Verfahren zur alkalischen Reinigung von cellulosehaltigen Fasermaterialien

Abstract

 Es wird ein Verfahren zur alkalischen Reinigung cellulosehaltiger Fasermaterialien sowie die Verwendung von Phasentransferkatalysa­toren in der Alkalistufe zur Reinigung cellulosehaltiger Faserma­terialien beschrieben.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur alkalischen Reinigung von cellulosehaltigen Fasermaterialien sowie die Verwendung von Pha­sentransferkatalysatoren in der Alkalistufe zur Reinigung von cellulosehaltigen Fasermaterialien.

[0002] Baumwolle enthält natürliche Verunreinigungen, beispielsweise Wachse, wachsartige Substanzen, Proteine, Samenschalen, Fruchtkap­sein und Pektine, sowie Verunreinigungen, die im Zuge der Verar­beitung als Fremdsubstanzen aufgebracht wurden, beispielsweise Schlichten und Erntehilfen. Es ist die Aufgabe der Vorbehandlung, diese Stoffe möglichst vollständig von den Fasermaterialien zu entfernen, die cellulosehaltigen Fasermaterialien für die nachfol­genden Veredlungsprozesse hydrophiler zu machen und ihnen eine er­höhte Saugfähigkeit zu verleihen. Der Vorbehandlungsprozeß, mit dem diese Effekte erzielt werden, wird als Alkalistufe bezeichnet. Da der Schmelzbereich der Wachse, insbesondere des Baumwollwachses zwischen 75 und 85 °C liegt, wird die Alkalistufe üblicherweise bei Temperaturen zwischen 90 und 140 °C ohne Druck (Abkochen) oder un­ter Druck (Beuchen) mit 1,5 bis 12 gewichtsprozentiger Natronlauge in Gegenwart von Netz- und/oder Dispergiermitteln durchgeführt (Chwalla/Anger: "Handbuch der Textilhilfsmittel", Kapitel 3.9, Verlag Chemie Weinheim 1977) ). Durch Variation von Temperatur, Zeit und Alkalikonzentration ist es möglich, die Alkalistufe dem vorliegenden Material und dem Maschinentyp anzupassen. Beim Pad Roll-Verfahren wird nach dem Tränken mit den Flotten bei Tempera­turen zwischen 30 und 70 °C zwischen Rollenpressen auf ein Ge­wichtsverhältnis Flotte : Gewebe zwischen beispielsweise 0,7 und 1,2 abgepreßt und mit Wasserdampf, gegebenenfalls unter Druck auf 95 bis 100 °C aufgeheizt. Nach 1- bis 3stündigem Verweilen bei dieser Temperatur wird bei 90 bis 100 °C ausgewaschen. Beim Warm­verweilverfahren liegt die Verweiltemperatur zwischen 40 und 60 °C. Um jedoch gut abgekochte Baumwollware zu bekommen, ist im Vergleich zum Pad Roll-Verfahren eine längere Behandlungsdauer von bis zu 10 Stunden und eine höhere Einsatzmenge an Alkali erforder­lich.

[0003] Mit den hohen Arbeitstemperaturen der Alkalistufe ist jedoch ein erheblicher Energieverbrauch verbunden. Die Aufgabe der Erfindung bestand daher in der Entwicklung eines Verfahrens, das die Durch­führung der alkalischen Behandlung cellulosehaltiger Fasermateria­lien bei niedrigen Temperaturen ohne Verlängerung der Behandlungs­dauer und ohne Verschlechterung der Qualität der Fasermaterialien ermöglicht.

[0004] Überraschenderweise wurde gefunden, daß die Verseifung von Baum­wollwachs, dessen Solubilisierung sowie die Solubilisierung anhaf­tender Begleitstoffe wie Schlichten in Gegenwart von Phasentrans­ferkatalysatoren beschleunigt wird, wodurch das Auswaschen cellulosehaltiger Fasermaterialien bei niedrigeren Temperaturen durchgeführt werden kann, ohne die Behandlungsdauer zu verlängern und ohne Verschlechterung der Qualität der Fasermaterialien.

[0005] Gegenstand der Erfindung ist dementsprechend ein Verfahren zur al­kalischen Reinigung von Cellulosefasern, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man cellulosehaltige Fasermaterialien mit alkalischen Flotten, die pro Liter Flotte 15 bis 150 g Alkali, 1 bis 10 g Aktivsubstanz Phasentransferkatalysatoren und 0 bis 5 g Alkyl- und/oder Alkenylalkohole mit 1 bis 18 CAtomen enthalten, bei Temperaturen zwischen 30 und 70 °C benetzt, anschließend abge­quetscht und nach 10 bis 200 minütigem Verweilen bei Temperaturen zwischen 90 und 105 °C bei Temperaturen zwischen 30 und 90 °C wäscht.

[0006] Vorzugsweise werden die cellulosehaltigen Fasermaterialien mit al­kalischen Flotten, die pro Liter Flotte 2 bis 7 g Aktivsubstanz Phasentransferkatalysatoren und 0 bis 2 g Alkyl- und/oder Alkenyl­alkohole mit 6 bis 12 C-Atomen enthalten, benetzt.

[0007] Weiterer Erfindungsgegenstand ist die Verwendung von 1 bis 10 g Aktivsubstanz Phasentransferkatalysatoren pro Liter Flotte und 0 bis 5 g Alkyl- und/oder Alkenylalkohole mit 1 bis 18 C-Atomen pro Liter Flotte in der Alkalistufe zur Reinigung von cellulosehaltigen Fasermaterialien.

[0008] Als Phasentransferkatalysatoren eignen sich quartäre Ammoniumver­bindungen, planar gebaute makrocyclische Polyether, sogenannte Kronenether (Römpps Chemie-Lexikon, 8. Auflage, S. 2258, Franck'sche Verlagshandlung Stuttgart 1983) und/oder Kryptate (Römpps Chemielexikon, 8. Auflage, S. 2261, Franck'sche Verlags­handlung Stuttgart 1983). Vorzugsweise werden quartäre Ammonium­verbindungen und insbesondere solche der allgemeinen Formel I in der die Reste R¹ und R² Methyl, R³ einen gerad- oder verzweigtkettigen, cyclischen oder nichtcyclischen Alkyl- oder Alkenylrest mit 6 bis 22 C-Atomen, R⁴ einen gerad- oder verzweigtkettigen Alkyl- oder Alkenylrest mit 1 bis 14 C-Atomen oder einen Benzylrest und X ein Halogen-, Sulfat-, Lactat-, Acetat- oder Citratanion bedeutet, eingesetzt. Quartäre Ammoniumverbindun­gen werden nach bekannten großtechnischen Verfahren hergestellt, indem beispielsweise tertiäre Amine mit einem oder zwei langket­tigen Alkyl- und/oder Alkenylresten mit Alkylierungsreagentien wie Methylchlorid, Methylbromid, Dimethylsulfat oder Benzylchlorid um­gesetzt werden (Winnacker/Küchler: "Chemische Technologie" 4. Aufl., Band 7, S. 126 bis 128, Carl Hanser Verlag, München 1986).

[0009] Es kann vorteilhaft sein, die phasentransferkatalysatoren zusammen mit Alkyl- und/oder Alkenylalkoholen mit 1 bis 18 C-Atomen, vor­zugsweise mit 6 bis 12 C-Atomen einzusetzen. Alkyl- und/oder Alkenylalkohole können gerad- und/oder verzweigtkettig, natürlichen und/oder synthetischen Ursprungs sein. Ethanol, Butanol, Pentanol, Hexanol, Octanol, Decanol, Dodecanol, Hexadecanol, Octadecanol und/oder Octadecenol sind Beispiele für erfindungsgemäß einzuset­zende Alkyl- und/oder Alkenylalkohole.

[0010] Cellulosehaltige Fasermaterialien wie Baumwolle und/oder Jute, werden zunächst mit alkalischen Flotten, die pro Liter 15 bis 150 g Alkali, beispielsweise NaOH und/oder KOH, 1 bis 10 g Aktivsubstanz Phasentransferkatalysatoren und 0 bis 5 g Alkyl- und/oder Alkenylalkohole mit 1 bis 18 C-Atomen enthalten, auf beispielsweise einer Benz Labor-Kontinueanlage bei Temperaturen zwischen 30 und 70 °C benetzt. Nach dem Abquetschen läßt man die auf beispielsweise Kaulen gewickelten Fasermaterialien 10 bis 200 Minuten bei Tempe­raturen zwischen 90 und 105 °C rotierend verweilen. Anschließend werden die Fasermaterialien bei Temperaturen zwischen 30 und 90 °C gewaschen.

[0011] Aufgrund der hohen Penetrationsgeschwindigkeiten, d.h. der hohen Verseifungsraten, die beim Einsatz phasentransferkatalysator­haltiger Alkaliflotten erzielt werden, kann die zum Waschen der cellulosehaltigen Fasermaterialien benötigte Temperatur deutlich gesenkt werden und/oder wird die Gesamtzeit der Alkalistufe deut­lich reduziert. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Wachse und/oder wachsartige Substanzen aus cellulosehaltigen Fa­sermaterialien bei Temperaturen zwischen 30 und 90 °C weitgehend durch Auswaschen entfernen. Es werden Fasermaterialien mit guter Saugfähigkeit erhalten.

Beispiele

Bestimmung der Verseifungsgeschwindigkeit von Baumwollwachs

[0012] Zur Bestimmung der Verseifungsgeschwindigkeit wurden Penetrations­messungen durchgeführt. Hierzu wurden mit Baumwollwachs gefüllte Glaskapillare in Natronlauge, die quartäre Ammoniumverbindungen enthielt, getaucht. Die Lösungen befanden sich jeweils in einem Reagenzglas, welches in ein temperierbares Wasserbad eintauchte. Die Penetrationshöhe in den Kapillaren, die durch eine dunkle Ver­färbung des Wachses gekennzeichnet ist, wurde mit Hilfe eines Ka­thetometers auf 1/100 mm genau bestimmt. Die Tabellen 1 und 2 ent­halten die Ergebnisse der Penetrationsmessungen. Wenn nicht anders angegeben, wurden Lösungen mit 60 g/l NaOH und 5 g/l Aktivsubstanz quartäre Ammoniumverbindung eingesetzt.

Tabelle 1

Relative Penetration (NaOH ohne Zusätze = 1), gemessen bei 70 °C
Phasentransferkatalysator	Zusatz	relative Penetration
Bardac 201)		2,4
Dimethyldidecylammoniumchlorid		1,75
Dimethyldioctylammoniumchlorid		2,2
Cyclododecyl-dimethyl-n-hexylammoniumchlorid		1,9
Cyclododecyl-dimethyl-n-octylammoniumchlorid		2,4
Dodigen 16112)		1,5
Dodigen 1611	Octanol 2 g/l	2
Dehyquart LDB3)		1,4

1) 25 Gew.-% Dimethyldidecylammoniumchlorid, 25 Gew.-% Dimethyldioctylammoniumchlorid, 50 Gew.-% Dimethyloctyldecylammoniumchlorid, Hersteller: Lonza

2) Alkyldimethylbenzylammoniumchlorid (70 Gew.-% C₁₂, 30 Gew.-% C₁₄), Hersteller: Hoechst AG

3) Dimethyl-C₁₂₋₁₄-alkylbenzylammoniumchlorid, Hersteller: Henkel-KGaA

Tabelle 2

Penetration nach 24 Stunden, gemessen bei 50 °C
Phasentransferkatalysator	Penetration in mm
-	0
Bardac 20 1)	0,95
Dimethyldidecylammoniumchlorid	1,6
Dimethyldioctylammoniumchlorid	1,8
Cyclododecyl-dimethyl-n-hexylammoniumchlorid	1,2
Cyclododecyl-dimethyl-n-octylammoniumchlorid	1,1

1) 25 Gew.-% Dimethyldidecylammoniumchlorid, 25 Gew.-% Dimethyldioctylammoniumchlorid, 50 Gew.-% Dimethyloctyldecylammoniumchlorid, Hersteller: Lonza

Anwendungsbeispiel

[0013] Entschlichtetes Baumwollnesselgewebe wurde auf einer Benzlabor-­Kontinueanlage mit verschiedenen alkalihaltigen Flotten bei 70 °C imprägniert. Der Abquetscheffekt lag in allen Fällen bei 90 %. Nach einer Verweilzeit von 50 Minuten bei 102 °C in gesättigter Wasser­dampfatmosphäre wurden die Gewebe bei 50, 70 oder 90 °C gewaschen. In Tabelle 3 sind die prozentualen Abnahmen der Baumwollwachsan­schmutzungen nach dem Waschen angegeben.

Tabelle 3

Prozentuale Abnahmen der Baumwollwachsanschmutzung von Baumwollnessel mit 0,26 Gew.-% Wachsanteil
Flotte enthaltend pro 1	prozentuale Abnahme der Baumwollwachsanschmutzung nach dem Waschen bei
	50 °C	70 °C	90 °C
30 g NaOH	23 %	31 %	38 %
30 g NaOH + 5 g Dimethyldioctylammoniumchlorid	50 %	54 %	58 %

Ansprüche

1. Verfahren zur alkalischen Reinigung von cellulosehaltigen Fa­sermaterialien, dadurch gekennzeichnet, daß man cellulosehaltige Fasermaterialien mit alkalischen Flotten, enthaltend pro Liter Flotte 15 bis 150 g Alkali, 1 bis 10 g Aktivsubstanz phasentransferkatalysatoren und 0 bis 5 g Alkyl- und/oder Alkenylalkohole mit 1 bis 18 C-Atomen, bei Tempera­turen zwischen 30 und 70 °C benetzt, anschließend abquetscht und nach 10 bis 200 minütigem Verweilen bei Temperaturen zwi­schen 90 und 105 °C bei Temperaturen zwischen 30 und 90 °C wäscht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die al­kalischen Flotten pro Liter 2 bis 7 g Aktivsubstanz Phasen­transferkatalysatoren und 0 bis 2 g Alkyl- und/oder Alkenylalkohole mit 6 bis 12 C-Atomen enthalten.

3. Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Phasentransferkatalysatoren quartäre Ammoniumverbindungen eingesetzt werden.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, da­durch gekennzeichnet, daß quartäre Ammoniumverbindungen der allgemeinen Formel I

in der die Reste R¹ und R² Methyl, R³ einen gerad- oder verzweigtkettigen, cyclischen oder nichtcyclischen Alkyl- oder Alkenylrest mit 6 bis 22 C-Atomen, R⁴ einen gerad- oder verzweigtkettigen Alkyl- oder Alkenylrest mit 1 bis 14 C-Atomen oder einen Benzylrest und X ein Halogen-, Sulfat-, Lactat-, Acetat- oder Citratanion bedeuten, eingesetzt werden.

5. Verwendung von 1 bis 10 g Aktivsubstanz Phasentransfernkata­lysatoren pro 1 Flotte und 0 bis 5 g Alkyl- und/oder Alkenylalkohole mit 1 bis 18 C-Atomen pro 1 Flotte in der Al­kalistufe zur Reinigung von cellulosehaltigen Fasermaterialien.

6. Verwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß pro 1 Flotte 2 bis 7 g Aktivsubstanz Phasentransferkatalysatoren und 0 bis 2 g Alkyl- und/oder Alkenylalkohole mit 6 bis 12 C-Atomen verwendet werden.

7. Verwendung nach einem oder beiden der Ansprüche 5 bis 6, da­durch gekennzeichnet, daß quartäre Ammoniumverbindungen als Phasentransferkatalysatoren verwendet werden.

8. Verwendung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7, da­durch gekennzeichnet, daß quartäre Ammoniumverbindungen der allgemeinen Formel I

in der die beste R¹ und R² Methyl, R³ einen gerad- oder verzweigtkettigen, cyclischen oder nichtcyclischen Alkyl- oder Alkenylrest mit 6 bis 22 C-Atomen, R⁴ einen gerad- oder verzweigtkettigen Alkyl- oder Alkenylrest mit 1 bis 14 C-Atomen oder einen Benzylrest und X ein Halogen-, Sulfat-, Lactat-, Acetat- oder Citratanion bedeuten, verwendet werden.