Опилочная щелочная целлюлоза с низкими значениями средней степени полимеризации и способ ее производства

Опилочная щелочная целлюлоза с низкими значениями средней степени полимеризации и способ ее производства

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к опилочным целлюлозным массам, используемым для изготовления лиоселльных (гидратцеллюлозных) волокон, к способам изготовления таких целлюлозных масс, пригодных для изготовления лиоселльных волокон, и к лиоселльным волокнам, изготовленным из составов по настоящему изобретению. В частности, настоящее изобретение относится к опилочным целлюлозным массам, имеющим высокое содержание гемицеллюлозы, низкое медное число, короткую длину волокон и содержащим целлюлозу, имеющую низкую среднюю степень полимеризации.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Целлюлоза является полимером D-глюкозы и структурным компонентом стенок клеток растений. Особенно много целлюлозы содержится в стволах деревьев, из которых она извлекается, превращается в целлюлозную массу и после этого используется для производства различных продуктов. Название "искусственный шелк" было дано волокнистой форме регенерированной целлюлозы, которая широко используется в текстильной промышленности для производства предметов одежды. В течение столетия прочные волокна искусственного шелка производились вискозным способом и медно-аммиачным способом. Последний способ был впервые запатентован в 1890 году и вискозный способ - спустя два года. В вискозном способе целлюлоза сначала вымачивается в мерсеризирующем растворе каустической соды для образования щелочной целлюлозы. Она реагирует с дисульфидом углерода, образуя ксантогенат целлюлозы, который затем растворяется в разбавленном растворе каустической соды. После фильтрации и деаэрации раствор ксантогената экструдируется из погружных фильер в регенерирующую ванну из серной кислоты, сульфата натрия, сульфата цинка и глюкозы для образования непрерывных нитей. Полученное вискозное волокно в настоящее время используется в текстильной промышленности и ранее широко использовалось для армирования резиновых изделий, таких как шины и приводные ремни.

Целлюлоза также растворима в растворе аммиака и оксида меди. Этот свойство является основой для производства медно-аммиачного шелка. Раствор целлюлозы выдавливается через погружные фильеры в раствор 5% каустической соды или разбавленной серной кислоты для образования волокон, которые затем обезмедиваются и промываются.

Вышеупомянутые способы подготовки искусственного шелка требуют, чтобы целлюлоза была получена как производное или сложное вещество для того, чтобы придать ей растворимость и, отсюда, возможности формования в волокна. В вискозном способе целлюлоза является производным веществом, тогда как в медно-аммиачном способе целлюлоза является сложным веществом. В любом случае производную или сложную целлюлозу необходимо регенерировать и удалить из нее реагенты, которые использовались для придания ей растворимости. Стадии дериватизации и регенерации в производстве искусственного шелка существенно увеличивают стоимость этой формы целлюлозного волокна. Исходя из этого в последние годы были сделаны попытки определить растворители, которые способны растворять недериватизированную целлюлозу для образования прядильного раствора, из которого могут быть получены волокна.

Одним классом органических растворителей, пригодных для растворения целлюлозы, являются амино-N-оксиды, в частности трет-амино-N-оксиды. Например Гренахер (Graenacher) в патенте США №2179181 раскрывает группу аминоксидных материалов, подходящих для использования в качестве растворителей. Джонсон (Johnson) в патенте США №3447939 описывает использование безводного N-метилморфолин-N-оксида (НММО) и других амино-N-оксидов в качестве растворителей целлюлозы и многих других природных и синтетических полимеров. Фрэнкс и др. (Franks et al.) в патентах США №4145532 и 4196282 рассматривают трудности растворения целлюлозы в аминоксидных растворителях и получения повышенных концентраций целлюлозы.

Лиоселл является принятым родовым термином для обозначения волокна, состоящего из целлюлозы, осажденной из органического раствора, в котором не происходит подстановки гидроксильных групп и не образуются химические промежуточные соединения. Несколько компаний-изготовителей в настоящее время производят лиоселльные волокна, главным образом для использования в текстильной промышленности. Например, компания Acordis, Ltd. в настоящее время производит и продает лиоселльное волокно под названием "Tencel®".

Доступные в настоящее время лиоселльные волокна производятся из высококачественной древесной целлюлозы, подвергающейся интенсивной обработке для удаления нецеллюлозных компонентов, особенно гемицеллюлозы. Эта целлюлоза глубокой степени обработки называется растворяющимся сортом древесной целлюлозы или древесной целлюлозой с высоким содержанием альфа-целлюлозы, где термин "альфа" относится к процентному содержанию целлюлозы. Таким образом, древесная целлюлоза с высоким содержанием альфа-целлюлозы содержит высокий процент целлюлозы и, соответственно, низкий процент других компонентов, особенно гемицеллюлозы. Обработка, необходимая для создания древесной целлюлозы с высоким содержанием альфа-целлюлозы, существенно повышает стоимость лиоселльных волокон и изготовленных из них продуктов. Обычно для получения древесной целлюлозы с высоким содержанием альфа-целлюлозы используются хвойные породы деревьев, которые обычно имеют более длинные, чем у лиственных пород, волокна. Древесина хвойных пород деревьев должна быть превращена в древесные стружки для последующей обработки в резервуарах для растворения древесины. Эти резервуары обычно оснащены системой для повторного использования черного щелока. Повторное использование обеспечивает желательную гомогенную смесь в резервуаре, что приводит к единым условиям получения древесной целлюлозы. Для того чтобы перемещать черный щелок, резервуары для растворения древесины оснащены сетчатыми фильтрами, препятствующими попаданию древесных стружек во впускной канал насоса.

Так как традиционные способы сульфатной варки целлюлозы делают остаточную гемицеллюлозу устойчивой к дальнейшему воздействию щелочи, невозможно получить растворяющуюся древесную целлюлозу приемлемого качества, например древесную целлюлозу с высоким содержанием альфа-целлюлозы, посредством дальнейшей обработки сульфатной целлюлозы на стадиях беления. Таким образом, для подготовки растворяющейся древесной целлюлозы способом сульфатной варки необходимо предварительно подвергнуть сырье кислотной обработке до стадии щелочной варки. На этой стадии кислотной предварительной обработки растворяется существенная часть материала, главным образом гемицеллюлозы, порядка 10% и больше от первоначального объема древесины, и таким образом, выход процесса снижается. В условиях предварительного гидролиза целлюлоза в большой степени обладает стойкостью к воздействию, но остаточная гемицеллюлоза распадается на цепочки гораздо меньшей длины и может быть поэтому в большой степени удалена при последующей сульфатной варке различными реакциями гидролиза или растворением гемицеллюлозы.

Относительно низкое медное число, отражающее относительное содержание карбонила в целлюлозе, является желательным свойством древесной целлюлозы, которая должна использоваться для производства лиоселльных волокон, так как считается что высокое медное число вызывает распад целлюлозы и растворителя до, во время и/или после растворения в аминоксидном растворителе. Растворитель с ухудшившимися свойствами может быть утилизирован или регенерирован; однако, из-за его стоимости обычно нежелательно утилизировать растворитель. Регенерирование растворителя имеет тот недостаток, что процесс регенерации проводится в опасных, потенциально ведущих к взрыву условиях.

Низкое содержание переходных металлов является желательным свойством древесной целлюлозы, которая должна использоваться для производства лиоселльных волокон из-за того, например, что переходные металлы ускоряют нежелательную деградацию целлюлозы и НММО в лиоселльном процессе.

С точки зрения расходов на производство товарных сортов растворяющейся древесной целлюлозы было бы желательно иметь альтернативы традиционным растворяющимся сортам древесной целлюлозы с высоким содержанием альфа-целлюлозы в качестве сырья для лиоселла. Кроме того, изготовители древесной целлюлозы хотели бы минимизировать капиталовложения, необходимые для производства таких типов древесной целлюлозы, путем использования существующего капитального оборудования.

Для контроля свойств лиоселльных волокон изготовители лиоселла используют добавки, состоящие из смеси различных сортов древесной целлюлозы с различными диапазонами величин средней степени полимеризации. С этой точки зрения изготовителям древесной целлюлозы также необходимо производить древесную целлюлозу, имеющую среднюю степень полимеризации в широком диапазоне для того, чтобы устранить необходимость смешивания.

Таким образом, существует потребность в относительно недорогой древесной целлюлозе с низким содержанием альфа-целлюлозы (т.е. с высоким выходом), которая может использоваться для производства лиоселльных волокон, для способа изготовления вышеуказанной древесной целлюлозы с низким содержанием альфа-целлюлозы при использовании капитального оборудования, которое доступно в настоящее время изготовителям древесной целлюлозы, и для производства лиоселльных волокон из вышеуказанной древесной целлюлозы с низким содержанием альфа-целлюлозы. Предпочтительно желательная древесная целлюлоза с низким содержанием альфа-целлюлозы будет иметь желательно низкое медное число, желательно низкое содержание лигнина и желательно низкое содержание переходных металлов, но будет иметь молекулярную массу в широком диапазоне значений.

В предшествующей заявке с серийным номером 09/256197, раскрытие которой включено в настоящий документ по ссылке, уступленной правопреемнику по настоящей заявке, описаны различные способы снижения степени полимеризации и медного числа целлюлозы сульфатной варки. Такие способы включают обработку древесной целлюлозы кислотой или заменителем кислоты, или сочетанием кислот и заменителей кислоты. Другое средство обработки древесной целлюлозы для снижения средней степени полимеризации целлюлозы без существенного уменьшения содержания гемицеллюлозы описано в предшествующей заявке и включает обработку древесной целлюлозы паром, сочетанием сернокислого железа и пероксида водорода, по меньшей мере одного переходного металла и перуксусной кислоты, щелочной обработкой диоксидом хлора, которая заканчивается в кислотной среде, или обработкой гидпохлоритом натрия, которая заканчивается почти в нейтральной среде. Такие способы эффективно снижают среднюю степень полимеризации без существенного уменьшения содержания гемицеллюлозы; однако, такие способы могут являться дорогостоящими с точки зрения совершенствования структуры капитала, если существующие древесно-массные заводы, на которых должны использоваться такие способы, не имеют возможности развертывания таких производств. В предшествующей заявке были описаны дополнительные операции для уменьшения медного числа древесной целлюлозы, которая была обработана для снижения ее средней степени полимеризации без существенного уменьшения содержания гемицеллюлозы. Потребность в этой последующей операции для уменьшения медного числа возросла, так как способы, описанные в предшествующей заявке, для снижения средней степени полимеризации целлюлозы привели к увеличению медного числа получившейся древесной целлюлозы.

В связи с требованиями о соблюдении природоохранного законодательства существует большая заинтересованность в использовании отбеливающих агентов, которые снижают объем соединений хлора, которые должны быть извлечены из технологических процессов. В последние годы использование кислорода в качестве агента для удаления лигнинов велось в промышленном масштабе. Примеры оборудования и устройств, подходящих для проведения делигнификации с использованием кислорода, описаны в патентах США №4295927; 4295925; 4298426 и 4295926.

Хотя способы, описанные в предшествующей заявке 09/256197, эффективно снижают среднюю степень полимеризации целлюлозы без существенного уменьшения содержания гемицеллюлозы, все еще существует потребность в способе, который бы не требовал отдельной стадии снижения медного числа и был бы легко применим на древесно-массных заводах, которые оснащены кислородными реакторами, оборудованием для многократных операций щелочной варки и/или имеют условия щелочной варки, подходящие для значительного снижения степени полимеризации беленой и полубеленой целлюлозы. В более поздней предшествующей заявке №09/574538, уступленной правопреемнику по настоящей заявке, раскрытие которой включено в настоящий документ по ссылке, правопреемник по настоящей заявке раскрыл способ получения высоко желательной древесной целлюлозы низкой вязкости из древесной целлюлозы щелочной варки путем ее обработки с применением окисляющего агента в реакторе для средней - высокой консистенции для того, чтобы снизить степень полимеризации целлюлозы без существенного уменьшения гемицеллюлозы или увеличения медного числа.

В настоящее время лесная промышленность производит огромные объемы опилок как побочного продукта в нормальном повседневном процессе обработки древесины. Некоторое количество опилок используется на древесно-массных заводах, которые оснащены варочными котлами, подходящими для опилок, но большее их количество остается неиспользуемым. Даже в случае использования опилок для производства древесной целлюлозы в варочных котлах "M&D" и "Pandia" полученная древесная целлюлоза считается непригодной для использования в качестве древесной целлюлозы растворяющегося типа. Одним из недостатков использования опилок в варочном котле, предназначенном для получения древесной целлюлозы с высоким содержанием альфа-целлюлозы, является то, что линия для продукта, направляемого на переработку, постоянно забивается частицами опилок. Типичная опилочная древесная целлюлоза, которая производится в настоящее время, поэтому не имеет высокого содержания альфа-целлюлозы или уровня вязкости, подходящих для растворяющейся древесной целлюлозы. Типичная опилочная древесная целлюлоза также содержит загрязняющие вещества (грязь, металлы, пластик), которые неприемлемы для древесной целлюлозы растворяющихся сортов.

Необходимость сохранения ресурсов путем использования опилок как побочного продукта представляет собой уникальную возможность. Было бы выгодно разработать древесную целлюлозу и способ, использующий традиционные опилочные варочные котлы, для производства древесной целлюлозы растворяющегося типа, которая применялась бы для изготовления лиоселльных формованных объектов из побочных продуктов обработки древесины, и не имеющий ни одного из вышеуказанных недостатков.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Используемые в настоящем документе термины "состав(ы) настоящего изобретения", или "состав(ы), подходящие для изготовление лиоселльных волокон", или "обработанная древесная целлюлоза" относятся к древесной целлюлозе, содержащей целлюлозу и гемицеллюлозу, которая была обработана в щелочных условиях, снижающих среднюю степень полимеризации целлюлозы без существенного уменьшения содержания гемицеллюлозы в древесной целлюлозе или без существенного увеличения медного числа древесной целлюлозы. Составы настоящего изобретения предпочтительно обладают дополнительными свойствами, которые описаны ниже.

Составы настоящего изобретения являются составами, подходящими для изготовления лиоселльных волокон или других формованных объектов, таких как пленки, имеющих высокое содержание гемицеллюлозы, медное число от среднего до низкого и короткую длину волокон, включая целлюлозу, которая имеет низкую среднюю степень полимеризации. Предпочтительно целлюлоза и гемицеллюлоза получаются из древесины, но более предпочтительно - из древесины хвойных деревьев. Настоящее изобретение предпочтительно использует опилки в качестве сырья, так как этот побочный продукт делает его экономически более выгодным, чем при использовании древесных стружек. Производство древесных стружек на месте на древесно-массном заводе является капиталоемким. Однако настоящее изобретение также может использовать древесные стружки в качестве источника сырья. Кроме того, составы настоящего изобретения имеют различные желательные свойства, включая низкое содержание лигнина, широкий диапазон значений молекулярной массы и низкое содержание переходных металлов. Составы настоящего изобретения могут иметь форму, которая позволяет хранить и транспортировать их, например форму листа, ролла или кипы. Составы настоящего изобретения могут быть смешаны с другими компонентами или добавками для образования прядильного раствора, подходящего для изготовления лиоселльных формованных объектов, таких как волокно или пленка. Кроме того, настоящее изобретения представляет способы изготовления составов, подходящих для изготовления лиоселльных волокон, имеющих желательное высокое содержание гемицеллюлозы, медное число от среднего до низкого и короткую длину волокон, включая целлюлозу с низкой средней степенью полимеризации.

Настоящее изобретение также представляет лиоселльные волокна, содержащие целлюлозу с низкой средней степенью полимеризации, высокую долю коротких волокон гемицеллюлозы, медное число от среднего до низкого, широкий диапазон значений молекулярной массы и низкое содержание лигнина. Лиоселльные волокна настоящего изобретения также предпочтительно обладают низким содержанием переходных металлов.

Составы настоящего изобретения могут быть изготовлены в варочном котле непрерывного действия с использованием щелочного варочного раствора, после которого проводится операция щелочного снижения степени полимеризации. Варочным раствором может быть сульфат или каустическая сода. Предпочтительно исходной сульфатной массой является целлюлоза сульфатной варки из древесины хвойных деревьев и еще более предпочтительной является древесная целлюлоза, полученные в варочном котле "M&D" или "Pandia" с использованием сульфатного щелока и при эксплуатации в режиме короткого времени варки при высокой температуре. Составы настоящего изобретения содержат гемицеллюлозу в количестве по меньшей мере 7% по массе, предпочтительно от 7% по массе до примерно 35% по массе, более предпочтительно от 7% по массе до примерно 20% по массе и наиболее предпочтительно от примерно 10% по массе до примерно 17% по массе, и целлюлозу, имеющую среднюю степень полимеризации примерно от 200 до 1100, предпочтительно примерно от 300 до 1100 и наиболее предпочтительно примерно от 400 до 700. Составы настоящего изобретения могут иметь сочетание диапазонов значений гемицеллюлозы и диапазонов степени полимеризации целлюлозы, упомянутых выше, в дополнение к медному числу меньше примерно 2,0 и отличаться тем, что 4% волокон древесной целлюлозы имеют значение длины, взвешенное по длине, волокон меньше 2,0 мм.

Первый вариант осуществления состава, изготовленного по настоящему изобретению, включает по меньшей мере 7% гемицеллюлозы, содержит целлюлозу, имеющую среднюю степень полимеризации от примерно 200 до примерно 1100, медное число меньше примерно 2,0, и более 4% волокон древесной целлюлозы имеют длину, взвешенную по длине, волокон меньше 2,0 мм. Содержание гемицеллюлозы измеряется путем анализа содержания сахара, основанного на стандарте TAPPI T249 hm-85. Кроме того, составы настоящего изобретения имеют каппа-число меньше 2, предпочтительно меньше 1. Наиболее предпочтительно составы настоящего изобретения содержат лигнин в количестве от следов до нуля. Содержание лигнина измеряется по тесту TAPPI Т236 cm-85.

Составы настоящего изобретения предпочтительно имеют одномодальное распределение значений степени полимеризации целлюлозы, когда отдельные значения степени полимеризации приблизительно нормально распределены вокруг одного, модального значения степени полимеризации, т.е. модальное значение степени полимеризации является значением степени полимеризации, которое наиболее часто встречается в пределах распределения. Распределение значений степени полимеризации целлюлозы может быть, однако, мультимодальным, т.е. распределением значений степени полимеризации, которое имеет несколько относительных максимумов. Мультимодальная, обработанная древесная целлюлоза настоящего изобретения может быть образована, например, путем смешивания двух и более одномодальных обработанных древесных целлюлоз настоящего изобретения, каждая из которых имеет собственное модальное значение степени полимеризации. Распределение значений степени полимеризации целлюлозы определяется посредством патентованных анализов, которые выполняет Thuring-isches Institut fur Textil-und Kunstoff Forschunge. V., Breitscheidstr. 97, D-07407 Rudolstadt, Германия.

Составы настоящего изобретения имеют больше 4% волокон древесной целлюлозы, взвешенных по длине, с длиной волокна менее 2,0 мм, так как сырьевым источником является опилки или древесина лиственных пород. Длина взвешенного по длине волокна является суммой длин волокон, разделенной на общую длину. Длина взвешенного по длине волокна достаточно надежно измеряется машиной FQA, модель LDA93-R704, с программным обеспечением версии 2.0, выпускаемой компанией Optest Company of Hawkesbury, Ontario, Канада.

Составы настоящего изобретения, которые были обработаны для уменьшения степени их полимеризации без значительного снижения содержания гемицеллюлозы в древесной целлюлозе, обладают желательно широким диапазоном распределения молекулярной массы, что свидетельствуется разницей между значениями R₁₀ и R₁₈ (ΔR), большей или равной примерно 2,8.

Кроме того, составы настоящего изобретения предпочтительно имеют относительно низкое содержание карбонила, что свидетельствуется медным числом меньше примерно 2,0, более предпочтительно меньше примерно 1,6 по измерению в соответствии со стандартом TAPPI T430. Кроме того, составы настоящего изобретения предпочтительно имеют содержание карбонила меньше примерно 60 мкмоль/г и содержание карбоксила меньше примерно 60 мкмоль/г и, более предпочтительно, содержание карбонила меньше 30 мкмоль/г и содержание карбоксила меньше примерно 30 мкмоль/г. Содержание карбоксильных и карбонильных групп измеряется посредством патентованных анализов, которые выполняет Thuringisches Institut fur Textil-und Kunstoff Forschunge. V., Breitscheidstr. 97, D-07407 Rudolstadt, Германия, именуемый ниже TITK.

Составы настоящего изобретения также предпочтительно обладают низким содержанием переходных металлов. Предпочтительно общее содержание переходных металлов в составах настоящего изобретения меньше 20 частей на миллион, более предпочтительно меньше 10 частей на миллион, измеренное посредством теста компании Weierhaeuser AM5-PULP-1/6010. Термин "общее содержание переходных металлов" относится к совокупным количествам, измеренным в частях на миллион, никеля, хрома, марганца, железа и меди. Предпочтительно содержание железа в составах настоящего изобретения составляет меньше 8 частей на миллион, более предпочтительно меньше 4 частей на миллион, измеренное посредством теста компании Weierhaeuser AM5-PULP-1/6010, и содержание меди в составах настоящего изобретения предпочтительно меньше 1,0 части на миллион, более предпочтительно меньше 0,5 части на миллион, измеренное посредством теста компании Weierhaeuser AM5-PULP-1/6010.

Составы настоящего изобретения легко растворимы в аминоксидах, включая третичные аминоксиды, такие как НММО или моногидрат НММО. Другими предпочтительными растворителями, которые могут быть смешаны в НММО или другим растворителем на основе третичного амина, являются диметилсульфоксид (ДМСО), диметилацетамид (ДМАЦ), диметилформамид (ДМФА) и производные капролактана. Предпочтительно составы настоящего изобретения полностью растворимы в моногидрате НММО менее чем за 10 мин, предпочтительно примерно за 5 мин и меньше или даже в пределах 2 мин при использовании порядка растворения, описанного в примере 2, ниже. Термин "полностью растворимы", при использовании в данном контексте, означает, что нерастворенные частицы не видны, когда прядильный раствор, образованный путем растворения составов настоящего изобретения в НММО, рассматривается под оптическим микроскопом со степенью увеличения от 40 до 100Х.

Первым предпочтительным вариантом осуществления обработанной древесной целлюлозы настоящего изобретения является обработанная щелочная целлюлоза, содержащая по меньшей мере 7% по массе гемицеллюлозы, имеющая медное число меньше примерно 2,0, причем целлюлоза имеет среднюю степень полимеризации примерно от 200 до примерно 1100, и больше 4% волокон целлюлозы имеют среднюю взвешенную по длине длину волокон меньше 2,0 мм.

Лиоселльные волокна, формованные из составов настоящего изобретения, содержат по меньшей мере примерно 5% по массе гемицеллюлозы, предпочтительно от примерно 5% по массе до примерно 22% по массе гемицеллюлозы, более предпочтительно от примерно 5% по массе до примерно 18% по массе гемицеллюлозы, наиболее предпочтительно от примерно 10% по массе до примерно 15% по массе гемицеллюлозы, причем целлюлоза имеет среднюю степень полимеризации от примерно 200 до примерно 1100, более предпочтительно от примерно 300 до примерно 1100, наиболее предпочтительно от примерно 400 до примерно 700, и содержание лигнина, дающее каппа-число меньше примерно 2,0 и, более предпочтительно, меньше примерно 1,0. Лиоселльные волокна настоящего изобретения изготовлены из обработанной целлюлозы, имеющей больше 4% волокон целлюлозы, имеющих взвешенную по длине длину волокон меньше 2,0 мм. Кроме того, лиоселльные волокна настоящего изобретения могут иметь одномодальное распределение значений степени полимеризации целлюлозы, хотя лиоселльные волокна настоящего изобретения могут также иметь мультимодальное распределение значений степени полимеризации целлюлозы, т.е. распределение значений степени полимеризации целлюлозы, которое имеет несколько относительных максимумов. Лиоселльные волокна настоящего изобретения, имеющие мультимодальное распределение значений степени полимеризации целлюлозы, могут быть сформованы, например, из смеси двух и более одномодальных обработанных целлюлоз настоящего изобретения, каждая из которых имеет отличающееся от других модальное значение степени полимеризации. Лиоселльные волокна настоящего изобретения могут иметь значение ΔR, большее или равное 2,8.

Предпочтительные лиоселльные волокна настоящего изобретения имеют медное число меньше примерно 2,0, более предпочтительно меньше примерно 1,6, измеренное по стандарту TAPPI T430. Кроме того, предпочтительные лиоселльные волокна настоящего изобретения имеют содержание карбонила меньше примерно 60 мкмоль/г и содержание карбоксила меньше примерно 60 мкмоль/г, более предпочтительно содержание карбонила меньше примерно 30 мкмоль/г и содержание карбоксила меньше примерно 30 мкмоль/г. Содержание карбоксильных и карбонильных групп измерено посредством патентованных анализов, которые выполняет Thuringisches Institut fur Textil-und Kunstoff Forschunge. V., Breitscheidstr. 97, D-07407 Rudolstadt, Германия. Кроме того, лиоселльные волокна настоящего изобретения имеют общее содержание переходных металлов меньше примерно 20 частей на миллион, более предпочтительно меньше примерно 10 частей на миллион, измеренное посредством теста компании Weierhaeuser AM5-PULP-1/6010. Термин "общее содержание переходных металлов" относится к совокупным количествам, измеренным в частях на миллион, никеля, хрома, марганца, железа и меди. Содержание железа в лиоселльных волокнах настоящего изобретения составляет меньше 8 частей на миллион, более предпочтительно меньше 4 частей на миллион, измеренное посредством теста компании Weierhaeuser AM5-PULP-1/6010, и содержание меди в лиоселльных волокнах настоящего изобретения предпочтительно меньше 1 части на миллион, более предпочтительно меньше 0,5 части на миллион, измеренное посредством теста компании Weierhaeuser AM5-PULP-1/6010.

Предпочтительные варианты осуществления лиоселльных волокон настоящего изобретения обладают желательными свойствами удлинения. Лиоселльные волокна настоящего изобретения обладают удлинением в сухом состоянии примерно от 8 до 20%. Лиоселльные волокна настоящего изобретения обладают удлинением во влажном состоянии примерно от 10 до 18%. Удлинение измерено посредством патентованных анализов, которые выполняет Thuringisches Institut fur Textil-und Kunstoff Forschunge. V., Breitscheidstr. 97, D-07407 Rudolstadt, Германия. Лиоселльные волокна, полученные из обработанных целлюлоз настоящего изобретения, обладают прочностью на разрыв в сухом состоянии примерно 20-48 сН/текс и прочностью на разрыв во влажном состоянии порядка 18-40 сН/текс, измеренной посредством патентованных анализов, которые выполняет Thuringisches Institut fur Textil-und Kunstoff Forschunge.

В еще одном аспекте настоящее изобретение представляет способы изготовления составов настоящего изобретения, которые могут, в свою очередь, быть сформованы в лиоселльные формованные объекты, такие как волокна или пленки. В данном аспекте настоящее изобретение представляет способ, который включает варку целлюлозы из сырья в варочном котле для получения небеленой щелочной целлюлозы и отличается тем, что сырьевой материал содержит древесные опилки в количестве от 0 до 100%, и последующий контакт щелочной древесной массы, содержащей целлюлозу и по меньшей мере примерно 7% гемицеллюлозы в щелочных условиях с количеством окислителя, достаточным для снижения средней степени полимеризации целлюлозы до диапазона примерно от 200 до 1100, предпочтительно до диапазона от примерно 300 до примерно 1100, более предпочтительно до диапазона от примерно 400 до примерно 700, без существенного уменьшения содержания гемицеллюлозы или увеличения медного числа. Древесные целлюлозы, которые должны быть обработаны согласно настоящему изобретению окислителем для достижения снижения степени полимеризации без существенного уменьшения содержания гемицеллюлозы или увеличения медного числа, как сказано выше, предпочтительно имеют каппа-число меньше 40, более предпочтительно меньше 30 и наиболее предпочтительно меньше 25 при первом контакте с окислителем. Содержание гемицеллюлозы уменьшается меньше чем на 50%, более предпочтительно меньше чем на 15% и наиболее предпочтительно меньше чем на 5%. Медное число увеличивается меньше чем на 50% и более предпочтительно меньше чем на 25%. Снижение средней степени полимеризации целлюлозы может происходить в присутствии соотношения магния с переходными металлами меньше 50%.

Эта обработка для снижения степени полимеризации может проходить до и после процесса варки, во время или после стадии беления в том случае, если стадия беления используется. Окислителем в щелочных условиях является любой окислитель, содержащий пероксидную группу, такой как пероксид водорода, кислород, диоксид хлора, озон и любое их сочетание. Предпочтительно окислителем является сочетание кислорода и пероксида водорода или только пероксид водорода. Дальнейшая стадия может включать контакт целлюлозной массы с источником щелочи, таким как гидроксид натрия, окисленный белый щелок, неокисленный белый щелок и любое их сочетание при показателе рН выше или около 8,0. После стадии контакта целлюлозы и окислителя для получения состава настоящего изобретения такой состав может быть растворен в любом из вышеуказанных растворителей для образования прядильного раствора. Составы настоящего изобретения легко растворимы в моногидрате НММО в течение 5 мин, предпочтительно в течение примерно 2 мин. Способ настоящего изобретения может быть осуществлен в варочном котле непрерывного действия, подходящим для опилок, таком как варочный котел "M&D" или "Pandia"; поэтому могут быть использованы опилки в любом количестве больше 0 до 100% от общего объема сырья. Альтернативно также могут быть использованы древесные стружки, имеющие волокна короткой длины, такие как древесина хвойных пород. Опилки, подходящие для использования в качестве сырья, содержат меньше или примерно 50% волокон, остающихся на сите с ячейкой 1/4 дюйма (6,35 мм), измеренные по стандарту TAPPI 233, предпочтительно меньше 30% и более предпочтительно меньше 15%. Альтернативно может быть использовано сырье, содержащее опилки и древесные стружки, в котором опилки составляют примерно 50 - 100% от общего объема сырья. Однако древесные стружки могут составлять весь объем сырья при условии, что трахеиды волокон сравнимы с трахеидами опилочных волокон.

Предпочтительно выход стадии снижения степени полимеризации настоящего изобретения больше примерно 95%, более предпочтительно больше примерно 98%. Выходом способа является сухая масса обработанной целлюлозы, полученной этим способом, деленная на сухую массу исходного древесно-массного материала, и полученный результат умножается на 100 и выражается в процентах (этот процент не включает объем потерь лигнина на данной стадии).

В еще одном аспекте настоящего изобретения способ изготовления лиоселльных волокон включает стадии (а) варки сырья в варочном котле для получения щелочной целлюлозы, в которой сырье содержит опилки в количестве от 0 до 100%; (b) контакт щелочной целлюлозы, содержащей целлюлозу и по меньшей мере примерно 7% гемицеллюлозы в щелочных условиях, с количеством окислителя, достаточным для снижения средней степени полимеризации целлюлозы до диапазона от примерно 200 до примерно 1100, предпочтительно до диапазона от примерно 200 до примерно 1100, без существенного уменьшения содержания гемицеллюлозы или увеличения медного числа целлюлозной массы; (с) формирование волокон из целлюлозной массы, обработанной в соответствии со стадией (b). В соответствии с этим аспектом настоящего изобретения лиоселльные волокна предпочтительно формуются способом, выбираемым из группы, включающей продувку раствора, центрифугальное формование, центробежное прядение и сухоструйный/мокрый способ.

В способе используется окислитель, выбираемый из группы, состоящей из химического вещества с пероксидной группой, пероксида водорода, кислорода, диоксида хлора, озона и любого их сочетания. Стадия снижения средней степени полимеризации целлюлозы происходит в присутствии соотношения магния с переходными металлами меньше 50%. Содержание гемицеллюлозы уменьшается меньше чем на примерно 15%, медное число увеличивается меньше чем на 25%, и стадия контакта может происходить при существенном отсутствии ингибитора разложения целлюлозы окислителем. Стадия контакта, кроме того, может проходить при рН больше примерно 8,0. Еще одна стадия способа может включать растворение целлюлозы в растворителе перед формованием волокон. Причем целлюлозная масса характеризуется тем, что она легко растворяется в моногидрате НММО в течение примерно 10 мин по тесту, проведенному в примере 3 настоящего описания изобретения.

В предпочтительном варианте осуществления способа согласно настоящему изобретению опилки используются в качестве сырья и подвергаются варке в варочном котле непрерывного действия "M&D" или "Pandia" при коротком времени варки и высокой температуре для получения щелочной целлюлозы. Опилки являются широко доступным, часто утилизируемым побочным продуктом. При объединении способа непрерывной варки опилок с последующей обработкой целлюлозной массы согласно настоящему изобретению активированные растворяющиеся сорта целлюлозы могут быть произведены с меньшими расходами, чем традиционные растворяющиеся сорта целлюлозы с высоким содержанием альфа-целлюлозы. Таким образом посредством использования опилок достигается сокращение площади свалок и сохранение природных ресурсов. Целлюлоза и лиоселльные волокна согласно настоящему изобретению могут быть изготовлены из любого сырья, содержащего до 100% опилок. Опилки для изготовления целлюлозы и волокон измеряются по стандарту TAPPI 233 и могут включать примерно 50% волокон, задерживаемых на сите с размером ячейки 1/4 дюйма (6,35 мм).

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Вышеизложенные аспекты и многие из сопутствующих преимуществ настоящего изобретения станут более понятны и могут быть оценены по ссылке на нижеприве