説明

イミノジこはく酸塩の使用

【課題】易生分解性を示すイミノジコハク酸のような、生態毒学的欠点をもたない錯化剤を開発し、製紙方法で用いられる植物繊維の白色度および輝度を高める。
【解決手段】繊維を含む熱機械的パルプを処理する工程を含む製紙方法であって、パルプを漂白するためのイミノジこはく酸アルカリ金属塩をパルプに加えることを含んでなり、ここでパルプにイミノジこはく酸アルカリ金属塩を加える方法。好ましくは、イミノジこはく酸アルカリ金属塩が、繊維の前処理で用いられる。また、好ましくは、イミノジこはく酸アルカリ金属塩が、繊維の還元的漂白又は酸化的漂白に用いられる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、マレイン酸とアンモニアをアルカリ金属水酸化物の存在下の水媒体中で反応させそしてそれを処理することを通してイミノジこはく酸(iminodisuccinic acid)のアルカリ金属塩を製造する方法に関する。その結果として得た生成物は、洗剤およびクリーニング組成物、薬剤、化粧品、農業、電気メッキ、建築用材料、織物および紙の分野でアルカリ土類金属イオンおよび重金属イオン用の錯化剤(complexing agents)として使用可能である。このような分野では特に水軟化剤、漂白剤用安定剤、微量栄養用肥料および硬化遅延剤としての使用を強調すべきである。本発明は更にイミノジこはく酸のアルカリ金属塩を製紙で用いることにも関する。
【背景技術】
【0002】
錯化剤が長年に渡って多量に用いられてきた。今日まで通常用いられていた数多くの錯化剤、例えばエチレンジアミンテトラ酢酸(EDTA)、ジエチレントリアミンペンタ酢酸(DTPA)、ニトリロトリ酢酸(NTA)およびいろいろなホスホネート類などは生分解性を示さないか或は生分解性を示すとしても限られた度合のみであり、重金属を表面水(surface water)中で再動態化し(remobilize)、かつそれらは下水汚泥にも土壌にも吸着されないことから飲料水処理に入り込む可能性さえある。ホスフェート類は表面水の富栄養化の一因となる錯化剤である。要約として、それらは生態毒学的(ecotoxicological)特性を示し、これが今日では欠点であると認められている。
【0003】
従って、今までの生態毒学的欠点をもたない錯化剤を開発することが重要な目的である。従って、イミノジこはく酸は易生分解性を示し、従って、今までの錯化剤に比べて生態毒学的に利点を有する錯化剤である。
【0004】
しかしながら、将来には、この上に記述した点で化学品が主に使用後に環境に入り込むか否かに関する製品特性が精密に検査されるばかりでなく製造方法も精密に検査されるようになるであろう。このように、現在のところまだ産業的に利用することはできないが環境に関連した特性を有する化学品に関してまた環境に関連した製造方法を見付け出すこともできたことは驚くべきことであった。
【0005】
イミノジこはく酸に関して今日まで知られていた製造の可能性は下記のように無水マレイン酸またはマレイン酸とアンモニアを基とするものである:特許文献1にはマレイン酸とアンモニアを2:3から2:5のモル比で用いてイミノジこはく酸を60から155℃の温度で製造することが記述されている。処理で塩酸または水酸化ナトリウム溶液を添加している。特許文献2では、イミノジこはく酸の調製をマレイン酸とアンモニアを2:0.8から2:1のモル比で用いてアルカリ金属水酸化物の存在下で110から130℃の温度で行っている。特許文献3にはイミノジこはく酸を3段階で製造する方法が記述されている。最初にマレイン酸誘導体とアンモニアを水媒体中で反応させている。次に、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の水酸化物を加える。次の第三工程段階ではいわゆる熟成(maturation)過程が来る。また、特許文献4にもイミノジこはく酸を3段階で製造する方法が記述されている。再び、最初の第一段階でマレイン酸誘導体とアンモニアを水媒体中で反応させている。次の第二段階でアルカリ金属またはアルカリ土類金属の水酸化物を加えている。第三段階では、さらなるマレイン酸誘導体を加えた後、反応を継続している。上記特許出願にはマレイン酸誘導体として無水マレイン酸か、マレイン酸か或はマレイン酸のアンモニア塩を用いることが明らかに述べられている。マレイン酸の金属塩を用いたのでは所望反応がほとんど全く起こらず、その結果として、その目的を達成することができないと述べられている。
【0006】
【特許文献1】英国特許第1 306 331号
【特許文献2】ソ連特許第0 639 863号
【特許文献3】特開平6/329 606号
【特許文献4】特開平6/329 607号
【発明の開示】
【0007】
マレイン酸とアンモニアを本発明に従う有利な様式でアルカリ金属水酸化物の存在下で反応させるとイミノジこはく酸が正確に高い収率で生じ得ることは全く驚くべきことである。
【0008】
従って、本発明は、イミノジこはく酸のアルカリ金属塩を製造する方法に関し、この方法は、無水マレイン酸(MA)とアルカリ金属の水酸化物(MeOH)とアンモニア(NH)と水をMA:MeOH:NH:HO=2:0.1−4:1.1−6:5−30のモル比で1−80バールの圧力下70−170℃の温度で0.1−100時間の反応時間に渡って反応させた後、水の添加および元々用いたMA 2モル当たり0−4モルのMeOHの添加を伴わせて反応混合物からアンモニアと水を0.1−50バールの圧力下50−170℃の温度で0.1−50時間かけて留出させ、そして留出後、水を、生じる溶液が含有する固体の含有量が該溶液の全重量を基準にして5−60%になるような量で添加することを特徴とする。
【0009】
本発明に従う方法では、水とアルカリ金属の水酸化物(MeOH)と無水マレイン酸(MA)とアンモニア(NH)を計量して反応槽に入れ、生じたマレイン酸塩を言及する反応温度(T)で言及する反応時間(t)に渡って反応させる。次に、水の添加および適宜さらなるMeOHの添加を伴わせてアンモニアを水との混合物として留出させる。この留出後、水を添加して生成物の濃度を好都合な濃度に調整する。適宜、この生成物の溶液に浄化濾過を受けさせてもよい。ここで、MeはLi、NaまたはK、好適にはNaまたはK、特に好適にはNaを表す。
【0010】
本発明に従う方法は、これを不連続および連続の両方で実施することができかつここでは高い度合の利益を達成することができる点で有利である。この事柄は非常に重要なことである、と言うのは、製品が環境に優しいことは最大限の利点ではあるがまたそのような製品が競争力を持つのはそれらを相当する経済的条件下で製造することができる場合のみであるからである。本発明に従う方法では、アンモニアを留出させた後にそれを再循環させてさらなる処理を受けさせることで適宜再び用いることができそして残存する生成物を完全に用いることから廃棄物が全く生じない。その上、この生成物はOECD 301 Eに従って易生分解性である。本方法および生成物では今まで知られなかった様式で経済性と生態が互いに組み合わさっている。
【0011】
本発明に従う方法では最初にMAと水とアルカリ金属の水酸化物をMA:MeOH:水=2:0.1−4:5−30のモル比で互いに混合するが、異なる計量変法を実施することも可能である。このように、最初にMAを相当するマレイン酸塩に変換してもよい[マレイン酸段階(maleic acid stage)で水を用いるか或は別法としてアルカリ金属水酸化物の水溶液を用いて直接]。2番目の計量変法が技術的および化学的理由で有利であることを確認した。この変法を用いると、二次的成分の含有量が低くて特に濃いマレイン酸塩溶液を簡潔な様式で生じさせることができる。このような若干黄色がかった溶液に含まれる可能性がある二次的成分であるフマル酸およびマレイン酸の量は少量のみである。このように、マレイン酸塩をさらなる工程で用いる時に伴う収率は理論量の>92%、好適には>95%、特に好適には>98%である。
【0012】
連続工程手順に関しては、MAとアルカリ金属水酸化物の溶液を連続かつ同時に計量して入れることで初期に導入するマレイン酸塩溶液を生じさせておくのが特に有利であることを確認した。このようにすると非常に高純度でかつまた無色の溶液でさえ等しく高収率で得ることができる。
【0013】
MAとMeOHを好適には2:0.5−3.9、特に好適には2:0.9−3.5、特別に好適には2:1.5−3.1のモル比で用いる。
【0014】
MAとNHを好適には2:1.2−5.5、特に好適には2:1.5−4.5、特別に好適には2:1.9−3.5のモル比で用いる。
【0015】
MAとHOを好適には2:5.5−2.5、特に好適には2:6−20、特別に好適には2:6.5−15のモル比で用いる。
【0016】
MAの迅速かつ完全な反応が確保されかつ混合物の撹拌およびポンプ輸送を維持することができるように少なくとも60℃の温度、例えば60−130℃、好適には70−120℃、特に好適には80−115℃の温度でMAとMeOHと水からマレイン酸塩を生じさせる。このように、このマレイン酸塩を懸濁液または溶液、好適には溶液として存在させることができ、その上、これは注目されるほどの収率低下が起こることなく数時間に渡って撹拌可能である。
【0017】
MAとMeOHと水から生じさせたマレイン酸塩の懸濁液または溶液にアンモニアをMA:アンモニア=2:1.1−6、好適には2:1.2−5.5、特に好適には2:1.5−4.5のモル比で加える。この添加も同様に不連続および連続両方の工程手順で実施可能である。
【0018】
MAとMeOHとアンモニアと水から生じさせたマレイン酸塩溶液を70−170℃の温度、好適には80−160℃、特に好適には85−150℃、特別に好適には90−145℃で0.1−100時間、好適には0.2−50時間、特に好適には0.3−25時間、特別に好適には0.5−20時間の反応時間に渡って反応させる。この反応は不連続反応槽および連続反応槽の両方で実施可能である。
【0019】
この反応を一般的には自動的に確立される圧力下で実施する。この場合に生じ得る圧力は50バール以下、好適には30バール以下、特に好適には20バール以下である。特に不連続反応槽の場合、追加的に、上記混合物を不活性ガスの層で覆うことも可能であり、この場合には80バールに及ぶ圧力が容認され得る。
【0020】
このような反応条件を用いると理論変換率の>93%、好適には>95%、特に好適には>98%のマレイン酸変換率が達成される。
【0021】
反応後、水の添加および元々用いたMA 2モル当たり0−4モル、好適には0.5−3.5モル、特に好適には0.7−3.0モル、特別に好適には0.9−2.5モルのMeOHの添加を伴わせてアンモニアと水を反応混合物から留出させる。この水の添加およびMeOHの添加は、不連続方法および連続方法の両方とも、上記留出前または留出中に実施可能である。添加する水の量を、水が不可避的にNHを留出させることを考慮に入れて、残存する処理混合物(work−up mixture)に入っている固体の含有量がバッチ(batch)の全重量を基準にして75重量%を越えない、好適には70重量%を越えない、特に好適には65重量%を越えないように選択する。
【0022】
上記留出を、0.1−50バール、好適には0.5−20バールの圧力下、50−170℃の温度、好適には60−150℃、特に好適には70−140℃、特別に好適には80−135℃の温度で0.1−50時間、好適には0.3−30時間、特に好適には0.5−25時間、特別に好適には0.9−20時間かけて行う。結果として反応混合物からの未反応の加水分解性アンモニア[例えばアミド窒素の縮合;
RCONH + MeOH−−→ RCOOMe + NH
(ここで、R=アミド化合物の基になるカルボン酸の炭化水素基)で生じる如き]の極めて実質的な除去を達成した後、これを処理してさらなる工程で用いることができる。その上、結果として生成物に含まれる窒素の含有量を最小限にすることが達成され、このようにして、使用中に窒素が不必要に表面水の中に高度に導入されることが回避される。更に、反応後にまだ残存する遊離マレイン酸の含有量も低くなる。
【0023】
上記留出後、水を、生じる生成物溶液の固体含有量がアルカリ金属塩全部の総量として計算して5−60重量%、好適には10−58重量%、特に好適には15−55重量%になるような量で加える。その後、必要ならば、浄化濾過を実施してもよい。上記溶液は実質的に無臭で貯蔵安定性を示す。
【0024】
反応および処理後にイミノジこはく酸およびそれの塩(式1)が理論収率の>65%、好適には>70%、特に好適には>74%の収率で得られる。存在する二次的成分とそれらの塩全部の総量は理論量の<35%、好適には<30%、特に好適には<26%の量であり、存在するマレイン酸およびそれの塩(式2)の量は理論量の<7%、好適には<5%、特に好適には<2%であり、存在するフマル酸およびそれの塩(式3)の量は理論量の<20%、好適には<15%、特に好適には<10%であり、存在するリンゴ酸およびそれの塩(式4)の量は理論量の<7%、好適には<5%、特に好適には<3%であり、そして存在するアスパラギン酸およびそれの塩(式5)の量は理論量の<25%、好適には<20%、特に好適には<15%である。
【0025】
【化1】

【0026】
この記述した式1−5で表される成分が存在する生成物の溶液が全体として理論収率の>93%、好適には>96%、特に好適には>98%の全体収率で得られる。この生成物が示す生分解度はOECD 301 E試験に従って28日後に70%を越え、通常は72%を越え、しばしば74%を越える。
【0027】
イミノジこはく酸およびそれの二次的成分が有するカルボキシル基は、反応および処理で用いたMeOHの量および処理中に留出させたアンモニアの量に応じて酸形態でか或は塩形態で存在する。従って、Me=Naの場合にはイミノジこはく酸をNaからNa塩、好適にはNaからNa塩、特に好適にはNa塩として得ることができ、存在する他のカルボキシル基は適宜遊離酸およびアンモニウム塩として存在し得る。また、LiOHもしくはKOHまたは混合MeOHを用いる場合、カルボキシル基はリチウム塩またはカリウム塩として存在する。
【0028】
本発明に従う方法で生じさせた生成物は重金属の含有量が非常に低いことを特徴とする。このように、クロム、マンガン、鉄およびニッケルイオンの含有量は全体で80ppm未満、好適には60ppm未満、特に好適には30ppm未満である。アルカリ土類金属イオンの含有量は500ppm未満、好適には200ppm未満、特に好適には100ppm未満である。従って、この生成物はアルカリ土類金属イオンおよび重金属イオン用の有効な錯化剤であるとして特徴づけられる。
【0029】
反応中、MAを溶融物、フレークまたはブリケット(briquettes)、好適には溶融物またはフレークの形態で用い、アンモニアを液体または気体形態でか或は水中の溶液として用い、好適には液体形態でか或は水中の溶液として用いる。アンモニア水溶液を用いる場合には、それのNH含有量を>15重量%、好適には>20重量%、特に好適には>25重量%にする。アルカリ金属の水酸化物(MeOH)を反応および処理中に未希釈状態でか或は水溶液として用いる。アルカリ金属水酸化物の水溶液を10−60重量%、好適には20−55重量%、特に好適には25−50重量%の濃度で計量して反応槽に入れる。
【0030】
特別な態様では、>60℃の温度でMAの溶融物を計量して水酸化ナトリウムの水溶液に入れた後、液体アンモニアまたは濃アンモニア水溶液を加える。ここでは、MA:NaOH:NH:HOのモル比を2:1.5−3.5:1.5.−3.5:6−20にする。これらの遊離体(educts)を90−145℃の温度で0.3−25時間の反応時間に渡って反応させる。水の添加および元々用いたMA 2モル当たり0.5−2.5モルのNaOHの添加を伴わせて水とアンモニアを反応混合物から80−135℃の温度で0.5−25時間かけて留出させる。水を添加して、水添加後に5−60重量%の固体含有量を達成し、そして浄化濾過で得られる生成物の溶液にはイミノジこはく酸が>73%の収率で入っていて、それに含まれるマレイン酸の量は<3%で、フマル酸の量は<10%で、リンゴ酸の量は<5%で、アスパラギン酸の量は<15%である(個々の理論収率または量の)。
【0031】
別の特別な態様では、75−125℃の温度でMAの溶融物と水酸化ナトリウム水溶液をMA:NaOH:HO=2:1.5−3.5:6−20のモル比で計量して同時かつ連続的に入れることで、マレイン酸塩の溶液またはポンプ輸送可能な懸濁液を生じさせ、これに同様な組成を持たせて最初に導入する。この溶液または懸濁液を2番目のミキサーに0.1−5時間の滞留時間でポンプ輸送し、このミキサーに液体アンモニアまたは濃アンモニア水溶液を連続的に加える。ここでは、MA:アンモニアのモル比を2:1.5−3.5にする。この溶液を90−145℃の温度の連続反応槽内で滞留時間を0.3−25時間にして反応させる。水の連続添加および水酸化ナトリウム水溶液の連続添加(元々用いたMA 2モル当たり0.5−2.5モルのNaOHに相当)を伴わせて連続蒸留塔で水とアンモニアを反応混合物から70−140℃の温度で滞留時間を0.1−25時間にして留出させる。水を添加した後、固体含有量が5−60重量%の溶液を得て、これに適宜浄化濾過を受けさせる。この生成物の溶液は>73%のイミノジこはく酸収率を示し、マレイン酸の収率は<3%で、フマル酸の収率は<10%で、リンゴ酸の収率は<5%で、アスパラギン酸の収率は<15%である(個々の理論収率の)。
【0032】
本発明に従う方法では、反応および処理により、高い錯形成能力を有する生成物の溶液が高いイミノジこはく酸収率で得られる。二次的成分は錯形成能力も生分解性も悪化させない。この生成物にはアンモニアが実質的にほとんど含まれていない。それらは実質的に無臭であり、貯蔵安定性を示し、厄介なアルカリ土類金属イオンも重金属イオンもほとんど含まれていない。縮合で生じる二次的成分の量は非常に僅かのみであり、加うるに、処理でその量が低下する。
【0033】
イミノジこはく酸のアルカリ金属塩、特に本発明に従って生じさせるイミノジこはく酸アルカリ金属塩は、製紙、例えば繊維の前処理でか或は例えばHまたは亜二チオン酸ナトリウム(Na)を用いた酸化もしくは還元漂白、特に漂白工程前に行う繊維の前処理または還元漂白でセルロースパルプまたはウッドパルプ[熱機械的(thermomechanical)パルプ]を処理する時などに植物繊維の白色度および輝度を高める目的で使用可能である。
【実施例】
【0034】
本実施例に示す収率および含有量は、使用したMAまたは元素分析で測定した炭素のいずれかに関係し、下記の分析方法で得たものである:液クロ(HPLC)でマレイン酸、フマル酸およびアスパラギン酸を分析し、毛細管電気泳動(CE)でリンゴ酸を分析し、そして炭酸カルシウム分散能力(calcium carbonate dispersing capacity)(CCDC)でイミノジこはく酸を分析する。
【0035】
このCCDC値をpH 11で測定して固体1g当たりのCaCOのmgで表す。イミノジこはく酸のNa塩の例では、CCDC値は、下記の式:IDA Na塩[理論収率の%]=(CCDC−20):2によって収率を良好な近似値で与える。
【0036】
比較として、クエン酸のNa塩およびエチレンジアミンテトラ酢酸のNa塩の場合、この試験で、物質1g当たり55mgおよび280mgのCaCOから成るCCDC値がもたらされる。この試験を下記の如く実施した:
90mlの水に調査下の物質を1.5g[比較物質の場合には100%Na塩を基準にし、生成物溶液の場合には固体含有量を基準にする]溶解させ、必要ならばこの溶液を前以て中和しておき、そして10重量%濃度のNaCO溶液を10ml加える。次に、この溶液をpH 11に調整した後、0.10モル規定の酢酸カルシウム溶液を用いて25℃で曇り(これは炭酸カルシウムが析出することで生じる)が生じ始めるまで滴定する。この滴定を光伝導光度計を用いて監視する。消費された酢酸カルシウムの体積を最初に滴定曲線の変向点から決定して、これを用いて、試験物質(錯化剤)が結合するカルシウムイオンの量を計算することができる。結合するカルシウムの量を試験物質1g当たりのCaCO量で示す。
【0037】
以下に示す実施例で生じさせる生成物溶液は錯形成作用(complexing action)を示すことから水溶液に入っているパーオキソ化合物用の安定剤として用いるに適切である。過酸化水素を例として用いて安定化を下記の如く試験する:
98gの蒸留水に33.3%濃度のH溶液を1.5g加える。これに、試験すべき安定剤を50mg(100%Na塩または固体を基準)加える。次に、この混合物をpH 10.5に調整した後、80℃に35分間加熱する。その後、H含有量をヨウ素滴定で測定する。比較として、同じ条件下で処理したブランクサンプル(安定剤なし)に入っている残存Hの含有量を測定する。次に、安定化の度合を下記の如く決定する:
((a−b)/(c−b))x100=安定化[%]
[ここで、
a=加熱後の安定化サンプルに入っているHの含有量、
b=加熱後のブランクサンプルに入っているHの含有量、および
c=サンプルに入っているHの初期含有量]。
【0038】
実施例5で調製した生成物はこの試験で96%のH安定化を示した。
【0039】
実施例1
MA:NaOH:NH:HOモル比=2:3:2:12.6、100℃、48時間
最初に3リットルのオートクレーブに次々に水を908g=50.44モル、MAを784g=8モルおよびNaOHを480g=12モル入れることでマレイン酸Na塩溶液を生じさせておき、このオートクレーブに90−100℃でアンモニア(液体)を136g=8モル加えた後、この混合物を100℃で48時間撹拌した。水で希釈して4000gにしそしてNaOHを160g=4モル加えた後、この反応混合物からアンモニア水を240ミリバール下70℃で2000g留出させた。この生成物溶液を水で希釈して4000gにした後、濾過した。固体含有量(CCDC値を測定するための基準として得た)は33.7重量%であった。下記の収率を得た(理論値の%):マレイン酸:0.1%、フマル酸:5.6%、イミノジこはく酸:77.5%およびアスパラギン酸:14.6%。
【0040】
実施例2
MA:NaOH:NH:HOモル比=2:3:2:12.6、110℃、12時間
最初に0.7リットルのオートクレーブに次々に水を227g=12.61モル、MAのフレークを196g=2モルおよびNaOHを120g=3モル入れることでマレイン酸Na塩溶液を生じさせておき、このオートクレーブに90−100℃でアンモニア(液体)を34g=2モル加えた後、この混合物を110℃で12時間撹拌した。70℃の水で希釈しそしてNaOHを40g=1モル加えた後、この反応混合物からアンモニア水を240ミリバール下70℃で500g留出させた。この生成物溶液を水で希釈して1500gにした後、濾過した。固体含有量は22.5重量%であった。下記の収率を得た(理論値の%):マレイン酸:1.7%、フマル酸:7.7%、イミノジこはく酸:78.5%およびアスパラギン酸:11.7%。
【0041】
実施例3
MA:NaOH:NH:HOモル比=2:3:2:12.6、120℃、6時間
計量順、計量した量および処理は実施例2に相当していた。この反応混合物を120℃で6時間撹拌した。生成物溶液を水で希釈して1500gにした後、濾過した。固体含有量は22.5重量%であった。下記の収率を得た(理論値の%):マレイン酸:2.0%、フマル酸:8.5%、イミノジこはく酸:74.5%およびアスパラギン酸:11.4%。
【0042】
実施例4
MA:NaOH:NH:HOモル比=2:3:2:12、120℃、6時間
初期量が30g=0.375モルの50%濃度水酸化ナトリウム溶液に、60−70℃で、MAの溶融物を196g=2モルおよび50%濃度の水酸化ナトリウム溶液を210g=2.625モル計量して同時に入れた。透明な溶液を100℃で得た後、それに26.2%濃度のアンモニア水溶液を130g=2モル加えると65℃に冷えた。次に、この溶液を0.7リットルのオートクレーブに入れて120℃で6時間撹拌した。水を250gおよび50%濃度の水酸化ナトリウム溶液を80g=1モル加えた後、アンモニア水を94−111℃の温度で留出させた。この生成物を水で希釈して850gにした後、濾過した。固体含有量は39.6重量%であった。下記の収率を得た(理論値の%):マレイン酸:2.1%、フマル酸:9.0%、イミノジこはく酸:79.5%およびアスパラギン酸:10.1%。
【0043】
実施例5
MA:NaOH:NH:HOモル比=2:3:2:12、120℃、6時間
最初に反応槽に50%濃度の水酸化ナトリウム溶液を240g=3モル入れて60℃に加熱した。70℃でMAの溶融物を196g=2モル計量して入れた。溶液を100℃で得た後、60−70℃で26.2%濃度のアンモニア水溶液を130g=2モル加えた。その結果として生じた溶液を0.7リットルのオートクレーブに入れて120℃で6時間撹拌した。水を200gおよび50%濃度の水酸化ナトリウム溶液を80g=1モル加えた後、アンモニア水を240ミリバール下75℃で220g留出させた。この生成物を水で希釈して750gにした後、濾過した。固体含有量は44.9重量%であった。下記の収率を得た(理論値の%):マレイン酸:2.1%、フマル酸:8.3%、イミノジこはく酸:76.0%およびアスパラギン酸:11.0%。
【0044】
実施例6
MA:NaOH:NH:HOモル比=2:3:2:12.6、120℃、6時間
水が19kgで50%濃度の水酸化ナトリウム溶液が306kg=3.825キロモルの初期混合物にMAのフレークを250kg=2.55キロモル計量して入れた。27%濃度のアンモニア水溶液を162kg=2.57キロモル加えた後、この混合物を120℃で6時間撹拌した。50%濃度の水酸化ナトリウム溶液を102.5kg=1.28キロモルおよび水を755kg加えながらアンモニア水を300ミリバール下70−80℃で450kg留出させた。濾過後、固体含有量が37.5重量%の生成物溶液を1144.5kg得て、マレイン酸の収率(理論値の%)は2.5%で、フマル酸の収率は9.2%で、リンゴ酸の収率は4.1%で、イミノジこはく酸の収率は77.0%で、アスパラギン酸の収率は10.0%であった。この生成物がOECD 301 Eで28日後に示した生分解度は80%であった。
【0045】
実施例7
MA:NaOH:NH:HOモル比=2:3:2:6.7、120℃、3時間
初期量が240g=3モルの50%濃度水酸化ナトリウム溶液に196g=2モルのMA溶融物を>75℃の温度で計量して入れた。アンモニア(液体)を34g=2モルの加えた後、反応混合物を120℃で3時間撹拌した。水を730gおよびNaOHを40g=1モル加えた後、500gのアンモニア水を240ミリバール下70℃で留出させた。この生成物を水で希釈して1000gにした後、濾過した。固体含有量は33.7重量%であった。下記の収率を得た(理論値の%):マレイン酸:5.9%、フマル酸:7.5%、イミノジこはく酸:78.5%およびアスパラギン酸:8.4%。
【0046】
実施例8
MA:NaOH:NH:HOモル比=2:3:2:6.7、120℃、3時間
196g=2モルのMAを120g=6.7モルの水に溶解させた。NaOHを120g=3モルおよびアンモニアを34g=2モル加えた後、この混合物を120℃で3時間撹拌した。水で希釈して1200gにしそしてNaOHを40g=[脱文]添加した後、500gのアンモニア水を240ミリバール下70℃で留出させた。この生成物を水で希釈して1000gにした後、濾過した。固体含有量は33.7重量%であった。下記の収率を得た(理論値の%):マレイン酸:4.7%、フマル酸:8.8%、イミノジこはく酸:77.5%およびアスパラギン酸:8.6%。
【0047】
実施例9
MA:NaOH:NH:HOモル比=2:4:2:12.6、100℃、96時間
196g=2モルのMAを227g=12.6モルの水に溶解させた。NaOHを160g=4モルおよびアンモニアを34g=2モル加えた後、この混合物を100℃で96時間撹拌した。水で希釈して1200gにした後、500gのアンモニア水を240ミリバール下70℃で留出させた。この生成物を水で希釈して1500gにした後、濾過した。固体含有量は22.5重量%であった。下記の収率を得た(理論値の%):マレイン酸:2.7%、フマル酸:5.6%、イミノジこはく酸:80.5%およびアスパラギン酸:7.3%。
【0048】
実施例10
MA:NaOH:NH:HOモル比=2:2:2:12.6、110℃、12時間
196g=2モルのMAを227g=12.6モルの水に溶解させた。NaOHを80g=2モルおよびアンモニアを34g=2モル加えた後、この混合物を110℃で12時間撹拌した。水で希釈して1200gにしそしてNaOHを80g=2モル添加した後、500gのアンモニア水を240ミリバール下70℃で留出させた。この生成物を水で希釈して1000gにした後、濾過した。固体含有量は33.7重量%であった。下記の収率を得た(理論値の%):マレイン酸:0.5%、フマル酸:6.7%、イミノジこはく酸:77.0%およびアスパラギン酸:11.8%。
【0049】
実施例11
MA:NaOH:NH:HOモル比=2:2:2:12.6、120℃、3時間
196g=2モルのMAを227g=12.6モルの水に溶解させた。NaOHを80g=2モルおよびアンモニアを34g=2モル加えた後、この混合物を120℃で3時間撹拌した。水で希釈して1200gにしそしてNaOHを80g=2モル添加した後、500gのアンモニア水を240ミリバール下70℃で留出させた。この生成物を水で希釈して1000gにした後、濾過した。固体含有量は33.7重量%であった。下記の収率を得た(理論値の%):マレイン酸:2.7%、フマル酸:7.2%、イミノジこはく酸:75.0%およびアスパラギン酸:11.9%。
【0050】
実施例12
MA:NaOH:NH:HOモル比=2:2:3:12.6、100℃、24時間
196g=2モルのMAを227g=12.6モルの水に溶解させた。NaOHを80g=2モルおよびアンモニアを51g=3モル加えた後、この混合物を100℃で24時間撹拌した。水で希釈して1200gにしそしてNaOHを80g=2モル添加した後、500gのアンモニア水を240ミリバール下70℃で500g留出させた。この生成物を水で希釈して1500gにした後、濾過した。固体含有量は22.5重量%であった。下記の収率を得た(理論値の%):マレイン酸:0.6%、フマル酸:4.5%、イミノジこはく酸:79.5%およびアスパラギン酸:15.4%。
【0051】
実施例13
MA:NaOH:NH:HOモル比=2:2:4:12.6、100℃、12時間
196g=2モルのMAを227g=12.6モルの水に溶解させた。NaOHを80g=2モルおよびアンモニアを68g=3モル加えた後、この混合物を100℃で12時間撹拌した。水で希釈して1200gにしそしてNaOHを80g=2モル添加した後、500gのアンモニア水を240ミリバール下70℃で留出させた。この生成物を水で希釈して1500gにした後、濾過した。固体含有量は22.5重量%であった。下記の収率を得た(理論値の%):マレイン酸:3.4%、フマル酸:4.5%、イミノジこはく酸:76.5%およびアスパラギン酸:14.5%。
【0052】
実施例14
MA:NaOH:NH:HOモル比=2:2:2:10、120℃、3.5時間
水が180g=10モルでNaOHが80g=2モルの初期混合物をオートクレーブに入れてそれに196g=2モルのMA溶融物を>75℃の温度でポンプ輸送した。アンモニアを34g=2モル加えた後、この混合物を120℃で3.5時間撹拌した。この反応混合物に水を200gおよびNaOHを80g=2モル加えた後、約130gのアンモニア水を留出させた。この操作中に温度が上昇した。これに100gの水を常圧下110℃で1時間かけて加えた後、留出を繰り返した。実質的に無臭の生成物を水で希釈して800gにした後、濾過した。固体含有量は42.1重量%であった。下記の収率を得た(理論値の%):マレイン酸:0.6%、フマル酸:6.7%、イミノジこはく酸:75.5%およびアスパラギン酸:13.3%。
【0053】
実施例15
MA:NaOH:NH:HOモル比=2:2:2:10、110℃、7時間
水が180g=10モルでNaOHが80g=2モルの初期混合物をオートクレーブに入れてそれに196g=2モルのMA溶融物を>75℃の温度でポンプ輸送した。アンモニアを34g=2モル加えた後、この混合物を110℃で7時間撹拌した。この反応混合物に水を200gおよびNaOHを80g=2モル加えた後、約130gのアンモニア水を留出させた。この操作中に温度が上昇した。これに100gの水を常圧下110℃で1時間かけて加えた後、留出を繰り返した。実質的に無臭の生成物を水で希釈して800gにした後、濾過した。固体含有量は42.1重量%であった。下記の収率を得た(理論値の%):マレイン酸:1.3%、フマル酸:5.9%、イミノジこはく酸:80.0%およびアスパラギン酸:11.2%。
【0054】
実施例16
MA:NaOH:NH:HOモル比=2:2:2:10、130℃、1.5時間
水が180g=10モルでNaOHが80g=2モルの初期混合物をオートクレーブに入れてそれに196g=2モルのMA溶融物を>75℃の温度でポンプ輸送した。アンモニアを34g=2モル加えた後、この混合物を130℃で1.5時間撹拌した。この反応混合物に水を200gおよびNaOHを80g=2モル加えた後、約130gのアンモニア水を留出させた。この操作中に温度が上昇した。これに100gの水を常圧下110℃で1時間かけて加えた後、留出を繰り返した。実質的に無臭の生成物を水で希釈して800gにした後、濾過した。固体含有量は42.1重量%であった。下記の収率を得た(理論値の%):マレイン酸:0.6%、フマル酸:6.5%、イミノジこはく酸:75.0%およびアスパラギン酸:15.6%。
【0055】
実施例17
1リットルの撹拌タンク反応槽を118℃の温度に冷却しながらこれにMAを355g/時=3.62モル/時および30.8重量%濃度の水酸化ナトリウム溶液を501g/時=3.86モル/時で計量して同時かつ連続的に入れることでその組成の初期マレイン酸Na塩溶液を生じさせた。この生じさせた溶液を3基の反応槽から成っていて全体体積が7.4リットルの撹拌タンクカスケードに連続ポンプ輸送した。このカスケードの1番目の反応槽に気体状のアンモニアを68g/時=4モル/時で混合した。この反応溶液の温度を109−114℃に保持した。次に、スタティックミキサー(static mixer)で上記反応の生成物を991g/時=3.92モル/時の15.8重量%濃度水酸化ナトリウム溶液と連続的に混合した。その後、この溶液をトレーが10枚含まれているバブルトレー蒸留塔(bubble tray column)の上部に送り込んで、それを約520g/時のストリッピング蒸気(stripping steam)で操作した。112℃の下部温度(bottom temperature)、101℃の塔頂温度および約1.3リットルの液体体積でアンモニア水が1037g/時で留出し、そして生成物の溶液を1398g/時で得た。固体含有量は43.8重量%であった。下記の収率を得た(理論値の%):マレイン酸:2.3%、フマル酸:9.2%、イミノジこはく酸:77.0%およびアスパラギン酸:11.5%。
【0056】
使用実施例1
ウッドパルプ(熱機械的パルプ)の酸化漂白で実施例6の生成物を前処理で用いると白色度と輝度が向上。
【0057】
破砕機を3000rpmで用いてパルプ密度が4%のウッドパルプを10分間打ち砕いた。この撹拌している懸濁液に実施例6の生成物を濃度が1.3重量%(固体を基準)の溶液として加えた。ここでの固体量(=Na塩全体の総量)はオーブン乾燥(odr)繊維材料を基準に0.13−0.52%に相当していた。作用時間(action time)を80℃の温度で30分にした。実験室のフィルタープレスを用いて脱水を行って漂白操作に必要なパルプ密度である25%にした。結果として錯体形成した重金属イオンの一部を繊維状材料から濾過で分離した。その結果として得た繊維状材料にNaOHを1重量%濃度の溶液として0.7%および過酸化水素を20重量%濃度の溶液として2%加えた(odr繊維状材料を基準)。実験室のミキサーを用いて強力で徹底的な混合と均一な分散を達成した。漂白時間を60℃で2.5時間にした。漂白後、Rapid−K thenシート成形機を用いて試験シートを作成して、白色度および輝度をそれぞれDIN 53.145および53.140に従って測定した。比較として、前処理で錯化剤を添加しないで実験を実施した。下記の結果を得た。
【0058】
実施例6の生成物を添加 白色度 輝度
odr繊維状材料を基準
にした固体(%)
[%] [%]
0.00 57.4 71.2
0.13 57.7 72.3
0.26 58.8 73.6
0.39 60.5 75.3
0.52 61.9 76.6
【0059】
実施例6の生成物を存在させると白色度と輝度が有意に向上することが分かるであろう。
【0060】
使用実施例2
ウッドパルプ(熱機械的パルプ)の酸化漂白で実施例6の生成物を用いると白色度と輝度が向上。
【0061】
破砕機を3000rpmで用いてパルプ密度が4%のウッドパルプを使用実施例1と同様に打ち砕いた。80℃で30分間の作用時間後、実験室のフィルタープレスを用いてその懸濁液を濃縮して25%のパルプ密度にした。その結果として得た繊維状材料にNaOHを1%濃度の溶液として0.7%、過酸化水素を20%濃度の溶液として2%および実施例6の生成物を1.3%濃度の溶液として0.13−0.52%(固体に相当)加えた。使用量は各場合ともodr繊維状材料を基準にした量である。実験室のミキサーを用いて強力で徹底的な混合と均一な分散を達成した。漂白時間を60℃で2.5時間にした。漂白後、Rapid−K thenシート成形機を用いて試験シートを作成して、白色度および輝度をそれぞれDIN 53.145および53.140に従って測定した。比較として、錯化剤を用いないで漂白実験を実施した。下記の結果を得た。
【0062】
実施例6の生成物を添加 白色度 輝度
odr繊維状材料を基準
にした固体(%)
[%] [%]
0.00 57.4 71.2
0.13 58.7 72.2
0.26 59.5 73.2
0.39 60.4 74.3
0.52 61.0 75.0
【0063】
実施例6の生成物を存在させると白色度と輝度が有意に向上することが分かるであろう。
【0064】
使用実施例3
ウッドパルプ(熱機械的パルプ)の還元漂白で実施例6の生成物を用いると白色度が向上。
【0065】
パルプ密度が4%のウッドパルプに60℃で実施例6の生成物を0.26−0.52%(固体に相当)添加しそして空気を排除しながら工業グレードの亜二チオン酸(約85%濃度)を1.0−1.5%加えた。使用量は各場合ともodr繊維状材料を基準にした量である。pHが6.0で60℃[バッグ(bag)漂白]で1時間の漂白時間後、TMPの白色度を測定した。比較として、錯化剤を用いないで漂白実験を実施した。下記の結果を得た。
【0066】
実施例6の生成物を添加 白色度 白色度
odr繊維状材料を基準 Naが Na
にした固体(%) 1.0%の時 1.5%の時
(%) (%)
0.00 52.3 53.1
0.26 53.6 54.3
0.39 54.0 54.1
0.52 53.8 53.9
【0067】
実施例6の生成物を存在させると白色度が向上することが分かるであろう。
【0068】
以下に本発明の主な特徴と態様を列挙する。
【0069】
1. イミノジこはく酸のアルカリ金属塩を製造する方法であって、無水マレイン酸(MA)とアルカリ金属の水酸化物(MeOH)とアンモニア(NH)と水をMA:MeOH:NH:HO=2:0.1−4:1.1−6:5−30のモル比で1−80バールの圧力下70−170℃の温度で0.1−100時間の反応時間に渡って反応させた後、水の添加および元々用いたMA 2モル当たり0−4モルのMeOHの添加を伴わせて反応混合物からアンモニアと水を0.1−50バールの圧力下50−170℃の温度で0.1−50時間かけて留出させ、そして留出後、水を、生じる溶液が含有する固体の含有量が該溶液の全重量を基準にして5−60%になるような量で添加することを特徴とする方法。
【0070】
2. MAとMeOHとアンモニアと水を80−160、好適には85−150、特に好適には90−145℃の温度で反応させることを特徴とする第1項記載の方法。
【0071】
3. 反応後、水の添加および元々用いたMA 2モル当たり0.5−3.5モル、好適には0.7−3.0モル、特に好適には0.9−2.5モルのMeOHの添加を伴わせてアンモニアと水を留出させることを特徴とする第1および2項記載の方法。
【0072】
4. 反応後、アンモニアと水を0.5−20バールの圧力下60−150℃、好適には70−140℃、特に好適には80−135℃の温度で0.3−30時間、好適には0.5−25時間、特に好適には0.9−20時間かけて留出させることを特徴とする第1から3項記載の方法。
【0073】
5. アンモニアと水を留出させた後、水を添加して生成物の溶液をアルカリ金属塩全部の総量として計算して10−58重量%、好適には15−55重量%、特に好適には20−50重量%の固体含有量に調整しそして適宜それに浄化濾過を受けさせることを特徴とする第1から4項記載の方法。
【0074】
6. NaOHをイミノジこはく酸の(Na)から(Na)塩、好適には(Na)から(Na)塩、特に好適には(Na)塩が得られて他のカルボキシル基が適宜遊離酸としておよびリチウム、カリウムまたはアンモニウム塩として存在するような量で用いることを特徴とする第1から5項記載の方法。
【0075】
7. 反応および処理そして関連して成分を計量する工程段階が不連続的および連続的の両方で実施可能であることを特徴とする第1から6項記載の方法。
【0076】
8. 水酸化ナトリウム水溶液とMAとアンモニアまたはアンモニア水溶液をMA:NaOH:NH:水=2:1.5−3.5:1.5−3.5:6−20のモル比で計量して次々に反応槽に入れそして0.3−25時間の反応時間を伴わせて90−145℃の温度で反応させ、水の添加および元々用いたMA 1モル当たり0.5−2.5モルのNaOHの添加を伴わせてアンモニアと水を80−135℃の温度で0.5−25時間かけて留出させ、そして留出後、水を、生じる溶液が含有する固体の含有量が該溶液の全重量を基準にして5から60%になるような量で添加することを特徴とする第1から7項記載の方法。
【0077】
9. 個別のミキサーにMAと水酸化ナトリウム水溶液をMA:NaOH:HO=2:1.5−3.5:6−20のモル比で計量して同時かつ連続的に相当する組成の最初に導入されたマレイン酸塩溶液に導入し、0.1−5時間の滞留時間後、別のミキサー中で該溶液にアンモニアまたはアンモニア水溶液をMA:NH=2:1.5−3.5のモル比で加え、その結果として生じた溶液を90−145℃の温度の連続反応槽内で0.3−25時間の滞留時間で反応させ、水の連続添加および元々用いたMA 2モル当たり0.5−2.5モルのNaOHの連続添加を伴わせてアンモニアと水を反応混合物から連続的に留出させ、そして留出後、水を、結果として生じる溶液が含有する固体の含有量が該溶液の全重量を基準にして5−60%になるような量で連続的に添加することを特徴とする第1から7項記載の方法。
【0078】
10. 製紙で植物繊維の白色度および輝度を高めるための第1から9項に従うイミノジこはく酸アルカリ金属塩の使用。
【0079】
11. 該イミノジこはく酸アルカリ金属塩を漂白前の前処理で用いることを特徴とする第10項記載の使用。
【0080】
12. 該イミノジこはく酸アルカリ金属塩を還元または酸化、好適な還元漂白で用いることを特徴とする第10項記載の使用。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
繊維を含む熱機械的パルプを処理する工程を含む製紙方法であって、パルプを漂白するためのイミノジこはく酸アルカリ金属塩をパルプに加えることを含んでなり、ここでパルプにイミノジこはく酸アルカリ金属塩を加えることが製紙方法で用いられる植物繊維の白色度および輝度を高める、上記方法。
【請求項2】
イミノジこはく酸アルカリ金属塩が、繊維の前処理で用いられる、請求項1に記載の方法。
【請求項3】
イミノジこはく酸アルカリ金属塩が、繊維の還元的または酸化的漂白に用いられる、請求項1に記載の方法。

【公開番号】特開2007−327168(P2007−327168A)
【公開日】平成19年12月20日(2007.12.20)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−211739(P2007−211739)
【出願日】平成19年8月15日(2007.8.15)
【分割の表示】特願平10−542304の分割
【原出願日】平成10年3月23日(1998.3.23)
【出願人】(504469581)ランクセス・ドイチユラント・ゲゼルシヤフト・ミツト・ベシユレンクテル・ハフツング (7)
【Fターム(参考)】