses, lignin, fats etc., can be removed in process stages which do not consume any acetylating agent.
  • this object is achieved in that the cellulose is converted in a first step with base catalysis with a first acetylating agent to a cellulose acetate with a DS of less than 1 and in a second step with acid catalysis with a second acetylating agent to the cellulose acetate with the DS of 1 , 5 to 2.9 is implemented.
  • Bases which catalyze the first step of the process according to the invention are either liquid or are in the form of a solution, preferably an aqueous solution.
  • the bases or their solutions are capable of swelling the cellulose, i.e. , they can penetrate the crystalline areas of cellulose and activate cellulose in this way.
  • the activation state is preserved by acetylation to a DS of less than 1. It is believed that the low substituent density acetyl groups act as "spacers" that prevent recrystallization of the cellulose chains when the base is consumed or otherwise removed by the reaction.
  • Sodium hydroxide solution in particular aqueous sodium hydroxide solution, preferably with a concentration of at least 20%, is preferably suitable as the base for the catalysis of the first step of the process according to the invention.
  • the cellulose is first impregnated with an excess of base in the first step, the base is removed again to a molar ratio of base: AHG (anhydroglucose units) of less than 2.5, in particular less than 1, and the product obtained converted with the first acetylating agent to a cellulose acetate with a DS of less than 1.
  • AHG anhydroglucose units
  • Excess base means that the base or its solution must at least completely wet the surface of the cellulose. This is usually a molar ratio of Base: AHG of over 3, especially over 6, reached. The use of an excess of base facilitates the homogeneous penetration of the cellulose with base. The base is then mostly removed to minimize the formation of by-products from the reaction of the base with the first acetylating agent. The base is preferably removed again except for the amount of base stoichiometrically necessary to form the cellulose acetate with DS ⁇ 1. Residual amounts of base of about 2 to 5% by weight of base (solvent-free calculation basis), based on the cellulose, are preferred.
  • hemicelluloses are soluble in sodium hydroxide solution, in particular in the concentration range preferred in the process according to the invention, and can be separated from the insoluble cellulose by pressing (cf. K. Götze, chemical fibers according to the viscose process, 3rd edition, Springer- Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 1967). It is therefore a great advantage of the process according to the invention that hemicelluloses are separated off in the first process step and thus cannot have a disruptive effect when the products are processed.
  • the undesired accompanying substances can be separated from the base in a suitable manner, after which it can be reused.
  • the base can be circulated with the cellulose accompanying substances being discharged.
  • Excess base can be removed by mechanical pressing of the impregnated cellulose.
  • the impregnated cellulose can be rinsed with a water-miscible polar organic solvent.
  • the solvent is preferably selected from monohydric, dihydric or trihydric C r C 4 alcohols and amines.
  • the monohydric alcohol is preferably methanol or ethanol and the dihydric alcohol is ethylene glycol. This measure makes it easy to reduce the base content in the cellulose as much as stoichiometrically required for the reaction with acetylating agent to give the cellulose acetate with a DS of less than 1.
  • the amorphous reactive state of the alkali cellulose is retained when washed out with the water-miscible polar organic solvent.
  • the first acetylating agent in particular acetic anhydride
  • a partially acetylated cellulose acetate with a DS of less than 1 is obtained even at room temperature.
  • an alcohol preferably a monohydric alcohol
  • this can advantageously be recovered by distillation. The remaining alcohol in the alkali cellulose after the rinsing step does not react with the acetylating agent.
  • the cellulose acetate obtained in the first step of the process according to the invention with a DS of less than 1 can be stored after washing with water and drying. Alternatively, you can wash with glacial acetic acid. Washing can remove residues of organic solvent, the first acetylating agent and in particular the reaction product which is formed from the catalyst base and the first acetylating agent, for example sodium acetate when sodium hydroxide solution is used.
  • the cellulose acetate obtained in the first process step has a degree of substitution of less than 1, preferably less than 0.6 and in particular from 0.1 to 0.5. It is fibrous in structure and completely decrystallized according to the X-ray diffraction spectrum. It shows a uniform reactivity and is therefore a suitable substrate for the second process step, in which the cellulose acetate with the desired DS is now directly, i.e. without going through the triacetate.
  • the cellulose acetate obtained in the first step with a DS of less than about 1 with the addition of the appropriate amount of second acetylating agent with acid catalysis directly to the cellulose acetate with the desired degree of substitution in the range from 1.5 to 2.9, in particular 1.8 to 2.75, particularly preferably about 2.5, implemented.
  • Preferably Acetic anhydride is used as the second acetylating agent and sulfuric acid is preferably used as the catalyst.
  • the method according to the invention has numerous advantages. So is the technology of mercerization, i.e. Treatment of cellulose with base, well established, proven and inexpensive to operate. Corresponding systems are used on a large scale worldwide in the production of viscose or cellulose ether. Excess sodium hydroxide solution can be recovered with little effort. The setting of the degree of polymerization (DP) through contact with sodium hydroxide solution is known and proven from the viscose industry.
  • DP degree of polymerization
  • the undesirable accompanying substances of the cellulose from the wood such as hemicelluloses, lignin, fats etc., are separated from the cellulose, which enables the use of much less refined cellulose. In this way, the pulp cleaning can be partially shifted from the pulp mills to the processor.
  • acetylating agent In the first step, an amorphous cellulose acetate with low DS is generated. Its further conversion to cellulose acetate with the desired DS takes place without the problems that arise in the known processes of heterogeneous acetylation due to the crystalline content of cellulose, such as inhomogeneous distribution of substituents and low product uniformity.
  • the acetylation takes place at room temperature or slightly elevated temperatures.
  • the products according to the invention are distinguished by a largely homogeneous distribution of substituents, which leads to excellent solubility of the products according to the invention in acetone. In addition to 2,5-cellulose acetates, products with higher degrees of polymerization which are produced according to the invention are therefore soluble in acetone.
  • 100 g of cellulose with a DP of 750 are suspended in 500 g of 22% strength by weight sodium hydroxide solution at 22 ° C. in a 1 liter three-necked flask. After 15 minutes the mixture is pressed in a laboratory chamber filter press at 150 bar. The press cake (250 g) is suspended in 750 g of methanol at room temperature and the alkali cellulose is filtered off. 150 g of methanol-containing alkali cellulose are then placed in a thermostatic reaction vessel at 20 ° C in 150 g of acetic anhydride and reacted. After 10 min, excess anhydride is filtered off and the decrystallized cellulose acetate is washed with water and dried. 103 g of cellulose acetate with a DS of 0.25 were obtained.
  • the product is completely soluble in 1350 g acetone.
  • the solution is filtered and can be processed into cellulose 2,5-acetate products.
  • the cellulose-2,5-acetate is prepared as in Example 1, except that the 0.25-CA is not washed and dried with water, but washed with acetic anhydride (Example 2) or acetic acid (Example 3) or directly without washing (Example 4) is converted to 2.5-CA.
  • the products obtained were completely soluble in acetone.

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Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zur Herstellung von Celluloseacetat mit einem DS zwischen 1,5 und 2,9 durch Umsetzung von Cellulose mit einem Acetylierungsmittel, bei dem die Cellulose in einem ersten Schritt unter Basenkatalyse mit einem ersten Acetylierungsmittel zu einem Celluloseacetat mit einem DS von weniger als 1 umgesetzt wird und in einem zweiten Schritt unter Säurekatalyse mit einem zweiten Acetylierungsmittel zum Celluloseacetat mit den DS von 1,5 bis 2,9 umgesetzt wird. Das erste und das zweite Acetylierungsmittel sind vorzugsweise Acetanhydrid. Vorzugsweise wird im ersten Schritt die Cellulose mit überschüssiger Base imprägniert und die Base anschliessend auf die zur Bildung des Celluloseacetats mit DS<1 stöchiometrisch notwendigen Basenmenge wieder entfernt.

Description

Verfahren zur Herstellung von Celluloseacetat
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Celluloseacetat mit einem DS zwischen 1,5 und 2,9.
Celluloseacetat mit einem Substitutionsgrad (DS) zwischen 1 ,5 und 2,9 ist ein wichtiges Erzeugnis für verschiedene industrielle Anwendungen. Als Substitutionsgrad DS wird die Zahl an Hydroxylgruppen bezeichnet, die pro Anhydroglucoseeinheit der Cellulose durchschnittlich mit Acetylgruppen verestert sind. Bei den bekannten Verfahren zur Herstellung von Celluloseactat mit einem DS zwischen 1 ,5 und 2,9 wird stets in einem ersten Verfahrensschritt Cellulose zum Triacetat umgesetzt und das Cellulosetriacetat anschließend auf den gewünschten Substitutionsgrad hydrolysiert. Wenn man die Acetylierung mit einem Unterschuß an Acetylierungsmittel durchführt oder die Acetylierung vorzeitig unterbricht, wird kein homogenes teilweise acetyliertes Produkt erhalten, sondern im wesentlichen ein Gemisch aus Cellulosetriacetat und nicht umgesetzter Cellulose. Die Ursache hierfür liegt in der Struktur der Cellulose, die einerseits amorphe und andererseits kristalline Anteile enthält. Während die amorphen Anteile für das Acetylierungsmittel gut zugänglich sind, sind die kristallinen Anteile schwer zugänglich, was zu einem inhomogenen Reaktionsverlauf führt. Ein Indikator für eine homogene Substituentenverteilung in einem teilweise acetyliertem Celluloseacetat ist seine Löslichkeit in Aceton. Inhomogene Celluloseacetate sind bei gleichem mittleren Gehalt an Acetylgruppen in Aceton unlöslich.
Bei den bekannten technischen Verfahren wird außerdem ein mehr oder weniger großer Überschuß an Acetylierungsmittel, zumeist Essigsäureanhydrid, verwendet, um den Reaktionsverlauf zu begünstigen. Sowohl die Notwendigkeit, die triacetylierte Stufe zu durchlaufen, als auch die in der Praxis erforderliche Verwendung eines Essigsäureanhydridüberschusses gegenüber dem stöchiometrisch erforderlichen Bedarf bedingen einen Mehrverbrauch an Acetylierungsmittel, der beim 2,5-Celluloseacetat bis zu 31 % betragen kann. Da für viele industrielle Anwendungen ein 2,5-Celluloseacetat durch ein Celluloseacetat mit einem DS«2 ersetzt werden kann, würde ein Verfahren, das nicht den Umweg über das Cellulosetriacetat erfordert, zu noch weiteren Einsparungen an Acetylierungsmittel führen.
Handelsübliche Zellstoffe enthalten neben Cellulose stets einen gewissen Anteil an anderen Holzinhaltsstoffen, wie Lignin und insbesondere Hemicellulosen. Die Hemicellulosen bzw. deren acetylierte Formen beeinträchtigen sowohl die Verarbeitung, insbesondere die Löslichkeit, Filtrierbarkeit und Verspinnbarkeit, als auch die Produkteigenschaften der industriell erzeugten Celluloseacetate. Es sind zwar Verfahren bekannt, mit deren Hilfe der Einfluß der Hemicellulosen weitgehend zurückgedrängt werden kann, jedoch sind diese mit einem weiteren Essigsäureanhydridverbrauch verbunden. Hemicellulosen werden dabei zu Mono- und Oligosacchariden abgebaut und bei der Wäsche des Acetats ausgeschleust. Außerdem sind diese Verfahren (High Temperatur Hydrolysis) relativ energieaufwendig und langwierig; sie erfordern auch hohe Investitionskosten. Es ist daher vorteilhaft, die Abtrennung der Hemicellulosen und anderer Holzinhaltsstoffe, wie Lignin und Fette, durch einen kein Acetylierungsmittel verbrauchenden Schritt vorzunehmen.
Die für die Acetylierung geeigneten im Handel befindlichen Zellstoffe gehören zu den Hochqualitätszellstoffen. Sie enthalten nur relativ wenig Hemicellulose (2 bis 3 Gew.- %). Es ist ein Verfahren wünschenswert, bei dem auch weniger hochverdedelte Zellstoffe, d.h. Zellstoffe mit einem höheren Hemicellulosegehalt, verwendet werden können. Dies würde eine erhebliche Kostenersparnis bedeuten, denn die Zellstoffpreise sind relativ hoch und Celluloseacetat besteht zu etwa 60% aus Cellulose.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Celluloseacetat mit einem DS zwischen 1 ,5 und 2,9 bereitzustellen, das den Einsatz geringerer Mengen an Acetylierungsmittel als die bekannten Verfahren und insbesondere keinen Umweg über das Cellulosetriacetat erfordert. Es soll Celluloseacetate mit weitgehend homogener Substituentenverteilung liefern. Außerdem soll das Verfahren den Einsatz weniger hochveredelter Zellstoffe ermöglichen, indem die die Qualität und Weiterverarbeitung des Celluloseactats störenden Begleitstoffe, wie Hemicellulosen, Lignin, Fette usw. , in Verfahrensstufen entfernt werden, die kein Acetylierungsmittel verbrauchen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Cellulose in einem ersten Schritt unter Basenkatalyse mit einem ersten Acetylierungsmittel zu einem Celluloseacetat mit einem DS von weniger als 1 umgesetzt wird und in einem zweiten Schritt unter Säurekatalyse mit einem zweiten Acetylierungsmittel zum Celluloseacetat mit den DS von 1 ,5 bis 2,9 umgesetzt wird.
Basen, die den ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens katalysieren, sind entweder flüssig oder liegen als Lösung, vorzugsweise wäßrige Lösung, vor. Die Basen bzw. ihre Lösungen sind zur Quellung der Cellulose fähig, d.h. , sie können in die kristallinen Bereiche der Cellulose eindringen und die Cellulose auf diese Weise aktivieren. Durch die Acetylierung auf einen DS von weniger als 1 wird der Aktivierungszustand konserviert. Es wird angenommen, daß die in niedriger Substituentendichte vorhandenen Acetylgruppen als "Spacer" wirken, die eine Rekristallisation der Celluloseketten verhindern, wenn die Base durch die Reaktion verbraucht oder auf sonstige Weise entfernt wird.
Als Base zur Katalyse des ersten Schritts des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorzugsweise Natronlauge, insbesondere wäßrige Natronlauge mit vorzugsweise einer Konzentration von mindestens 20 % , geeignet.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Cellulose im ersten Schritt zunächst mit einem Überschuß an Base imprägniert, die Base bis auf ein molares Verhältnis von Base:AHG (Anhydroglucoseinheiten) von weniger als 2,5, insbesondere weniger als 1 , wieder entfernt und das erhaltene Produkt mit dem ersten Acetylierungsmittel zu einem Celluloseacetat mit einem DS von weniger als 1 umgesetzt.
"Überschuß an Base" bedeutet, daß die Base oder ihre Lösung zumindest die Oberfläche der Cellulose vollständig benetzen muß. Dabei wird üblicherweise ein molares Verhältnis von Base:AHG von über 3, insbesondere über 6, erreicht. Die Anwendung eines Basenüberschusses erleichtert die homogene Durchdringung der Cellulose mit Base. Die Base wird anschließend größtenteils wieder entfernt, um die Bildung von Nebenprodukten aus der Reaktion der Base mit dem ersten Acetylierungsmittel zu minimieren. Vorzugsweise wird die Base bis auf die zur Bildung des Celluloseacetats mit DS < 1 stöchiometrisch notwendige Basenmenge wieder entfernt. Hierbei werden Restmengen an Base von etwa 2 bis 5 Gew.-% Base (lösungsmittelfreie Berechnungsgrundlage), bezogen auf die Cellulose, bevorzugt. Beim Entfernen des Basenüberschusses werden gleichzeitig unerwünschte Begleitstoffe der Cellulose, wie Lignin, Hemicellulosen, Fette usw. , entfernt. Es ist beispielsweise bekannt, daß Hemicellulosen in Natronlauge, insbesondere in dem beim erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugten Konzentrationsbereich, löslich sind und durch Abpressen vom unlöslichen Cellstoff abgetrennt werden können (vgl. : K. Götze, Chemiefasern nach dem Viskoseverfahren, 3. Aufl. , Springer- Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 1967). Es ist deshalb ein großer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, daß Hemicellulosen in der ersten Verfahrensstufe abgetrennt werden und somit bei der Verarbeitung der Produkte nicht störend wirken können. Es ist weiterhin von Vorteil, daß dadurch weniger veredelte und damit kostengünstigere Zellstoffe mit einem höheren Hemicellulosengehalt eingesetzt werden können. Die unerwünschten Begleitstoffe können auf geeignete Weise von der Base abgetrennt werden, worauf diese wiederverwendet werden kann. Die Base läßt sich unter Ausschleusen der Cellulosebegleitstoffe im Kreislauf führen.
Das Entfernen überschüssiger Base kann durch mechanisches Abpressen der imprägnierten Cellulose geschehen. Alternativ oder vorzugsweise zusätzlich zum Abpressen kann die imprägnierte Cellulose mit einem wassermischbaren polaren organischen Lösungsmittel gespült werden. Das Lösungsmittel ist vorzugsweise aus einwertigen, zweiwertigen oder dreiwertigen CrC4-Alkoholen und Aminen ausgewählt. Der einwertige Alkohol ist vorzugsweise Methanol oder Ethanol und der zweiwertige Alkohol Ethylenglycol. Durch diese Maßnahme gelingt es leicht, den Gehalt an Base in der Cellulose so weit zu vermindern, wie stöchiometrisch für die Umsetzung mit Acetylierungsmittel zu dem Celluloseacetat mit einem DS von weniger als 1 erforderlich. Überraschenderweise bleibt beim Auswaschen mit dem wassermischbaren polaren organischen Lösungmittel der amorphe reaktive Zustand der Alkalicellulose erhalten. Durch Versetzen mit dem ersten Acetylierungsmittel, insbesondere Essigsäureanhydrid, wird bereits bei Raumtemperatur ein teilacetyliertes Celluloseacetat mit einem DS von weniger als 1 erhalten. Wird zum Auswaschen ein Alkohol, vorzugsweise ein einwertiger Alkohol, verwendet, kann dieser vorteilhaft durch Destillation wiedergewonnen werden. Der nach dem Spülschritt in der Alkalicellulose noch vorhandene Rest an Alkohol reagiert nicht mit dem Acetyl ierungsm ittel .
Das im ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltene Celluloseacetat mit einem DS von weniger als 1 kann nach dem Waschen mit Wasser und dem Trocknen gelagert werden. Alternativ dazu kann man das Waschen auch mit Eisessig vornehmen. Durch das Waschen können Reste an organischem Lösungsmittel, erstem Acetylierungsmittel und insbesondere das Reaktionsprodukt, das aus der Katalysatorbase und dem ersten Acetylierungsmittel gebildet wird, beispielsweise Natriumacetat bei Einsatz von Natronlauge, entfernt werden.
Das im ersten Verfahrensschritt erhaltene Celluloseacetat weist einen Substitutionsgrad von weniger als 1 , vorzugsweise weniger als 0,6 und insbesondere von 0, 1 bis 0,5 auf. Es ist von faseriger Struktur und laut Röntgenbeugungsspektrum völlig dekristallisiert. Es zeigt eine einheitliche Reaktivität und ist somit ein geeignetes Substrat für den zweiten Verfahrensschritt, bei dem nunmehr das Celluloseacetat mit dem gewünschten DS direkt, d.h. ohne Umweg über das Triacetat, erhalten wird.
Im zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das im ersten Schritt erhaltene Celluloseacetat mit einem DS von weniger als etwa 1 unter Zugabe der entsprechenden Menge an zweitem Acetylierungsmittel unter Säurekatalyse direkt zum Celluloseacetat mit dem gewünschten Substitutionsgrad im Bereich von 1,5 bis 2,9, insbesondere 1,8 bis 2,75, besonders bevorzugt etwa 2,5, umgesetzt. Vorzugsweise werden als zweites Acetylierungsmittel Essigsäureanhydrid und als Katalysator vorzugsweise Schwefelsäure verwendet.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist zahlreiche Vorteile auf. So ist die Technologie der Mercerisierung, d.h. Behandlung von Cellulose mit Base, gut eingeführt, bewährt und kostengünstig im Betrieb. Entsprechende Anlagen werden bei der Viskose- oder Celluloseetherherstellung weltweit in großem Umfang verwendet. Überschüssige Natronlauge kann ohne größeren Aufwand zurückgewonnen werden. Die Einstellung des Polymerisationsgrades (DP) durch den Kontakt mit Natronlauge ist aus der Viskoseindustrie bekannt und bewährt.
Bei der Mercerisierung werden die unerwünschten Begleitstoffe der Cellulose aus dem Holz, wie Hemicellulosen, Lignin, Fette usw. , von der Cellulose abgetrennt, was die Verwendung wesentlich weniger veredelter Zellstoffe ermöglicht. Somit kann die Zellstoffreinigung teilweise von den Zellstoffwerken zum Weiterverarbeiter verlagert werden.
Zum Erreichen des gewünschten Substitutionsgrades im Vergleich zum Stand der Techik ist eine wesentlich geringere Menge an Acetylierungsmittel notwendig. Im ersten Schritt wird ein amorphes Celluloseacetat mit geringem DS erzeugt. Dessen weitere Umsetzung zum Celluloseacetat mit dem gewünschten DS erfolgt ohne die bei den bekannten Verfahren der heterogenen Acetylierung aufgrund des kristallinen Anteils an Cellulose auftretenden Probleme, wie inhomogene Substituentenverteilung und geringe Produktgleichmäßigkeit. Die Acetylierung verläuft bei Raumtemperatur bzw. wenig erhöhten Temperaturen. Die erfindungsgemäßen Produkte zeichnen sich durch eine weitgehend homogene Substituentenverteilung aus, die zu einer hervorragenden Löslichkeit der erfindungsgemäßen Produkte in Aceton führt. Neben 2,5- Celluloseacetaten sind daher auch erfindungsgemäß hergestellte Produkte mit höheren Polymerisationsgraden in Aceton löslich.
Die Erfindung soll nun durch die nachfolgenden Beispiele näher veranschaulicht werden: Beispiel 1
In einem 1 1-Dreihalskolben werden 100 g Cellulose mit einem DP von 750 in 500 g 22 gew.-%iger Natronlauge bei 22°C suspendiert. Nach 15 min wird die Mischung in einer Laborkammerfilterpresse bei 150 bar abgepreßt. Der Preßkuchen (250 g) wird in 750 g Methanol bei Raumtemperatur suspendiert und die Alkalicellulose abfiltriert. 150 g methanolhaltige Alkalicellulose werden anschließend in einem thermostatisierbaren Reaktionsgefäß bei 20°C in 150 g Essigsäureanhydrid gegeben und umgesetzt. Nach 10 min wird überschüssiges Anhydrid abfiltriert und das dekristallisierte Celluloseacetat mit Wasser gewaschen und getrocknet. Hierbei wurden 103 g Celluloseacetat mit einem DS von 0,25 erhalten.
In einem thermostatisierbaren Reaktionsgefäß werden zur Cellulose-2,5-acetat- Herstellung 100 g des getrockneten 0,25-CA bei 60°C in 1 ,5 1 Eisessig (99%) suspendiert. Nach 15 min werden 105 g Essigsäureanhydrid zugegeben. Es wird weitere 5 min bei 60°C gerührt. Nach Zugabe von 15 ml einer 1 gew.- % igen Schwefelsäurelösung in Eisessig wird 45 min bei 60°C gerührt, wobei sich das Reaktionsgemisch homogenisiert. Nach Ausfällen des 2,5-CA in Wasser, mehrmaligem Auswaschen des Produkts und Trocknen bei 100°C werden 150 g Cellulose-2,5-acetat erhalten.
Das Produkt ist in 1350 g Aceton vollständig löslich. Die Lösung wird filtriert und kann zu Cellulose-2,5-acetatprodukten verarbeitet werden.
Beispiele 2 bis 4
Das Cellulose-2,5-acetat wird wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß das 0,25-CA nicht mit Wasser gewaschen und getrocknet, sondern mit Essigsäureanhydrid (Beispiel 2) oder Essigsäure (Beispiel 3) gewaschen oder direkt ohne Waschen (Beispiel 4) zum 2,5-CA umgesetzt wird.
In jedem Fall waren die erhaltenen Produkte in Aceton vollständig löslich.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Celluloseacetat mit einem Substitutionsgrad (DS) zwischen 1,5 und 2,9 durch Umsetzung von Cellulose mit einem Acetylierungsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß die Cellulose in einem ersten Schritt unter Basenkatalyse mit einem ersten Acetylierungsmittel zu einem Celluloseacetat mit einem DS von weniger als 1 umgesetzt und in einem zweiten Schritt unter Säurekatalyse mit einem zweiten Acetylierungsmittel zum Celluloseacetat mit den DS von 1 ,5 bis 2,9 umgesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Schritt ein DS von 1,8 bis 2,75 eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Acetylierungsmittel Acetanhydrid ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Acetylierungsmittel Acetanhydrid ist.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Schritt zur Basenkatalyse Natronlauge verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Schritt zur Säurekatalyse Schwefelsäure verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Schritt die Cellulose mit überschüssiger Base imprägniert wird, die Base bis auf ein molares Verhältnis von Base:AHG von weniger als 2,5 wieder entfernt wird und das erhaltene Produkt mit Acetylierungsmittel zu Celluloseacetat mit einem DS von weniger als 1 umgesetzt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Base auf ein molares Verhältnis von weniger als 1 wieder entfernt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die überschüssige Base aus der imprägnierten Cellulose mechanisch abgepreßt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die überschüssige Base durch Auswaschen der imprägnierten Cellulose mit einem wassermischbaren polaren organischen Lösungsmittel entfernt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das wasser mischbare polare organische Lösungsmittel aus einwertigen, zweiwertigen oder dreiwertigen C C4-
Alkoholen und Aminen ausgewählt ist.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß der einwertige Alkohol Methanol oder Ethanol und der zweiwertige Alkohol Ethylenglycol ist.
PCT/EP1998/000607 1997-03-19 1998-02-04 Verfahren zur herstellung von celluloseacetat Ceased WO1998041543A1 (de)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CA002283980A CA2283980A1 (en) 1997-03-19 1998-02-04 Method for producing cellulose acetate
AU66202/98A AU6620298A (en) 1997-03-19 1998-02-04 Method for producing cellulose acetate
DE59801963T DE59801963D1 (de) 1997-03-19 1998-02-04 Verfahren zur herstellung von celluloseacetat
EP98908057A EP0970129B1 (de) 1997-03-19 1998-02-04 Verfahren zur herstellung von celluloseacetat
BR9808353-8A BR9808353A (pt) 1997-03-19 1998-02-04 Processo para produzir acetato de celulose
JP10540055A JP2000511588A (ja) 1997-03-19 1998-02-04 セルロースアセテートの製造方法
AT98908057T ATE207936T1 (de) 1997-03-19 1998-02-04 Verfahren zur herstellung von celluloseacetat

Applications Claiming Priority (2)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2532683A3 (de) * 2003-11-28 2013-03-20 Eastman Chemical Company Cellulose-Interpolymere und Oxidationsverfahren
WO2013055718A1 (en) * 2011-10-14 2013-04-18 Celanese Acetate Llc Methods for synthesizing acylated cellulose through instillation of an acidic catalyst
WO2013055720A1 (en) * 2011-10-14 2013-04-18 Celanese Acetate Llc Methods for synthesizing acylated cellulose through instillation of an acidic catalyst
WO2013055717A1 (en) * 2011-10-14 2013-04-18 Celanese Acetate Llc Methods for synthesizing acylated cellulose through instillation of an acidic catalyst

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5757681B2 (ja) 2009-08-12 2015-07-29 富士フイルム株式会社 セルロース誘導体、樹脂組成物、成形体及びその製造方法並びに電気電子機器用筐体
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JP6802720B2 (ja) * 2017-01-25 2020-12-16 株式会社ダイセル セルロースアセテートおよび成形体

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE562712C (de) * 1927-11-25 1932-10-28 Otto Faust Dr Verfahren zur Veredelung von Celluloserohmaterial aller Art

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A.K. KULSHRESHTHA ET AL.: "A study on the further acetylation of SPA cotton", JOURNAL OF APPLIED POLYMER SCIENCE, vol. 24, 1979, pages 1139 - 1141, XP002068565 *
CHEMICAL ABSTRACTS, vol. 89, no. 16, 16 October 1978, Columbus, Ohio, US; abstract no. 131396, "Cellulose acetate" XP002068566 *
SAGATOVA, T.A. ET AL., OTKRYTIYA, IZOBRET., PROM. OBRAZTSY, TOVARNYE ZNAKI, vol. 55, no. 23, 1978, pages 74 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2532683A3 (de) * 2003-11-28 2013-03-20 Eastman Chemical Company Cellulose-Interpolymere und Oxidationsverfahren
WO2013055718A1 (en) * 2011-10-14 2013-04-18 Celanese Acetate Llc Methods for synthesizing acylated cellulose through instillation of an acidic catalyst
WO2013055720A1 (en) * 2011-10-14 2013-04-18 Celanese Acetate Llc Methods for synthesizing acylated cellulose through instillation of an acidic catalyst
WO2013055717A1 (en) * 2011-10-14 2013-04-18 Celanese Acetate Llc Methods for synthesizing acylated cellulose through instillation of an acidic catalyst

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