Усовершенствованная композиция небеленого хлопкового линта, способ ее приготовления и применение

Усовершенствованная композиция небеленого хлопкового линта, способ ее приготовления и применение

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к новой композиции небеленого хлопкового линта, способам ее приготовления и к ее применению. Более конкретно объектом настоящего изобретения является небеленый хлопковый линт с высоким объемным весом и способ приготовления такого небеленого хлопкового линта, а также возможность его использования при получении водорастворимых и набухающих в воде эфирных производных целлюлозы промышленного применения.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Простые эфиры целлюлозы составляют имеющий важное значение класс технически значимых водорастворимых полимеров (ВРП). Примеры таких ВРП включают карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ), гидроксиэтилцеллюлозу (ГЭЦ), метилцеллюлозу (МЦ) и гидроксипропилцеллюлозу (ГПЦ). Введением дополнительных функциональных групп в такие простые эфиры целлюлозы может быть получено широкое разнообразие смешанных эфирных производных целлюлозы. В настоящее время простые эфиры целлюлозы получают реакцией целлюлозы с соответствующими этерифицирующими реагентами. Целлюлозный материал, используемый для получения простых эфиров целлюлозы, называют "композицией". В настоящее время для получения простых эфиров целлюлозы используют как очищенный хлопковый линт, так и очищенную древесную целлюлозу.

Способность водорастворимого простого эфира целлюлозы повышать вязкость воды регулируют главным образом его молекулярной массой, химической дериватизацией и однородностью замещения полимерной цепи. Для многих промышленных целей применения необходимо уменьшить используемое в конкретном случае количество высокомолекулярных простых эфиров целлюлозы, обуславливающие высокую вязкость раствора. Следовательно, существует потребность в альтернативных технических приемах для повышения вязкости растворов простых эфиров целлюлозы. Технические приемы для повышения вязкости растворов простых эфиров целлюлозы включают нековалентное сшивание между цепями прививкой гидрофобных групп на главную цепь простого эфира целлюлозы, а также ионное сшивание соответствующих цепей простых эфиров целлюлозы различными приемлемыми ионогенными агентами. Однако простые эфиры целлюлозы, содержащие привитые гидрофобы, являются более дорогими и могут не обеспечить высокую вязкость раствора в присутствии различных поверхностно-активных веществ, как правило, находящихся во многих водных композициях. Тем не менее сшиванию простых эфиров целлюлозы сшивающим агентом свойственны недостатки, поскольку с целью предотвратить образование чрезмерно сшитых водонерастворимых материалов необходимо тщательно регулировать концентрацию сшивающего агента и условия сшивания. Кроме того, многие сшивающие агенты являются высоко реакционноспособными и токсичными. Поскольку как постоянное (т.е. ковалентное), так и временное (например, гидрофобное или ионное) сшивание в конечном счете приводит к образованию нелинейных полимеров, их реологические характеристики отличаются от характеристик их линейных аналогов. Таким образом, для многих промышленных целей применения, включающих использование простых эфиров целлюлозы в водных средах, важное значение имеет получение высокомолекулярных простых эфиров целлюлозы. В принципе это может быть достигнуто сохранением молекулярной массы целлюлозы во время получения простых эфиров целлюлозы при условии, что исходная целлюлоза обладает очень высокой молекулярной массой. К сожалению, композиции технически доступной целлюлозы, которые в настоящее время используют для получения простых эфиров целлюлозы, обладают более низкими молекулярными массами, чем у встречающейся в природе целлюлозы. Следовательно, для получения высокомолекулярных простых эфиров целлюлозы они неприемлемы.

Целлюлоза является встречающимся в природе полимером и существует в растениях в волокнистой форме. С химической точки зрения она представляет собой гомополимер ангидроглюкозных звеньев, связанных посредством 1,4-бета-глюкозидных связей. Каждое ангидроглюкозное звено обладает тремя гидроксильными группами, которые реакционноспособны в отношении этерифицирующих агентов. В природной форме она обладает наивысшей молекулярной массой.

Самая чистая природная целлюлоза представляет собой хлопок-волокно после очистки на волокноотделителе или штапельное волокно, которое в пересчете на сухое вещество состоит из примерно 95 мас.% целлюлозы. Однако из-за его высокой цены для получения производных целлюлозы хлопковое штапельное волокно не используют. В настоящее время целлюлозные материалы, используемые для получения производных целлюлозы, выделяют из деревьев или небеленого хлопкового линта. Целлюлозные волокна, получаемые очисткой древесины, называют древесными целлюлозами. Благодаря их низкой цене эти композиции являются наиболее часто применяемыми источниками целлюлозы для получения производных целлюлозы.

Небеленый хлопковый линт считают превосходным источником высокомолекулярной целлюлозы в течение вот уже больше 80 лет. Небеленый хлопковый линт, обычно называемый "хлопковым линтом", представляет собой коротковолоконный остаток, находящийся на семени хлопчатника после удаления более длинных штапельных ("хлопковолоконных") волокон очисткой хлопка-сырца от семян. Хлопковым линтом являются более короткие, более толстые и более окрашенные волокна, чем штапельные волокна. Они, кроме того, более прочно удерживаются на семени в сравнении со штапельными волокнами. Хлопковый линт удаляют с семян хлопчатника с использованием ряда технологий, включающих применение пил волокноотделителя и методы абразивного измельчения, обе из которых позволяют получать приемлемые материалы. В зависимости от числа проходов, используемых для удаления хлопкового линта с семени хлопчатника, их называют небеленым хлопковым линтом "первой срезки", "второй срезки" и "третьей срезки". Если хлопковый линт удаляют в один проход или хлопковый линт первой и второй срезок смешивают вручную в массовом соотношении приблизительно 1:4, то полученный материал называют "товарными продуктами". Товарные продукты и небеленый хлопковый линт первой срезки используют для медицинских и косметических целей, а также для изготовления обивочного материала, тюфяков и т.д., тогда как хлопковый линт второй срезки, как правило, используют для получения очищенного хлопкового линта или очищенного и отбеленного хлопкового пуха для производства искусственного волокна и пластмасс. Обычно хлопковый линт первой срезки содержит меньше нецеллюлозных примесей, чем хлопковый линт второй срезки. Количество гемицеллюлозы, лигнина или окрашенных примесей и инородного материала в небеленом хлопковом линте различных типов увеличивается в такой последовательности: первая срезка<вторая срезка<третья срезка. Содержание целлюлозы в небеленом хлопковом линте, как правило, составляет примерно от 69 до 78 мас.%, как это определяют по методу American Oil Chemists'Society (AOCS) "bB 3-47: Cellulose Yield Pressure-Cook Method".

Небеленый хлопковый линт с короткими волокнами другого класса, собранный с семян хлопчатника отколоткой содержащей волокна кожицы семени хлопчатника в дефибраторе, называют "подпушком". Для удаления хлопкового линта иногда в меньшей степени используют кислоту. Хлопковый линт, получаемый в таком процессе, обычно менее желателен, если только не существует потребность в получении низкомолекулярного производного целлюлозы, поскольку кислотная обработка может привести к деградации молекулярной массы.

В прошлом хлопковый линт применяли в химических процессах только после существенной механической и химической очистки с получением высокочистой композиции. Очищенную целлюлозу, полученную из небеленого хлопкового линта, называют очищенным и отбеленным хлопковым пухом для производства искусственного волокна и пластмасс или очищенным хлопковым линтом. Принимая во внимание техническую значимость хлопка, неудивительно, что для отделения хлопка-волокна и хлопкового линта от других загрязняющих примесей в прошедшее столетие было разработано множество способов механического разделения.

К сожалению, во время выделения из небеленого хлопкового линта или древесной щепы и очистки целлюлозы происходит в зависимости от технологических условий, создаваемых для выделения целлюлозы, значительная потеря молекулярной массы целлюлозы. В древесине вследствие высокой концентрации других компонентов потеря молекулярной массы во время очистки оказывается особенно существенной. Кроме того, вследствие окисления, вызванного процессом отбеливания во время очистки, на главной цепи целлюлозы образуются нежелательные функциональные группы, такие как карбоксильные и карбонильные группы, и меняется полидисперсность целлюлозных цепей. Другой недостаток очистки небеленого хлопкового линта для получения очищенного и отбеленного хлопкового линта для производства искусственного волокна и пластмасс или превращения древесной щепы в древесную целлюлозу состоит в том, что изменяются кристалличность и морфология "исходных" целлюлозных волокон, ведущие к изменениям химической реакционной способности содержащихся в целлюлозе гидроксильных групп. Такое изменение микроструктуры целлюлозы могло бы привести к изменениям ее реакционной способности или доступности для модифицирующего агента и/или образованию модифицированных производных, обладающих другими строениями и другим поведением при применении для конечной цели. Легко заметить, что обработка, связанная с такой очисткой, значительно увеличивает стоимость очищенной целлюлозы. Следовательно, с экономической точки зрения привлекательной альтернативой является получение простых эфиров целлюлозы из небеленого хлопкового линта.

Для получения высококачественных простых эфиров целлюлозы решающим фактором является регулирование физических свойств композиции целлюлозы, таких как содержание примесей, площадь поверхности (длина волокна) и кристалличность. Поскольку целлюлоза представляет собой полукристаллический материал, одной из ключевых проблем при получении простых эфиров целлюлозы является получение целлюлозных гидроксильных групп, в одинаковой степени доступных для реакции с дериватизирующим агентом. Со времени первоначальной работы Мерсера (Mercer) по обработке целлюлозы каустической содой в течение прошедших 150 лет было разработано множество методов придания целлюлозе морфологии, более доступной для реагентов. Эти технические приемы подразделяются на три основные категории: деструкционные обработки, механические обработки и обработки набуханием. В современных промышленных процессах доступности гидроксильных групп и реакционной способности добиваются активированием целлюлозы щелочным реагентом, чаще всего гидроксидом натрия.

Деструкционные обработки, такие как воздействие на целлюлозу смесью щелочи и кислорода и механическим средством, обычно нежелательны, поскольку они приводят к потере имеющих решающее значение для многих целей применения свойств (например, вязкости). В большинстве промышленных процессов в попытке повысить доступность всех целлюлозных гидроксилов, содержащихся в ангидроглюкозных звеньях, применяют как механические, так и обработки набуханием.

Хотя синтезы простых эфиров целлюлозы на основе растворителей, в которых целлюлозу полностью растворяют в нереакционноспособном растворителе, из литературы известны хорошо, такие технические приемы в промышленности не практикуют из-за затрат и экологических проблем и проблем извлечения, связанных с растворителями. Проведение промышленных процессов дериватизации целлюлозы сопряжено с созданием путем применения нереакционноспособных органических разбавителей и/или реакторов с высоким содержанием твердых частиц гетерогенных реакционных условий.

В суспензионном процессе целлюлозные волокна суспендируют в нереакционноспособном органическом растворителе или смеси органических растворителей, активируют основным раствором и этерифицируют с использованием соответствующего реагента. Концентрацию суспензии определяют как массовую долю целлюлозы во всей реакционной смеси. Существующие промышленные суспензионные процессы получения простых эфиров целлюлозы, как правило, проводят при концентрациях суспензии целлюлозы примерно от 4 до 9 мас.% с использованием резаных очищенных целлюлозных волокон. "Ворсистая" морфология волокон, часто присутствующая в очищенных целлюлозных композициях, в сочетании с их низким объемным весом препятствует совершению с ними манипуляций и равномерной дериватизации при концентрациях суспензии свыше 9 мас.%.

Выбор и действенность концентрации суспензий диктуются следующим:

а) длина волокон целлюлозы,

б) объемный вес целлюлозы и

в) пригодность целлюлозной суспензии к механическому перемешиванию для достижения примерно равномерного распределения реагентов и эффективного теплопереноса.

Водорастворимость и эксплуатационные характеристики данного простого эфира целлюлозы диктуются характеристиками суспензии, используемой для его получения. Обычно получение высококачественных простых эфиров целлюлозы при повышенных концентрациях суспензии сопряжено с затруднениями технологического порядка вследствие неравномерной модификации целлюлозной матрицы. Для достижения хороших перемешиваемости, теплопереноса и качества продуктов (без нерастворимых веществ), обладающих водорастворимостью при минимальной степени этерификации, как это определяют по степени замещения, при получении простых эфиров целлюлозы некоторых типов суспензионные процессы обычно предпочтительнее процессов с высоким содержанием твердых частиц.

В суспензионных процессах концентрация суспензий целлюлозы определяет производительность по получаемым производным целлюлозы. Чем выше концентрация суспензии, тем выше производительность и, следовательно, ниже технологические (производственные) затраты. Таким образом, с экономической точки зрения требуется возможность получения высокомолекулярных простых эфиров целлюлозы при более высоких концентрациях суспензии, чем существующие в настоящее время на практике.

В процессе с высоким содержанием твердых частиц целлюлозу активируют основным раствором с небольшим количеством или без органического растворителя с получением пасты с последующей этерификацией. Обычно равномерной реакции этерифицирующего агента в процессах с высоким содержанием твердых частиц добиться труднее вследствие затруднений технологического порядка в достижении равномерного смешения/распределения реагентов. В суспензионных процессах свободный нереакционноспособный жидкий разбавитель обеспечивает создание среды низкой вязкости для содействия смешению реагентов. В обоих процессах уменьшение длины волокон улучшает перемешивание реагентов.

Один из недостатков суспензионного процесса получения простых эфиров целлюлозы экономичным путем заключается в невозможности получения простых эфиров целлюлозы при концентрации суспензии выше 9 мас.%. В принципе существенное уменьшение длины волокон целлюлозы резкой дает возможность получения простых эфиров целлюлозы при концентрации суспензии выше 9 мас.%. Однако экстенсивная резка целлюлозы, необходимая для уменьшения длины волокон, дорогостояща и приводит к потере молекулярной массы целлюлозы. Для многих целей применения потеря молекулярной массы, происходящая во время резки целлюлозы, нежелательна, так как это требует более значительного количества простого эфира целлюлозы, используемого для достижения некоторых эксплуатационных свойств. Другим учитываемым фактором для промышленных процессов является загрузка реактора: для максимальной производительности при данной загрузке реактора необходимо получить как можно больше продукта. Одно из средств, направляемых на разрешение этих проблем, включает резку целлюлозных волокон для повышения объемного веса. Осуществление этого технического приема создает возможность для увеличенной загрузки реактора, а также улучшения смешения внутри реактора.

Для повышения объемного веса целлюлозных волокон уменьшением длины волокон предложено множество технических решений. Одно техническое решение для увеличения объемного веса целлюлозных волокон включает резку или дефибрирование. В US №5976320 описан способ приготовления бумажной массы суспендированием в воде волокнистого материала, такого как хлопковое волокно, и направлением в рафинер, такой как коническая мельница и дисковый рафинер, в котором волокнистый материал разбивают и, следовательно, укорачивают и фибрируют. Далее укороченный волокнистый материал отбеливают и перерабатывают в гомогенную бумажную массу.

Другое техническое решение для повышения объемного веса целлюлозы и повышения реологии растворов простых эфиров целлюлозы, приготовленных из целлюлозной волокнистой массы, изложено в заявке на патент US №2002/0103368 А1. Изобретение охватывает способ приготовления целлюлозного очеса, включающий следующие стадии: (а) приготовление мерсеризованной и выделенной целлюлозной волокнистой массы и (б) обработка мерсеризованной волокнистой массы с получением целлюлозного очеса. Целлюлозный очес, полученный по этому способу, обладает, как было установлено, более высоким объемным весом, чем целлюлозный очес, полученный из аналогичного немерсеризованного очеса. Вязкость раствора карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ), полученной из мерсеризованной и выделенной целлюлозной волокнистой массы, значительно выше вязкости раствора, приготовленного из немерсеризованной целлюлозной волокнистой массы.

В US №2663907 описан способ, в котором целлюлозу охрупчивают при повышенной температуре и превращают в порошок высокой плотности ее пропусканием между двумя вращающимися валиками под высоким давлением. К сожалению, следствием осуществления этого конкретного способа является деструкция целлюлозных цепей, результатом чего является композиция низкомолекулярной целлюлозы, неприемлемая в качестве исходного материала для получения многих производных целлюлозы.

С целью уменьшить размер частиц целлюлозы и простых эфиров целлюлозы применяют вихревые мельницы, хотя в случае хлопкового линта степень полимеризации, отмеченная в примере, уменьшалась на 26 мас.%. Однако осуществление этого технического решения вызывает значительную потерю молекулярной массы целлюлозы, когда измельчают хлопковый линт.

В качестве части способа изготовления тонкой бумаги Paterson-Brown и др. в US №6174412 В1 описывают способ приготовления хлопковой волокнистой массы на основе хлопкового пуха, в котором хлопковый линт первоначально механически очищают, варят с каустической содой, отбеливают и размалывают в механизме ударного действия типа массового ролла в течение периода нескольких часов до тех пор, пока средняя длина волокон не оказывается в пределах от 0,3 до 3,0 мм.

Тонко измельченные или резаные целлюлозы уже используют как в периодических, так и непрерывных процессах получения активированной целлюлозы, которую в дальнейшем вводят в реакцию с соответствующими реагентами с получением множества производных целлюлозы.

Уже описаны метилцеллюлоза и ее смешанные простые гидроксиэтил- или гидроксипропиловые эфиры, полученные из небеленого хлопкового линта. В заявке на патент DE №4034709 А1 описано получение высокомолекулярной метилцеллюлозы, этилцеллюлозы и гидроксиалкилалкилцеллюлозы из небеленого хлопкового линта. В US 5028342 описано применение смеси от 20 до 80 мас.% карбоксиметилцеллюлозы и от 80 до 20 мас.% по меньшей мере одной поликарбоновой кислоты, выбранной из гомополимера акриловой кислоты, гомополимера метакриловой кислоты и/или сополимера акриловой кислоты и метакриловой кислоты, и/или их солей в буровых растворах. Было отмечено, что проведением суспензионного процесса из небеленого хлопкового линта и/или древесной целлюлозы получали низковязкую, сырую (технического сорта) карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ) (со СЗ примерно от 0,9 до 1,3). Однако подробности получения КМЦ и концентрация суспензии, создаваемая для получения КМЦ, указаны не были.

Хотя в некоторых из вышеприведенных публикаций описано получение простых эфиров целлюлозы различных типов из небеленого хлопкового линта, ни в одной из них не описано получение простых эфиров целлюлозы из небеленого хлопкового линта с высоким объемным весом. Такие материалы обеспечивают получение уникальной композиции, которая особенно хорошо подходит для промышленного получения производных целлюлозы первосортного качества при значительно уменьшенных затратах проведением как суспензионных, так и процессов с высоким содержанием твердых частиц, поскольку они позволяют в большей степени использовать заводское оборудование без дополнительного капиталовложения.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Объектом настоящего изобретения является композиция, включающая массу волокон неочищенного небеленого хлопкового линта, которая

а) обладает объемным весом по меньшей мере 8 г/100 мл, причем

б) по меньшей мере 50 мас.% волокон в массе обладают средней длиной, при которой они проходят через стандартное сито США грохота калибра №10 (2-миллиметровое отверстие).

Объектом настоящего изобретения является, кроме того, способ приготовления массы неочищенного небеленого хлопкового линта, упомянутого выше, включающий

а) приготовление рыхлой массы первой срезки, второй срезки, третьей срезки и/или товарной продукции неочищенного, природного, небеленого хлопкового линта или их смесей, содержащей по меньшей мере 60% целлюлозы, как это определяют по официальному методу AOCS Bb 3-47, и

б) дефибрирование рыхлой массы до длины, при которой по меньшей мере 50 мас.% волокон проходят через стандартное сито США калибра №10.

Настоящее изобретение также охватывает способ получения эфирного производного целлюлозы с использованием в качестве исходного материала вышеупомянутой резаной рыхлой массы неочищенного, природного, небеленого хлопкового линта. Эфирные производные целлюлозы, которые могут быть получены с использованием резаной массы неочищенного, природного, небеленого хлопкового линта, включают, хотя ими их список не ограничен, карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ), гидрофобно модифицированную карбоксиметилцеллюлозу (ГМКМЦ), метилцеллюлозу (МЦ), этилцеллюлозу (ЭЦ), гидроксиэтилцеллюлозу (ГЭЦ), метилгидроксипропилцеллюлозу (МГПЦ), метилгидроксиэтилцеллюлозу (МГЭЦ), метилэтилгидроксиэтилцеллюлозу (МЭГЭЦ), гидроксипропилцеллюлозу (ГПЦ), этилгидроксиэтилцеллюлозу (ЭГЭЦ), гидрофобно модифицированную гидроксиэтилцеллюлозу (ГМГЭЦ), карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлозу (КМГЭЦ), гидрофобно модифицированную этилгидроксиэтилцеллюлозу (ГМЭГЭЦ) и гидрофобно модифицированную гидроксипропилцеллюлозу (ГМГПЦ).

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Было установлено, что по настоящему изобретению предлагается ряд усовершенствований в сравнении с существующими техническими решениями для получения высококачественных производных целлюлозы, приемлемых для широкого ряда конечных целей. Так, в частности, выполнение настоящего изобретения позволяет устранить дорогостоящую очистку небеленого хлопкового линта и, таким образом, создает для производителей простых эфиров целлюлозы средство значительного уменьшения технологических затрат. Дополнительная неожиданная выгода от выполнения настоящего изобретения заключается в том, что это дает возможность создать уникальную композицию, включающую высокомолекулярные целлюлозные материалы, приемлемые в качестве исходного материала для получения производных целлюлозы. Эти материалы с малой длиной волокон обладают неожиданно высоким объемным весом, который позволяет получать простые эфиры целлюлозы с повышенной производительностью технологической установки, ведущей благодаря этому к дополнительному уменьшению производственных затрат.

Для уменьшения производственных затрат производители производных целлюлозы постоянно добиваются следующего:

(1) более низкая стоимость сырья без ущерба для эксплуатационных свойств продукции,

(2) увеличение производственной мощности без дополнительных капитальных вложений и

(3) уменьшение расходов за счет снижения потребления энергии.

Выполнение настоящего изобретения позволяет добиться всех этих целей при получении простых эфиров целлюлозы экономичным путем благодаря применению резаного небеленого хлопкового линта, обладающего уникальным составом. Применение небеленого хлопкового линта дает значительные экономические выгоды, если сравнивать либо с очищенным хлопковым линтом, либо с древесной целлюлозой, и обеспечивает первосортную молекулярную массу целлюлозы, поскольку она не подвергается химической обработке, которая, как правило, приводит к деградации молекулярной массы полимера. В дополнение к этим достоинствам было установлено, что если небеленый хлопковый линт разрезают на волокна меньшей длины, то образуются целлюлозные композиции с относительно высоким объемным весом. Установка этого факта имеет существенное значение, поскольку объемный вес, как давно известно, коррелируется с перемешиваемостью суспензии. Без хорошей перемешиваемости невозможно гомогенно подмешивать в целлюлозу дериватизирующие реагенты, что в конечном счете приводит к образованию негомогенных (неоднородных) продуктов, не обладающих необходимыми для применения свойствами. Было установлено, что резаный небеленый хлопковый линт обладал необычно высоким объемным весом, если сравнивать с объемным весом резаного очищенного и отбеленного хлопкового линта для производства искусственного волокна и пластмасс или древесной целлюлозы.

Благодаря улучшенному объемному весу резаный небеленый хлопковый линт может быть подвергнут манипуляциям и этерифицирован в суспензионном процессе при значительно более высокой концентрации целлюлозы (>9 мас.%), ведущей к повышенной производительности. Вязкость водного раствора конечных простых эфиров целлюлозы, полученных из небеленого хлопкового линта, была существенно более высокой, чем вязкость аналогичных материалов, полученных из технически доступного очищенного и отбеленного хлопкового линта для производства искусственного волокна и пластмасс с самой высокой молекулярной массой.

Было установлено также, что для достижения аналогичного распределения частиц по размерам при резке небеленого хлопкового линта требуется меньше энергии, чем в случае очищенных целлюлоз. Другим аспектом изобретения является то, что для перемешивания суспензии резаного небеленого хлопкового линта в смеси органического разбавителя и основания при данной скорости перемешивания требуется меньше энергии, чем в случае суспензии сопоставимой дефибрированной очищенной целлюлозы. Гомогенное смешение суспензии целлюлозных волокон в смеси основания и нереакционноспособного органического разбавителя для набухания или активирования целлюлозы является важной стадией способа при получении простых эфиров целлюлозы в суспензионном процессе. Активированная целлюлоза образуется, когда целлюлозу смешивают с основанием, водой и необязательно нереакционноспособным органическим разбавителем (разбавителями).

Более конкретно было установлено, что энергия, необходимая для гомогенного перемешивания суспензии дефибрированного небеленого хлопкового линта в смеси основания и органического разбавителя, на 5% меньше, предпочтительно на 10% меньше, а более предпочтительно на 15% меньше энергии, необходимой для перемешивания аналогичной суспензии дефибрированной очищенной целлюлозы, обладающей таким же распределением частиц по размерам, как и у дефибрированного небеленого хлопкового линта. Эти установленные факты проиллюстрированы в разделе примеров.

Существуют несколько практических преимуществ настоящего изобретения: резка небеленого хлопкового линта до волокон такой же длины, как у тех, которые, как правило, используют для композиций либо очищенного хлопкового линта, либо древесной целлюлозы, позволяет, по-видимому, производителям увеличивать размер партии с использованием аналогичного реактора, повышая тем самым производственную мощность установки с помощью существующего оборудования. Экономические выгоды могли бы быть достигнуты на основе более низкой стоимости самого небеленого хлопкового линта, а также вследствие уменьшенных технологических затрат, обусловленных более значительными загрузками реакторов. По другому варианту небеленый хлопковый линт может быть разрезан на волокна большей длины, чем используют в настоящее время в случае композиций очищенного хлопкового линта или древесной целлюлозы при аналогичной используемой загрузке реактора. Поскольку резка связана с расходом энергии и может привести к деградации молекулярной массы целлюлозы, в этом случае могут быть получены как экономия затрат на энергию, так и усовершенствованные материалы. Производные целлюлозы, полученные из этих материалов, могут быть использованы во множестве конечных целей. В случае соответствующей отрасли промышленности существует возможность добиться преимуществ увеличенной производственной мощности, связанной с неочищенным хлопковым линтом, и удовлетворительного соблюдения технических требований благодаря осуществлению соответствующих стадий очистки после дериватизации целлюлозы.

При резке небеленого хлопкового линта получают, как было установлено, композицию целлюлозного материала, удовлетворительную для получения производных целлюлозы первосортного качества, приемлемых для многих целей применения. С целью еще большего адаптирования свойств производных для потребностей конкретного применения может быть осуществлена необязательная дополнительная обработка. Если сравнивать с очищенными композициями, то, когда обработку осуществляют в эквивалентных условиях, в результате резки небеленого хлопкового линта получают материалы со значительно более высокими объемными весами. Это свойство обуславливает возможность повышенной загрузки реактора, в результате чего без дополнительных капитальных вложений достигают более высокой производственной мощности. По другому варианту для получения материалов эквивалентного объемного веса с более высокой производительностью резака и меньшей деградацией молекулярной массы резку можно осуществлять в других условиях.

В соответствии с настоящим изобретением целлюлоза, содержащаяся в волокнах нерезаного небеленого хлопкового линта, должна обладать нижним пределом характеристической вязкости (ХВ) 15 дл/г, предпочтительно 20 дл/г и верхним пределом 40 дл/г. После дефибрирования нерезаного небеленого хлопкового линта в соответствии с настоящим изобретением молекулярная масса волокон, как это определяют по ХВ в рыхлой резаной массе, обычно не должна уменьшаться больше чем на 20%, предпочтительно 10%, если сравнивать с недефибрированным небеленым хлопковым линтом. В соответствии с настоящим изобретением волокна в резаной массе хлопкового линта обладают содержанием целлюлозы по меньшей мере 60 мас.%, предпочтительно 70 мас.%, а более предпочтительно 75 мас.%. Верхний предел содержания целлюлозы в волокнах в резаной массе небеленого хлопкового линта составляет 95 мас.%, предпочтительно 90 мас.%.

Для получения простых эфиров целлюлозы по настоящему изобретению может быть также использован небеленый хлопковый линт, включая композиции, образующиеся при механической очистке небеленого хлопкового линта, которые по существу свободны от нецеллюлозного, инородного материала, такого как полевые загрязнения, остатки массы, кожицы семени и т.д. Методы механической очистки небеленого хлопкового линта, включающие те, к которым относятся размол, просеивание и методы разделения воздушной сепарацией, специалистам в данной области техники известны хорошо. С использованием сочетания методов механического размола и методов разделения воздушной сепарацией волокна отделяют от остатков массы, пользуясь преимуществами разницы плотностей у волокон и остатков массы. Для получения простых эфиров целлюлозы может быть также использована смесь механически очищенного небеленого хлопкового линта и небеленого хлопкового линта "как такового". Кроме того, для получения простых эфиров целлюлозы можно использовать смесь механически очищенного небеленого хлопкового линта или небеленого хлопкового линта "как такового" и очищенной целлюлозы.

В промышленном производстве хлопкового линта получают продукты, прессованные в тюки, образуемые киповальными прессами при высоком сжатии. Хотя эти тюки после прессования обладают объемными весами от 40 до 50 г/100 мл, их волокна не являются легкосыпучими материалами, которые могут быть легко диспергированы в нереакционноспособных разбавительных растворителях. Принимая во внимание цели настоящего изобретения, по меньшей мере 95 мас.% резаных волокон небеленого хлопкового линта должны проходить через стандартное сито США калибра №10, предпочтительно калибра №18, более предпочтительно калибра №60. Для удовлетворения этому требованию и получения легкосыпучего материала высокой плотности необходимо еще больше уменьшить длину волокон.

Для дефибрирования или резки небеленого хлопкового линта до длин волокон в целевых интервалах можно использовать самое разнообразное резательное оборудование, включая, хотя ими их список не ограничен, роторные режущие диски, молотковые мельницы, шаровые мельницы, вихревые мельницы и/или вибромельницы. В предпочтительном варианте работа резака по существу не вызывает теплообразования, а с целью предотвратить окислительную деструкцию резку можно проводить в инертной атмосфере. Предпочтительное средство включает применение режущего гранулятора Netzsch Condux^® CS. Такая резка обычно приводит к повышению объемного веса материала в сравнении с тем, который свойственен прежнему, непрессованному образцу. Для тех целей применения, которые крайне чувствительны к молекулярной массе, можно использовать криогенное измельчение, с тем чтобы как снижать температуру, так и поддерживать в резательной камере инертную атмосферу.

В соответствии с настоящим изобретением объемный вес небеленого резаного хлопкового линта должен характеризоваться нижним пределом по меньшей мере 8 г/100 мл, предпочтительно 12 г/100 мл, а более предпочтительно 20 г/100 мл. Верхний предел должен быть равным примерно 75 г/100 мл, предпочтительно 60 г/100 мл, а более предпочтительно 50 г/100 мл. Рыхлая масса резаного небеленого хлопкового линта может быть либо сухой, либо мокрой. Понятие "сухой" в настоящем описании относится к рыхлой массе волокон, которая содержит не больше 10 мас.% влаги. Другими словами, эти волокна на ощупь обычно ощущаются как сухие. Понятие "мокрый" в настоящем описании относится к рыхлой массе волокон, которая содержит больше 10 мас.% влаги. Эти волокна должны ощущаться мокрыми, а в некоторых случаях они обладают заметным содержанием воды.

В соответствии с настоящим изобретением по меньшей мере 50%, предпочтительно 75%, а более предпочтительно 95% волокон в рыхлой массе резаного небеленого хлопкового линта проходят через стандартное сито США калибра №10 (2-миллиметровое отверстие), предпочтительно калибра №18 (1-миллиметровое отверстие), более предпочтительно калибра №35 (0,5-миллиметровое отверстие), тем не менее более предпочтительно калибра №60 (0,25-миллиметровое отверстие).

В соответствии с настоящим изобретением способ приготовления массы резаных волокон неочищенного небеленого хлопкового линта включает следующие стадии:

а) приготовление массы неочищенного, природного, небеленого хлопкового линта первой, второй, третьей срезок волокон или товарной продукции, а также их смесей и

б) резка до длины, при которой по меньшей мере 50 мас.% волокон проходят через сито США калибра №10 в резаке, в котором по существу отсутствует теплообразование.

Было установлено, что высокомолекулярная карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) может быть получена из резаного небеленого хлопкового линта при ко