【発明の詳細な説明】
セルロースの活性化方法
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活性化方法に
関する。
木材パルプを出発原料とする酢酸セルロースの製造において、木材パルプは代
表的には、コンパクトなロールに巻き取られたかまたはベールに圧縮された比較
的密度の高いシートの形態で製造業者に供給される。木材パルプは容易に崩壊し
てアセチル化され得る組成物を形成することはないので、木材パルプのシートは
、代表的には「活性化」と称される前工程において、アセチル化工程のために準
備しなければならない。
周知の方法によれば、活性化工程は、木材パルプのシートを機械的に細分し、
次いで、細分された木材パルプの単位を一定時間、酢酸物質と接触させることに
よって行うことができる。
先行技術の活性化方法は、満足裡にアセチル化し得る組成物を製造するのに有
効ではあるが、これらの方法は比較的長時間を必要とする。たとえば、先行技術
の活性化方法は代表的には数時間を必要とし、しばしば２時間より長い時間を必
要とする。資本の時間的価値のため、活性化方法を実施するのに有用な時間を減
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時間で実施できるセルロー
スの活性化方法を見出した。本発明者らは、活性化組成物を極めて高速の撹拌に
供することによって、活性化方法を非常に短時間で実施するという目的を達成し
た。
要約すると、本発明は、
（Ａ）セルロース及び水を活性化ゾーンに導入し、
（Ｂ）酢酸及び触媒を該活性化ゾーンに導入し、
（Ｃ）セルロース、水、酢酸及び触媒を10秒未満の間、第１及び第２の流れの
合計重量のポンド当たり0.04〜4.0 キロワットの範囲の撹拌に供する
ことを含んでなる方法にある。
本発明の方法において、有用な、しはしばセルロースと称する木材パルプは、
代表的に市販されている任意の木材パルプを含むことができる。適当なセルロー
スの具体例としては、南部及びカナダの硬材及び軟材が挙げられる。
セルロースシートの単位は、２インチ未満の断面直径を有するものでなければ
ならない。これは、セルロースシートを周知の方法、たとえば、ハンマーミルに
よってこの寸法の単位に機械的に細分することによって実施できる。
活性化ゾーンに導入するセルロースの量は大まかには、セルロース、水、酢酸
及び触媒の合計重量に基づき１〜60重量％、好ましくは30〜55重量％の範囲であ
る。
常法によって、たとえば、セルロース単位を細分する手段から活性化ゾーンま
で重力の影響を受けてセルロース単位を落下させることによって、セルロースを
活性化ゾーンに導入できる。好ましくは、セルロースをハンマーミル中で細分し
、細分されたセルロースを、ハンマーミルの出口から、高速撹拌を実施するのに
使用する装置の入り口まで落下させる。
活性化ゾーンに導入される水の量は大まかには、セルロース、水、酢酸及び触
媒の合計重量に基づき０〜99重量％、好ましくは２〜20重量％の範囲である。
水は常法を用いて、好ましくは、加圧下でポンプ輸送することに
よって導入する。
本発明の方法の第１工程は、活性化ゾーンにセルロース及び水の両者の第１の
流れを導入することであった。好ましい実施態様は、セルロース及び水の両者を
合わせて１つの流れとするものであるが、セルロース及び水を別個の流れとして
活性化ゾーンに導入することも十分に本発明の範囲内である。
本発明の方法の第２の工程において有用な酢酸は、酢酸セルロースの製造に代
表的に使用される型であり、公知である。好ましくは、氷酢酸を使用する。
本発明の第２の工程で有用な触媒は、メタンスルホン酸、メタンジスルホン酸
、スルホ酢酸、塩化スルフリルまたは硫酸である。好ましくは、触媒は硫酸であ
り、より好ましくは98％硫酸である。
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
って活性化ゾーンに導入する。
本発明の方法の第２の工程は、酢酸及び触媒の両者の第２の流れを活性化ゾー
ンに導入することであった。好ましい実施態様は酢酸及び触媒を合わせて１つの
流れにするものであるが、これらの材料を別個の流れとして活性化ゾーンに導入
することも完全に本発明の範囲内である。
酢酸の量は、広くは、セルロース、水、酢酸及び触媒の合計重量に基づき１〜
99重量％、好ましくは30〜50重量％の範囲内である。
触媒の量は、広くは、セルロース、水、酢酸及び触媒の合計重量に基づき 0.2
〜６重量％、好ましくは１〜３重量％の範囲内である。
本発明の方法は、回分法または連続法のいずれとしても操作できる。好ましく
は、本発明の方法は連続法として操作する。
最初にセルロース及び水の流れを活性化ゾーンに導入し、次いで、酢酸及び触
媒の流れを活性化ゾーンに導入することに関して、本発
明を説明する。好ましくは、本方法は連続的に操作し、これらの両流れは活性化
ゾーンに同時に導入する。この方法を回分式で実施する場合には、流れは任意の
順序で導入してもよいし、または同時に導入してもよい。
活性化組成物の撹拌は本発明の重要な構成である。本発明において、活性化組
成物は特定の範囲内で撹拌する。この範囲は、撹拌を機械的に実施する電気エネ
ルギーの要件によって表され、大まかには、セルロース、酢酸及び触媒の合計重
量のポンド当たり0.04〜4.0キロワット、好ましくは 0.1〜１キロワットの範囲
である。
この撹拌速度を達成するのに必要とされる機械的装置は周知であり、市販され
ている。高速の撹拌には、必ず混合の機能が付随しているので、この装置はしば
しば、「ミキサー」と称される。具体的には、装置は当業者にはしばしば、高コ
ンシステンシーミキサーと称される。好ましくは、装置はBlack Clawson, Shart
le Divisionによって販売されている48型Micar 高コンシステンシーミキサーで
ある。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。
装置が48型Micar 高コンシステンシーミキサーである好ましい実施態様におい
ては、装置のホッパーに第１の流れを導入し、高速撹拌混合バレルに第２の流れ
を導入する。
活性化組成物を高速撹拌に供する時間は、本発明の極めて重要な構成である。
活性化混合物を高速撹拌に供する時間は広くは10秒未満、好ましくは５秒未満で
ある。
ミキサーを連続的に操作し且つローター／固定子の配置を調節することによっ
て、活性化組成物を一定の時間高速撹拌に供する。
本発明の方法を「活性化方法」と記載してきた。用語「活性化方法」とは、或
る場合には、ミキサーから出る組成物が十分に活性化
されており、そのために一定時間熟成させる必要なしに、それを直ちにアセチル
化工程に導入できることを意味する。この言葉はまた、ミキサーから出る組成物
が十分には活性化されず、アセチル化工程への組成物の導入前に熟成しなければ
ならないことも意味する。追加の熟成が必要とされるか否か、あるいはどの程度
の追加の熟成が必要であるかは、当業者ならば理解できる多数の要因、たとえば
、組成物の温度、触媒の型及び触媒の量に依存して広範囲に変化する。代表的に
は、組成物は10分〜３時間、好ましくは20分〜40分の範囲の時間、熟成させる。
前に述べたように、本発明の利点は活性化工程の時間が先行技術よりも有意に
減少されていることである。従って、熟成が必要な場合でさえ、撹拌に必要な時
間と熟成に必要な時間との組み合わせは先行技術の活性化工程の時間よりも有意
に短い。
本発明の実施例を以下の例によって説明できる。
細分されたセルロース単位の出力が、Black Clawson, ShartleDivisionによっ
て販売される48型Micar 高コンシステンシーミキサーのホッパー中に落下するよ
うにハンマーミルを配置する。ミキサーの高速撹拌混合バレルの入り口は、酢酸
及び硫酸の流れを受け取るように管によって修正する。
次いで、連続活性化プロセスを実施する。この方法において、水を含む硬材セ
ルロースのロールを周囲条件においてハンマーミルに供給し、２インチ未満の横
断直径を有する単位に細分し、それが連続操作ミキサーのホッパーに落下する。
この流れの組成はセルロース 96lbs／分及び水４ lbs／分である。酢酸 84lbs／
分及び硫酸４ lbs／分を、高速撹拌混合バレルの入り口を通してミキサー中に連
続的にポンプ輸送する。撹拌速度は４つの全ての成分の合計重量のポンド当たり
1.5〜2.5 キロワットに調整する。ミキサーの物理的
配置に基づき、１〜３秒間、活性化組成物をこの速度の撹拌に供する。
ミキサーから出た組成物は、十分に活性化させるために20〜40分間、熟成され
、従来のアセチル化法に供給され、成功裡に生成物にアセチル化され、それは、
常法によって商業的に許容され得る酢酸セルロースへと、さらに処理した。Detailed Description of the Invention
Cellulose activation method
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention provides a method for activating cellulose that is subjected to high speed stirring for a short time
Related.
In the production of cellulose acetate starting from wood pulp, wood pulp has
On the table, comparisons rolled into a compact roll or compressed into a bale
Supplied to the manufacturer in the form of highly dense sheets. Wood pulp easily collapses
Since it does not form a composition that can be acetylated by
In the previous step, which is typically called "activation", the
Must be prepared.
According to known methods, the activation step mechanically subdivides a sheet of wood pulp,
Then contacting the units of comminuted wood pulp with acetic acid for a period of time.
Therefore, it can be performed.
Prior art activation methods have been successful in producing compositions that can be acetylated satisfactorily.
Although effective, these methods require a relatively long time. For example, prior art
Activation methods typically require several hours, often longer than 2 hours.
I need it. The time value of the capital reduces the useful time to implement the activation method
It is highly desirable to reduce it.
The present inventors have found that a cellulosic method that can be performed in an extremely short time as compared with the prior art method.
We have found a method of activating the cell. The inventors have found that the activating composition can be stirred at extremely high speeds.
By doing so, the purpose of performing the activation method in a very short time is achieved.
It was
In summary, the present invention is
(A) introducing cellulose and water into the activation zone,
(B) introducing acetic acid and a catalyst into the activation zone,
(C) Cellulose, water, acetic acid and catalyst in the first and second streams for less than 10 seconds.
Subject to agitation ranging from 0.04 to 4.0 kilowatts per pound of total weight
There is a method comprising that.
In the method of the present invention, useful wood pulp, often referred to as cellulose, is
It may include any wood pulp typically commercially available. Suitable cellulos
Specific examples of materials include Southern and Canadian hardwood and softwood.
Units of cellulose sheet must have a cross-sectional diameter of less than 2 inches
I won't. This applies the cellulose sheet to well-known methods such as hammer mills.
Therefore, it can be carried out by mechanically subdividing into units of this size.
The amount of cellulose introduced into the activation zone is roughly the amount of cellulose, water, acetic acid.
And in the range of 1 to 60% by weight, preferably 30 to 55% by weight, based on the total weight of the catalyst.
It
In a conventional manner, for example, from the means of subdividing the cellulose units to the activation zone.
The cellulose by dropping the cellulose units under the influence of gravity at
Can be introduced in the activation zone. Preferably, the cellulose is comminuted in a hammer mill
To carry out high-speed stirring of the finely divided cellulose from the outlet of the hammer mill.
Drop to the entrance of the device to be used.
The amount of water introduced into the activation zone is roughly: cellulose, water, acetic acid and catalyst.
It is in the range of 0 to 99% by weight, preferably 2 to 20% by weight, based on the total weight of the medium.
Water should be pumped using conventional methods, preferably under pressure.
Therefore, it will be introduced.
The first step of the method of the present invention is the first step of activating both the cellulose and water in the activation zone.
Was to introduce the flow. The preferred embodiment is to use both cellulose and water.
Combined into one stream, but with cellulose and water as separate streams
It is well within the scope of the invention to introduce it into the activation zone.
Acetic acid useful in the second step of the method of the present invention is an alternative to the production of cellulose acetate.
It is a type used table-wise and is well known. Glacial acetic acid is preferably used.
The catalyst useful in the second step of the present invention is methanesulfonic acid, methanedisulfonic acid
, Sulfoacetic acid, sulfuryl chloride or sulfuric acid. Preferably the catalyst is sulfuric acid
And more preferably 98% sulfuric acid.
Acetic acid and catalyst are pumped using conventional methods, preferably under pressure.
It is introduced into the activation zone.
The second step of the method of the present invention involves the activation of a second stream of both acetic acid and catalyst.
Was to introduce the A preferred embodiment combines acetic acid and catalyst into one
Introduce these materials into the activation zone as separate streams
It is also entirely within the scope of the invention.
The amount of acetic acid is generally from 1 to based on the total weight of cellulose, water, acetic acid and catalyst.
It is in the range of 99% by weight, preferably 30 to 50% by weight.
The amount of catalyst is generally 0.2 based on the total weight of cellulose, water, acetic acid and catalyst.
It is within the range of ˜6 wt%, preferably 1-3 wt%.
The process of the present invention can be operated as either a batch process or a continuous process. Preferably
The method of the present invention operates as a continuous process.
First a stream of cellulose and water is introduced into the activation zone, then acetic acid and a catalyst.
Introducing a medium stream into the activation zone
Explain the Ming. Preferably, the method operates continuously, with both of these streams being activated.
Install at the same time in the zone. If the method is carried out batchwise, the flow is arbitrary.
They may be introduced in order or they may be introduced simultaneously.
Agitation of the activating composition is an important aspect of this invention. In the present invention, the activation group
The product is stirred within the specified range. This range is for electrical energy that mechanically performs stirring.
It is represented by the requirements of Ruggie, and is roughly the total weight of cellulose, acetic acid and catalyst.
0.04 to 4.0 kW per pound of quantity, preferably 0.1 to 1 kW
Is.
The mechanical equipment required to achieve this agitation speed is well known and commercially available.
ing. Since high speed stirring always comes with a mixing function, this device is often used.
It is often called a "mixer". In particular, the device is often expensive to those skilled in the art.
Called a consistency mixer. Preferably, the device is Black Clawson, Shart
On the 48-inch Micar high consistency mixer sold by le Division
is there. Other devices suitable for use in the present invention are disclosed in U.S. Patent No. 4,016,353.
Have been.
In a preferred embodiment, the apparatus is a Type 48 Micar high consistency mixer.
Introduce a first stream into the hopper of the device and a second stream into the high speed agitation mixing barrel.
To introduce.
The time that the activating composition is subjected to high speed agitation is a very important feature of the present invention.
The time for subjecting the activation mixture to high speed stirring is generally less than 10 seconds, preferably less than 5 seconds.
is there.
By continuously operating the mixer and adjusting the rotor / stator arrangement
The activated composition is then subjected to high speed stirring for a certain period of time.
The method of the present invention has been described as "activation method". The term "activation method" means
If the composition from the mixer is fully activated,
And it is immediately acetylated without the need for aging for a certain period of time.
It means that it can be introduced into the chemical conversion process. This word also refers to a composition that comes out of a mixer
Is not fully activated and must be aged before the composition is introduced into the acetylation process.
It also means not becoming. Whether or not additional aging is required
Whether additional maturation of
, The temperature of the composition, the type of catalyst and the amount of catalyst vary widely. Typically
The composition is aged for 10 minutes to 3 hours, preferably 20 minutes to 40 minutes.
As previously mentioned, the advantage of the present invention is that the activation process time is significantly longer than the prior art.
It has been reduced. Therefore, even when aging is needed, when it is needed for stirring
The combination of time and time required for aging is more significant than that of prior art activation steps.
To be short.
The examples of the present invention can be illustrated by the following examples.
The output of the subdivided cellulose units was calculated by Black Clawson, Shartle Division.
Will fall into the hopper of a 48-inch Micar high consistency mixer sold by
Arrange a hammer mill. The inlet of the high speed stirring mixing barrel of the mixer is acetic acid.
And with a tube to receive the flow of sulfuric acid.
Then a continuous activation process is carried out. In this method, a hardwood cell containing water is used.
The roll of lulose is fed into the hammer mill at ambient conditions and the lateral width of less than 2 inches
It is subdivided into units with a breaking diameter, which fall into the hopper of a continuously operated mixer.
The composition of this stream is 96 lbs / min cellulose and 4 lbs / min water. Acetic acid 84lbs /
Min and 4 lbs / min sulfuric acid into the mixer through the inlet of the high speed agitating mixing barrel.
Pump continuously. Agitation speed is per pound of total weight of all four ingredients
Adjust to 1.5 to 2.5 kW. Physical of mixer
Depending on the configuration, the activating composition is subjected to this speed of agitation for 1-3 seconds.
The composition coming out of the mixer is aged for 20-40 minutes to be fully activated.
, Fed to conventional acetylation method and successfully acetylated to the product, which
It was further processed by conventional methods into a commercially acceptable cellulose acetate.