Использование поверхностно-активного вещества для обработки пульпы и улучшение введения крафт-пульпы в волокно для получения вискозы и других вторичных волокнистых продуктов

Использование поверхностно-активного вещества для обработки пульпы и улучшение введения крафт-пульпы в волокно для получения вискозы и других вторичных волокнистых продуктов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Данное изобретение относится к модифицированному крафт-волокну, имеющему улучшенную характеристику распределения. В частности, данное изобретение относится к волокну из мягкой древесины, например, волокну из ложной сосны, которое имеет уникальную систему характеристик, к улучшению его характеристик по сравнению с другим волокном, полученным из крафт-целлюлозы, и к его использованию в применениях, которые ограничены дорогостоящими волокнами (например, хлопок или сульфитная целлюлоза с высоким альфа-содержанием). Еще более конкретно, данное изобретение относится к крафт-пульпе, которая обрабатывается одним или более поверхностно-активных веществ для увеличения заменимости ею дорогостоящих волокон.

Данное изобретение относится к химически модифицированному целлюлозному волокну, полученному из отбеленной мягкой древесины, которая имеет вязкость, делающую ее подходящей для использования в качестве химического целлюлозного исходного материала в получении целлюлозных производных, включая простые эфиры целлюлозы, сложные эфиры целлюлозы и вискозу.

Данное изобретение также относится к способам получения описанного улучшенного волокна. Волокно, как описано, подвергается уникальной варке и уникальной кислородной делигнификации с последующим отбеливанием и применением поверхностно-активного вещества в пульпе.

В одном варианте волокно также может быть подвергнуто обработке каталитического окисления. В указанных вариантах волокно может быть окислено комбинацией пероксида водорода и железа или меди и затем дополнительно отбелено с обеспечением волокна с подходящими характеристиками степени белизны, например, со степенью белизны, сравнимой со стандартным отбеленным волокном. Кроме того, рассматривается, по меньшей мере, один способ, который может обеспечить выигрышные характеристики, указанные выше, без введения стадий с дополнительными затратами постобработки отбеленного волокна. В данном менее затратном варианте волокно может быть окислено в одну стадию крафт-способа, такую как крафт-способ отбеливания. Кроме того, дополнительный вариант относится к способу, содержащему пятистадийное отбеливание, содержащее последовательность D₀E1D1E2D2, где стадия четыре (Е2) содержит обработку каталитического окисления.

Наконец, данное изобретение относится к вторичным химическим продуктам, например, вискозе, простым эфирам целлюлозы, сложным эфирам целлюлозы, полученным с использованием улучшенного модифицированного крафт-волокна, как описано.

Целлюлозное волокно и производные широко используются в бумаге, впитывающей продукции, в пищевых и родственных применениях, в фармацевтической отрасли и в промышленных применениях. Главными источниками целлюлозного волокна являются древесная целлюлоза и хлопок. Источник целлюлозы и условия переработки целлюлозы обычно определяют характеристики целлюлозного волокна, а поэтому применимость волокна в некоторых конечных применениях. Существует необходимость в целлюлозном волокне, которое является относительно недорогостоящим в переработке, еще является высоко универсальным, что дает возможность использовать его в ряде применений. В частности, имеется необходимость в дешевом крафт-волокне, которое может легко заменять в высоких количествах более дорогостоящее волокно в получении производных целлюлозы, например, вискозы.

Крафт-волокно, полученное способом химической крафт-варки, обеспечивает недорогостоящий источник целлюлозного волокна, которое обычно обеспечивает конечные продукты с хорошими степенью белизны и прочностными характеристиками. Как таковое обычно оно широко используется в бумажных применениях. Однако стандартное крафт-волокно имеет ограниченную применимость в применениях ниже по потоку, таких как получение производных целлюлозы, благодаря химической структуре целлюлозы, полученной в результате стандартной крафт-варки и отбеливанию. Обычно стандартное крафт-волокно содержит слишком много остаточной гемицеллюлозы и других естественно имеющихся материалов, которые могут препятствовать последующей физической и/или химической модификации волокна. Кроме того, стандартное крафт-волокно имеет ограниченную химическую функциональность и обычно является жестким и имеет невысокую сжимаемость.

В стандартном крафт-способе химический реагент, называемый «белым щелоком», объединяется с древесной щепой в варочном котле для проведения делигнификации. Делигнификация относится к способу, в котором лигнин, связанный с целлюлозным волокном, удаляется благодаря его высокой растворимости в горячем щелочном растворе. Данный способ часто называется «варкой». Обычно белый щелок представляет собой щелочной водный раствор гидроксида натрия (NaOH) и сульфида натрия (Na₂S). В зависимости от используемых частиц древесины и желаемого конечного продукта белый щелок вводится в древесную щепу в достаточном количестве для обеспечения желаемой общей щелочной загрузки по отношению к сухой массе древесины.

Обычно температура смеси древесина/щелок в варочном котле поддерживается при примерно 145-170°C в течение общего времени реакции примерно 1-3 ч. Когда варка заканчивается, полученная древесная крафт-пульпа отделяется от отработанного щелока (черный щелок), который содержит используемые химические вещества и растворенный лигнин. Обычно черный щелок сжигается в крафт-способе извлечения для извлечения химических соединений натрия и серы для повторного использования.

На данной стадии крафт-пульпа показывает характерный коричневатый цвет благодаря остаткам лигнина, которые остаются на целлюлозном волокне. После варки и промывки волокно часто отбеливается с удалением дополнительного лигнина и побелением и осветлением волокна. Поскольку химические вещества отбеливания являются намного более дорогостоящими, чем химические вещества варки, обычно как можно много лигнина удаляется в процессе варки. Однако понятно, что указанные способы должны быть сбалансированы, поскольку удаление слишком большого количества лигнина может увеличить разрушение целлюлозы. Типичное каппа-число (мера, используемая для определения количества остаточного лигнина в целлюлозе) мягкой древесины после варки и перед отбеливанием находится в интервале 28-32.

После варки и промывки волокно обычно отбеливается в многостадийных последовательностях, которые традиционно содержат сильно кислотные и сильно щелочные стадии отбеливания, включая, по меньшей мере, одну щелочную стадию в конце или вблизи конца последовательности отбеливания. Отбеливание древесной целлюлозы обычно проводится с целью селективного увеличения белизны или степени белизны целлюлозы, обычно при удалении лигнина и других примесей, без отрицательного изменения физических свойств. Отбеливание химических целлюлоз, таких как крафт-целлюлозы, обычно требует нескольких различных стадий для достижения желаемой степени белизны с хорошей селективностью. Обычно последовательность отбеливания использует стадии, проводимые при чередующихся интервалах рН. Указанное чередование способствует удалению примесей, образованных в последовательности отбеливания, например, при солюбилизации продуктов разрушения лигнина. Таким образом, обычно ожидается, что использование ряда кислотных стадий в последовательности отбеливания, такой как три кислотные стадии в последовательности, не обеспечивают такую же степень белизны, как чередование кислотных/щелочных стадий, таких как кислотная-щелочная-кислотная стадии. Например, типичная DEDED-последовательность дает продукт с большей степенью белизны, чем DEDAD-последовательность (где А относится к кислотной обработке).

Целлюлоза существует обычно как полимерная цепь, содержащая от сотен до десятков тысяч звеньев глюкозы. Целлюлоза может быть окислена с модификацией ее функциональности. Известны различные способы окисления целлюлозы. При окислении целлюлозы гидроксильные группы гликозидов целлюлозных цепей могут быть превращены, например, в карбонильные группы, такие как альдегидные группы или карбоксильные кислотные группы. В зависимости от используемых способа окисления и условий тип, степень и месторасположение карбонильных модификаций могут варьироваться. Известно, что некоторые условия окисления могут деструктировать сами целлюлозные цепи, например, при расщеплении гликозидных колец в целлюлозной цепи, что дает деполимеризацию. В большинстве случаев деполимеризованная целлюлоза не только имеет сниженную вязкость, но также имеет более короткую длину волокна, чем исходный целлюлозный материал. Когда целлюлоза подвергается деструкции, как при деполимеризации и/или значительном снижении длины волокна и/или прочности волокна, она может быть трудной для переработки и/или может быть неподходящей для многих применений ниже по потоку. Сохраняется необходимость в способах модификации целлюлозного волокна, которые могут улучшить и функциональности карбоновой кислоты, и альдегида, которые способы не значительно разрушают целлюлозное волокно.

Были сделаны различные попытки по окислению целлюлозы для обеспечения как карбоновокислотной, так и альдегидной функциональности целлюлозной цепи без разрушения целлюлозного волокна. Во многих способах окисления целлюлозы трудно контролировать или ограничивать разрушение целлюлозы, когда альдегидные группы присутствуют на целлюлозе. Предыдущие попытки по решению указанных вопросов включали использование многостадийных способов окисления, например, модификацию некоторых карбонильных групп на определенном участке в одну стадию, и окисление других гидроксильных групп на другой стадии, и/или обеспечение усредняющих агентов и/или защитных агентов, каждый из которых может придать излишнюю стоимость, и побочных продуктов в способе окисления целлюлозы. Таким образом, существует необходимость в способах модификации целлюлозы, которые являются экономически эффективными и/или могут быть осуществлены в одну стадию способа, такого как крафт-способ.

Помимо трудностей регулирования химической структуры продуктов окисления целлюлозы и разрушения указанных продуктов известно, что способ окисления может влиять на другие свойства, включая химические и физические свойства и/или примеси в конечных продуктах. Например, способ окисления может влиять на степень кристалличности, содержание гемицеллюлозы, цвет и/или уровни примесей в конечном продукте и характеристики пожелтения волокна. В конечном счете способ окисления может придать способность перерабатывать целлюлозный продукт для промышленных и/или других применений.

Традиционно источники крафт-целлюлозы, которые использовались в получении впитывающих продуктов или тканей, не были также используемыми в получении производных целлюлозы ниже по потоку, таких как вискоза, простые эфиры целлюлозы и сложные эфиры целлюлозы. Получение производных целлюлозы с низкой вязкостью из исходных целлюлозных материалов с высокой вязкостью, таких как стандартное крафт-волокно, поэтому требует дополнительных стадий изготовления, что добавляет значительную стоимость с приданием нежелательных побочных продуктов и снижением общего качества производного целлюлозы. Хлопковые очесы и сульфитные целлюлозы с высоким содержанием альфа-целлюлозы обычно используются для получения производных целлюлозы, таких как простые эфиры целлюлозы и сложные эфиры целлюлозы. Однако получение хлопковых очесов и сульфитного волокна с высокой степенью полимеризации ((СП)(DP)) и/или вязкостью является дорогостоящим благодаря 1) стоимости исходного материала в случае хлопка; 2) высоких затрат на энергию, химические вещества и экологию получения пульпы и отбеливания в случае сульфитных целлюлоз; и 3) требуемым способам интенсивной очистки, которые применяются в обоих случаях. Помимо высокой стоимости имеется ухудшающееся снабжение сульфитными целлюлозами, доступными на рынке. Поэтому указанные волокна являются очень дорогостоящими и имеют ограниченную применимость в применениях для целлюлозы и бумаги, например, когда могут требоваться целлюлозы с высокой чистотой или высокой вязкостью. Для изготовителей производных целлюлозы указанные целлюлозы составляют значительную часть общих затрат на их изготовление. Таким образом, существует потребность в высокочистых, белых, блестящих, стабильных, не желтеющих, дешевых волокнах, таких как крафт-волокно, которые могут использоваться в качестве заменителя дорогостоящего исходного волокна в получении производных целлюлозы. В частности, имеется потребность в волокне, которое может заменить высокий процент дорогостоящих волокон, которые требуются в настоящее время для получения производных целлюлозы.

Имеется также потребность в недорогостоящих целлюлозных материалах, которые могут использоваться в получении микрокристаллической целлюлозы. Микрокристаллическая целлюлоза широко используется в пищевых, фармацевтических, косметических и промышленных применениях и является очищенной кристаллической формой частично деполимеризованной целлюлозы. Использование крафт-волокна в получении микрокристаллической целлюлозы без введения дорогостоящих технологических стадий после отбеливания является поэтому ограниченным. Получение микрокристаллической целлюлозы обычно требует высоко очищенного исходного целлюлозного материала, который является кислотногидролизованным для удаления аморфных сегментов целлюлозной цепи. См. патент США №2978446 (Battista et al.) и патент США №5346589 (Braunstein et al.). Степень полимеризации цепей при удалении аморфных сегментов целлюлозы, названная «выравненной СП», является часто исходной точкой получения микрокристаллической целлюлозы и ее числовое значение зависит, главным образом, от источника и переработки целлюлозных волокон. Растворение некристаллических сегментов стандартного крафт-волокна обычно разрушает волокно в степени, которая делает его не подходящим для большинства применений благодаря, по меньшей мере, одному из следующего: 1) остаточные примеси; 2) потеря достаточно длинных кристаллических сегментов; или 3) получение целлюлозного волокна, имеющего слишком высокую степень полимеризации, обычно в интервале 200-400, что делает его используемым в получении микрокристаллической целлюлозы. Крафт-волокно, имеющее повышенное содержание альфа-целлюлозы, было бы желательным, т.к. крафт-волокно может обеспечить большую гибкость в получении и применениях микрокристаллической целлюлозы.

В настоящем изобретении волокно, обработанное поверхностно-активным веществом, имеющее ультранизкую вязкость, может быть получено с получением целлюлозы, имеющей улучшенные свойства, которая может быть более легко введена в дорогостоящую волокнистую целлюлозу, используемую в получении химической целлюлозы, например, вискозы. Указанная обработка поверхностно-активным веществом улучшает введение, позволяя больше крафт-волокну быть заменителем дорогостоящих хлопковых очесов и сульфитных целлюлоз.

Способы настоящего изобретения дают продукты, которые имеют характеристики, которые не видны в волокнах-прототипах. Таким образом, способы изобретения могут быть использованы для получения продуктов, которые являются лучше продуктов-прототипов. Кроме того, волокно настоящего изобретения может получаться экономически эффективно.

Краткое описание чертежей

На фигуре 1 представлена графическая зависимость плотности целлюлозного волокна как функции усилия сжатия.

На фигуре 2 представлена графическая зависимость драпируемости как функции плотности.

На фигуре 3 представлена графическая зависимость фильтруемости как функции количества поверхностно-активного вещества, введенного в целлюлозу.

На фигуре 4 представлена таблица, показывающая свойства образца волокна, когда обработанное поверхностно-активным веществом волокно изобретения используется в получении вискозы.

На фигуре 5 представлена таблица, показывающая дополнительные характеристики получения обработанного поверхностно-активным веществом волокна изобретения, используемого в получении вискозы.

Подробнее описание изобретения

I. Способы

Настоящее изобретение предусматривает новые способы получения целлюлозного волокна. Способ содержит прохождение целлюлозой стадии крафт-варки, стадии кислородной делигнификации и последовательности отбеливания, которая в некоторых вариантах может содержать, по меньшей мере, одну стадию каталитического окисления, за которой следует, по меньшей мере, одна стадия отбеливания, и обработки поверхностно-активным веществом. В одном варианте волокно подвергается рассмотренным варке, делигнификации и отбеливанию без каталитического окисления с получением в результате волокна, которое, будучи обработано поверхностно-активным веществом, может заменять дорогостоящие хлопковое волокно или сульфитную целлюлозу в большей степени и с большей легкостью, чем было известно до этого. В другом варианте волокно подвергается рассмотренным варке, делигнификации и отбеливанию с каталитическим окислением с получением в результате волокна, которое, будучи обработано поверхностно-активным веществом, может заменять дорогостоящие хлопковое волокно или сульфитную целлюлозу в большей степени и с большей легкостью, чем было известно до этого, но которое также показывает высокую степень белизны и низкую вязкость при снижении тенденции волокна к пожелтению при воздействии тепла, света и/или химической обработки.

Целлюлозное волокно, используемое в способах, описанных здесь, может быть производным от волокна из мягкой древесины, волокна из твердой древесины и их смесей. В некоторых вариантах модифицированное целлюлозное волокно является производным из мягкой древесины из любого известного источника, включая (но не ограничиваясь этим) сосну, ель и пихту. В некоторых вариантах модифицированное целлюлозное волокно является производным из твердой древесины, такой как эвкалипты. В некоторых вариантах модифицированное целлюлозное волокно является производным из смеси мягкой древесины и твердой древесины. В еще другом варианте модифицированное целлюлозное волокно является производным из целлюлозного волокна, которое предварительно было подвергнуто всему или части крафт-способа, т.е. крафт-волокна.

Ссылки в данном рассмотрении на «целлюлозное волокно», «крафт-волокно», «волокно пульпы» или «пульпу» являются взаимозаменяемыми, за исключением того, где специально указано различие, или где специалист в данной области техники будет понимать, чем они отличаются. Как использовано здесь, термин «модифицированное крафт-волокно», т.е. волокно, которое было сварено, отбелено и окислено в соответствии с настоящим рассмотрением, может быть использован взаимозаменяемо с терминами «крафт-волокно» или «волокно пульпы» в степени, которая определяется контекстом.

Настоящее изобретение предусматривает новые способы обработки целлюлозного волокна. В некоторых вариантах изобретение предусматривает способ модификации целлюлозного волокна, содержащий обеспечение целлюлозного волокна и окисление целлюлозного волокна. Как использовано здесь, термины «окисленный», «каталитически окисленный», «каталитическое окисление» и «окисление» все должны пониматься как взаимозаменяемые и относятся к обработке целлюлозного волокна, по меньшей мере, одним металлическим катализатором, таким как железо или медь, и, по меньшей мере, одним пероксидом, таким как пероксид водорода, так что, по меньшей мере, часть гидроксильных групп целлюлозных волокон окисляются. Выражение «железо или медь» и аналогично «железо (или медь)» означает «железо или медь или их комбинация». В некоторых вариантах окисление содержит одновременно увеличение содержания в целлюлозном волокне групп карбоновой кислоты и альдегида.

В одном способе целлюлоза, предпочтительно, ложная сосна, варится в гидравлическом варочном котле с двумя сосудами c использованием Lo-Slids-варки до каппа-числа от примерно 17 до примерно 21. Получаемая пульпа подвергается кислородной делигнификации до тех пор, пока она не достигнет каппа-числа около 8 или ниже. Целлюлозная пульпа затем отбеливается в многостадийной последовательности отбеливания, которая может содержать, по меньшей мере, одну стадию каталитического окисления перед конечной стадией отбеливания.

В одном варианте способ содержит варку целлюлозного волокна в варочном котле непрерывного действия с параллельным идущим вниз потоком. Эффективная щелочь ((ЭЩ)(ЕА)) загрузки белого щелока составляет, по меньшей мере, около 15% на пульпу, например, по меньшей мере, около 15,5% на пульпу, например, по меньшей мере, около 16% на пульпу, например, по меньшей мере, около 16,4% на пульпу, например, по меньшей мере, около 17% на пульпу. Как использовано здесь, «% на пульпу» относится к количеству по отношению к сухой массе крафт-пульпы. В одном варианте загрузка белого щелока делится на часть белого щелока, используемую с целлюлозой в пропиточном аппарате, а остальная часть белого щелока используется с пульпой в варочном котле. Согласно одному варианту белый щелок используется в соотношении 50:50. В другом варианте белый щелок используется в интервале от 90:10 до 30:70, например, в интервале от 50:50 до 70:30, например, 60:40. Согласно одному варианту белый щелок вводится в варочный котел на ряде стадий. Согласно одному варианту варка проводится при температуре в интервале от примерно 160°C до примерно 168°C, например, от примерно 163°C до примерно 168°C, например, от примерно 166°C до примерно 168°C, и целлюлоза обрабатывается до достижения каппа-числа в интервале от примерно 17 до примерно 21. Считается, что более высокая, чем обычная, эффективная щелочь (ЭЩ) и более высокие температуры, чем используемые в прототипе, дают более низкое, чем обычное, каппа-число.

Согласно одному варианту изобретения варочный котел работает с увеличением течения толчками, что увеличивает соотношение жидкость : древесина, когда целлюлозное волокно поступает в варочный котел. Считается, что указанное введение белого щелока способствует поддержанию варочного котла при гидравлическом равновесии и способствует достижению условия непрерывного течения вниз в варочном котле. В одном варианте способ содержит кислородную делигнификацию целлюлозного волокна после того, как оно сварится до каппа-числа от примерно 17 до примерно 21 с дополнительным снижением содержания лигнина и дополнительным снижением каппа-числа перед отбеливанием. Кислородная делигнификация может быть осуществлена любым способом, известным специалистам в данной области техники. Например, кислородная делигнификация может быть выполнена в традиционном двухстадийном способе кислородной делигнификации. Преимущественно кислородная делигнификация выполняется до заданного каппа-числа примерно 8 или ниже или, более предпочтительно, до примерно 6-8.

В одном варианте в процессе кислородной делигнификации подаваемый кислород составляет менее примерно 3% на пульпу, например, менее примерно 2,4% на пульпу, например, менее примерно 2% на пульпу. Согласно одному варианту в процессе кислородной делигнификации в целлюлозу вводится свежая каустическая сода. Свежая каустическая сода может вводиться в количестве от примерно 2,5% на пульпу до примерно 3,8% на пульпу, например, от примерно 3% на пульпу до примерно 3,2% на пульпу. Согласно одному варианту соотношение кислород:(каустическая сода) снижается по сравнению со стандартным крафт-способом, однако абсолютное количество кислорода остается таким же. Кислородная делигнификация может выполняться при температуре от примерно 93°C до примерно 104°C, например, от примерно 96°C до примерно 102°C, например, от примерно 98°C до примерно 99°C.

После того, как волокно достигает каппа-числа примерно 8 или менее, волокно подвергается многостадийной последовательности отбеливания. Стадии многостадийной последовательности отбеливания могут содержать любые традиционные или после изобретения ряды стадий и могут проводиться в традиционных условиях. В по меньшей мере одном варианте многостадийная последовательность отбеливания представляет собой пятистадийную последовательность отбеливания. В некоторых вариантах последовательность отбеливания представляет собой DEDED-последовательность. В некоторых вариантах последовательность отбеливания представляет собой D₀E1D1E2D2-последовательность. В некоторых вариантах последовательность отбеливания представляет собой D₀(EoP)D1E2D2-последовательность. В некоторых вариантах последовательность отбеливания представляет собой D₀(EO)D1E2D2-последовательность.

В некоторых вариантах перед отбеливанием рН целлюлозы регулируется до рН в интервале от примерно 2 до примерно 6, например, от примерно 2 до примерно 5 или от примерно 2 до примерно 4, или от примерно 2 до примерно 3.

Значение рН может регулироваться с использованием любой подходящей кислоты, как известно специалистам в данной области техники, например, серной кислоты или хлористоводородной кислоты или фильтрата со стадии кислотного отбеливания способа отбеливания, такой как стадия (D) диоксида хлора многостадийного способа отбеливания. Например, целлюлозное волокно может быть подкислено введением внешней кислоты. Примеры внешних кислот известны в технике и включают в себя (но не ограничиваясь этим) серную кислоту, хлористоводородную кислоту и угольную кислоту. В некоторых вариантах целлюлозное волокно подкисляется кислотным фильтратом, таким как сбросовый фильтрат, со стадии отбеливания. По меньшей мере, в одном варианте целлюлозное волокно подкисляется кислотным фильтратом со стадии D многостадийного способа отбеливания.

В некоторых вариантах описанное волокно подвергается обработке каталитического окисления. В некоторых вариантах волокно окисляется с железом или медью и затем дополнительно отбеливается с обеспечением волокна с превосходными характеристиками степени белизны. Согласно данному варианту многостадийной последовательностью отбеливания может быть любая последовательность отбеливания, которая не содержит щелочную стадию отбеливания после стадии окисления. По меньшей мере, в одном варианте многостадийная последовательность отбеливания представляет собой пятистадийную последовательность отбеливания. В некоторых вариантах последовательность отбеливания представляет собой DEDED-последовательность. В некоторых вариантах последовательность отбеливания представляет собой D₀E1D1E2D2-последовательность. В некоторых вариантах последовательность отбеливания представляет собой D₀(EoP)D1E2D2-последовательность. В некоторых вариантах последовательность отбеливания представляет собой D₀(EO)D1E2D2-последовательность.

В некоторых вариантах способ содержит окисление целлюлозного волокна в одну или более стадий многостадийной последовательности отбеливания. В некоторых вариантах способ содержит окисление целлюлозного волокна в одну стадию многостадийной последовательности отбеливания. В некоторых вариантах способ содержит окисление целлюлозного волокна в конце или вблизи конца многостадийной последовательности отбеливания. В некоторых вариантах способ содержит, по меньшей мере, одну стадию отбеливания после стадии окисления. В некоторых вариантах способ содержит окисление целлюлозы на четвертой стадии пятистадийной последовательности отбеливания.

Как рассмотрено выше, в соответствии с изобретением окисление целлюлозного волокна содержит обработку целлюлозного волокна, по меньшей мере, каталитическим количеством металлического катализатора, такого как железо или медь, и пероксидом, таким как пероксид водорода. По меньшей мере, в одном варианте способ содержит окисление целлюлозного волокна железом и пероксидом водорода. Источником железа может быть любой подходящий источник, как известно специалистам в данной области техники, такой как, например, сульфат двухвалентного железа (например, гептагидрат сульфата двухвалентного железа), хлорид двухвалентного железа, аммонийсульфат двухвалентного железа, хлорид трехвалентного железа, аммонийсульфат трехвалентного железа или аммонийцитрат трехвалентного железа.

В некоторых вариантах способ содержит окисление целлюлозного волокна медью и пероксидом водорода. Аналогично источником меди может быть любой подходящий источник, как известно специалистам в данной области техники. Наконец, в некоторых вариантах способ содержит окисление целлюлозного волокна комбинацией меди и железа и пероксида водорода.

Когда целлюлозное волокно окисляется на стадии отбеливания, целлюлозное волокно не должно подвергаться воздействию по существу щелочных условий в способе отбеливания в процессе или после окисления. В некоторых вариантах способ содержит окисление целлюлозного волокна при кислотном рН. В некоторых вариантах способ содержит обеспечение целлюлозного волокна, подкисление целлюлозного волокна и затем окисление целлюлозного волокна при кислотном рН. В некоторых вариантах рН находится в интервале от примерно 2 до примерно 6, например, от примерно 2 до примерно 5 или от примерно 2 до примерно 4.

Неокислительные стадии многостадийной последовательности отбеливания могут включать любые обычные или после изобретения ряды стадий, осуществляемых в обычных условиях, при условии использования для получения модифицированного волокна, описанного в настоящем описании, нещелочная стадия отбеливания может следовать за стадией окисления.

В некоторых вариантах окисление вводится на четвертой стадии многостадийного способа отбеливания. В некоторых вариантах способ осуществляется в пятистадийном способе отбеливания, имеющем последовательность D₀E1D1E2D2, и четвертая стадия (Е2) используется для окисления крафт-волокна.

В некоторых вариантах каппа-число увеличивается после окисления целлюлозного волокна. В частности, ожидается снижение каппа-числа после указанной стадии отбеливания на основе ожидаемого снижения материала, такого как лигнин, который взаимодействует с перманганатным реагентом. Однако в описанном здесь способе каппа-число целлюлозного волокна может снижаться благодаря потерям примесей, например, лигнина, однако, каппа-число может увеличиваться благодаря химической модификации волокна. Без желания быть связанным теорией предполагается, что увеличенная функциональность модифицированной целлюлозы обеспечивает дополнительные участки, которые могут взаимодействовать с перманганатным реагентом. Соответственно, каппа-число модифицированного крафт-волокна повышается по сравнению с каппа-числом стандартного крафт-волокна.

По меньшей мере, в одном варианте окисление имеет место в одну стадию последовательности отбеливания после того, как вводятся как железо или медь, так и пероксид, и обеспечивается некоторое время удерживания. Подходящее удерживание представляет собой количество времени, которое является достаточным для катализирования пероксида водорода железом или медью. Такое время является легко устанавливаемым специалистом в данной области техники.

В соответствии с изобретением окисление проводится в течение времени и при температуре, которые являются достаточными для получения желательного выполнения реакции. Например, окисление может быть проведено при температуре в интервале от примерно 60 до примерно 80°C и в течение времени в интервале от примерно 40 до примерно 80 мин. Требуемые время и температура реакции окисления легко определяются специалистом в данной области техники.

Согласно одному варианту целлюлоза подвергается D(EoP)DE2D-последовательности отбеливания. Согласно данному варианту первая D стадия (D₀) последовательности отбеливания осуществляется при температуре, по меньшей мере, примерно 57°C, например, по меньшей мере, примерно 60°C, например, по меньшей мере, примерно 66°C, например, по меньшей мере, примерно 71°C, и при рН ниже примерно 3, например, примерно 2,5. Диоксид хлора применяется в количестве более примерно 0,6% на пульпу, например, более примерно 0,8% на пульпу, например, более примерно 0,9% на пульпу. Кислота применяется в целлюлозе в количестве, достаточном для поддержания рН, например, в количестве, по меньшей мере, примерно 1% на пульпу, например, по меньшей мере, примерно 1,15% на пульпу, например, по меньшей мере, примерно 1,25% на пульпу.

Согласно одному варианту первая Е стадия (Е₁) осуществляется при температуре, по меньшей мере, примерно 74°C, например, по меньшей мере, примерно 77°C, например, по меньшей мере, примерно 79°C, например, по меньшей мере, примерно 82°C, и при рН выше примерно 11, например, примерно 11,2, например, примерно 11,4. Каустическая сода применяется в количестве более примерно 0,7% на пульпу, например, более примерно 0,8% на пульпу, например, примерно 1,0% на пульпу. Кислород вводится в целлюлозу в количестве, по меньшей мере, примерно 0,48% на пульпу, например, по меньшей мере, примерно 0,5% на пульпу, например, по меньшей мере, примерно 0,53% на пульпу. Пероксид водорода вводится в целлюлозу в количестве, по меньшей мере, примерно 0,35% на пульпу, например, по меньшей мере, примерно 0,37% на пульпу, например, по меньшей мере, примерно 0,38% на пульпу, например, по меньшей мере, примерно 0,4% на пульпу, например, по меньшей мере, примерно 0,45% на пульпу. Специалистам в данной области техники известно, что любое известное пероксидное соединение может быть использовано взамен части или всего пероксида водорода.

Согласно одному варианту изобретения каппа-число после D(EoP) стадии составляет примерно 2,2 или менее.

Согласно одному варианту вторая D стадия (D₁) осуществляется при температуре, по меньшей мере, примерно 74°C, например, по меньшей мере, примерно 77°C, например, по меньшей мере, примерно 79°C, например, по меньшей мере, примерно 82°C, и при рН ниже примерно 4, например, ниже 3,5, например, ниже 3,2. Диоксид хлора применяется в количестве менее примерно 1% на пульпу, например, менее примерно 0,8% на пульпу, например, примерно 0,7% на пульпу. Каустическая сода вносится в целлюлозу в количестве, эффективном для регулирования до желаемого рН, например, в количестве менее примерно 0,015% на пульпу, например, менее примерно 0,01% на пульпу, например, примерно 0,0075% на пульпу. Вязкость по TAPPI (ТОЦБП) (Техническое общество целлюлозно-бумажной промышленности) после указанной стадии отбеливания может составлять, например, 9-12 мПа.с.

Согласно одному варианту вторая Е стадия (Е₂) осуществляется при температуре, по меньшей мере, примерно 74°C, например, по меньшей мере, примерно 79°C, и при рН выше примерно 2,5%, например, выше 2,9, например, примерно 3,3. Железный катализатор вводится, например, в водный раствор в степени от примерно 25 до примерно 100 ч./млн Fe⁺², например, от 25 до 75 ч./млн, например, от 50 до 75 ч./млн железа на пульпу. Пероксид водорода применяется в целлюлозе в количестве менее примерно 0,5% на пульпу. Специалистам в данной области техники известно, что любое известное пероксидное соединение может быть использовано взамен части или всего пероксида водорода.

В соответствии с изобретением пероксид водорода вводится в целлюлозное волокно в кислотной среде в количестве, достаточном для достижения требуемого окисления и/или степени полимеризации, и/или вязкости конечного целлюлозного продукта. Например, пероксид может быть введен как раствор при концентрации от примерно 1 до примерно 50% мас. в количестве от примерно 0,1 до примерно 0,5% или от примерно 0,1% до примерно 0,3%, или от примерно 0,1% до примерно 0,2%, или от примерно 0,2% до примерно 0,3% по отношению к сухой массе пульпы.

Железо или медь вводятся, по меньшей мере, в количестве, достаточном для катализирования окисления целлюлозы пероксидом. Например, железо может быть введено в количестве в интервале от примерно 25 до примерно 100 ч./млн по отношению к сухой массе крафт-пульпы, например, от 25 до 75 ч./млн, например, от 50 до 75 ч./млн. Специалист в данной области техники способен легко оптимизировать количество железа или меди для достижения желаемого уровня или количества окисления, и/или степени полимеризации, и/или вязкости конечного целлюлозного продукта.

В некоторых в