Крафт-волокно с низкой вязкостью, имеющее повышенное содержание карбоксильных групп, и способы его получения и применения

Крафт-волокно с низкой вязкостью, имеющее повышенное содержание карбоксильных групп, и способы его получения и применения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

[001] Настоящее изобретение относится к окисленному, подвергнутому кислотной обработке крафт-волокну, имеющему повышенное содержание карбоксильных групп, обеспечивающему, помимо всего прочего, улучшенную способность влагопоглощения, повышенную прочность во влажном и сухом состояниях, улучшенные характеристики стойкости к пожелтению, и более низкое значение рН. Более конкретно, настоящее изобретение относится к крафт-волокну, например волокну из мягкой древесины, которое было окислено для создания уникального комплекса характеристик, улучшения его технических свойств по сравнению с необработанным волокном и прочим обработанным волокном.

[002] Кроме того, настоящее изобретение относится к химически модифицированному целлюлозному волокну, образованному из отбеленной мягкой древесины, которое имеет повышенное содержание карбоксильных групп, делая его пригодным для применения в качестве распушенной целлюлозы в абсорбентных изделиях, и в других вариантах применения для товаров широкого потребления, и в некоторых применениях в качестве химического сырьевого целлюлозного материала для получения производных целлюлозы, включающих простые эфиры целлюлозы, сложные эфиры целлюлозы, и вискозу.

[003] Настоящее изобретение также относится к способам получения описываемого улучшенного волокна. Волокно подвергают варке и кислородной делигнификации, с последующим отбеливанием. Как правило, волокно подвергают каталитической окислительной обработке и карбоксилирующей кислотной обработке. В некоторых вариантах осуществления волокно подвергают окислению комбинацией пероксида водорода и железа или меди, и затем дополнительно отбеливают для получения волокна с надлежащими характеристиками яркости, например, яркости, сравнимой со стандартным отбеленным волокном. В одном варианте осуществления волокно может быть окислено в крафт-процессе, таком как крафт-процесс отбеливания, и затем подвергнуто карбоксилирующей кислотной обработке. Еще один дополнительный вариант осуществления относится к способам, включающим пять стадий отбеливания, предусматривающего последовательность D₀E1D1E2D2, где одна или многие из стадий Е1 или Е2 включают каталитическую окислительную обработку. Волокно может быть подвергнуто карбоксилирующей кислотной обработке либо после отбеливания, либо в одной или более стадиях D₀,D₁ и D₂.

[004] Наконец, настоящее изобретение относится к изделиям, изготовленным с использованием улучшенного окисленного, подвергнутого кислотной обработке крафт-волокна, как описываемого.

[005] Целлюлозное волокно и производные широко используются в бумаге, абсорбентных изделиях, пищевых и имеющих отношение к пищевым продуктам вариантах применения, фармацевтических средствах, и в промышленных вариантах применения. Основными источниками целлюлозного волокна являются древесная масса и хлопок. Как правило, источник целлюлозы и условия обработки целлюлозы обусловливают характеристики целлюлозного волокна, и тем самым применимость волокна для определенных вариантов конечного использования. Существует потребность в целлюлозном волокне, которое является относительно недорогим в изготовлении, но все же высокоуниверсальным, обеспечивающим возможность его использования в самых разнообразных вариантах применения.

[006] Крафт-волокно, полученное способом химической сульфатной варки целлюлозы, представляет собой недорогой источник целлюлозного волокна, которое обычно дает конечные продукты с хорошими характеристиками яркости и прочности. Как таковое, оно широко используется в бумажных изделиях. Однако варианты конечного применения стандартного крафт-волокна могут быть ограничены вследствие химической структуры целлюлозы, полученной в результате стандартных сульфатной варки и отбеливания. Как правило, стандартное крафт-волокно содержит слишком много остаточной гемицеллюлозы и других материалов природного происхождения, которые могут препятствовать последующему физическому и/или химическому модифицированию волокна. Более того, стандартное крафт-волокно имеет ограниченное количество химических функциональных групп, и, как правило, является жестким и не высокосжимаемым.

[007] В стандартном сульфатном («крафт») процессе химический реагент, называемый «белым щелоком», смешивают с древесной щепой в варочном котле для проведения делигнификации. Делигнификация имеет отношение к процессу, в котором лигнин, связанный с целлюлозным волокном, удаляется благодаря его высокой растворимости в горячем щелочном растворе. Этот процесс часто называется «варкой». Типично белый щелок представляет собой щелочный водный раствор гидроксида натрия (NaOH) и сульфида натрия (Na₂S). В зависимости от используемого сорта древесины и желательного конечного продукта, белый щелок добавляют к древесной щепе в количестве, достаточном для обеспечения желательной совокупной загрузки щелочи в расчете на сухой вес древесины.

[008] Как правило, температуру смеси «древесина/щелок» в варочном котле поддерживают на уровне от около 145°С до 170°С в течение всего времени реакции около 1-3 часов. Когда варка завершается, полученную древесную крафт-массу отделяют от израсходованного щелока (черного щелока), который включает использованные химические реагенты и растворенный лигнин. Обычно черный щелок сжигают в процессе крафт-регенерации для извлечения натриевых и сернистых химикатов для повторного использования.

[009] В этой стадии крафт-целлюлоза имеет характерный коричневатый цвет вследствие остатков лигнина, которые остаются на целлюлозном волокне. После варки и промывки волокно часто отбеливают для дополнительного удаления лигнина и отбеливания и осветления волокна. Поскольку отбеливающие химические реагенты являются гораздо более дорогостоящими, чем химикаты для варки, обычно лигнин удаляют настолько, насколько возможно, во время процесса варки. Однако понятно, что эти процессы должны быть сбалансированы, так как удаление слишком большого количества лигнина может усиливать деградацию целлюлозы. Типичное перманганатное число (мера, применяемая для определения количества остаточного лигнина в пульпе) мягкой древесины после варки и перед отбеливанием варьируется в диапазоне от 28 до 32.

[010] Как правило, получение волокна включает процесс кислородной делигнификации между варкой и началом отбеливания. Этот процесс делигнификации обычно снижает содержание лигнина и повышает эффективность последующего отбеливания.

[011] После варки и промывки волокно обычно отбеливают в многостадийных циклах, которые традиционно включают стадии отбеливания сильной кислотой и сильной щелочью, в том числе по меньшей мере одну щелочную стадию в конце цикла отбеливания или близко к нему. Отбеливание древесной массы, как правило, проводят с целью селективного повышения белизны или яркости целлюлозы, типично удалением лигнина и других примесей, без негативного влияния на физические свойства. Отбеливание химически обработанных масс, таких как крафт-целлюлоза, обычно требует проведения нескольких различных стадий отбеливания для достижения желательной яркости с хорошей селективностью. Как правило, в цикле отбеливания применяют стадии, которые проводятся при величинах рН в чередующихся диапазонах. Это чередование содействует удалению загрязняющих примесей, образованных в цикле отбеливания, например, в результате растворения продуктов разрушения лигнина. Таким образом, как правило, предполагается, что применение серии стадий кислотной обработки в цикле отбеливания, таких как три кислотных стадии в последовательности, не обеспечивало бы такой же яркости, как чередующиеся кислотные/щелочные стадии, такие как «кислотная-щелочная-кислотная». Например, типичная последовательность DEDED создает более осветленный продукт, чем последовательность DEDAD (где «А» означает кислотную обработку).

[012] Как правило, целлюлоза существует в виде полимерной цепи, включающей от сотен до десятков тысяч структурных единиц глюкозы. Целлюлоза может быть окислена для модифицирования ее функциональности. Известны разнообразные способы окисления целлюлозы. При окислении целлюлозы гидроксильные группы гликозидных остатков в цепях целлюлозы могут быть преобразованы, например, в карбонильные группы, такие как альдегидные группы или карбоксильные группы. В зависимости от способа окисления и применяемых условий, тип, степень и местоположение карбонильных модификаций могут варьироваться. Известно, что определенные условия окисления могут приводить к деградации самих цепей целлюлозы, например, в результате раскрытия гликозидных циклов в цепи целлюлозы, обусловливая деполимеризацию. Во многих случаях деполимеризованная целлюлоза не только имеет пониженную вязкость, но также имеет волокна с более короткой длиной, чем исходный целлюлозный материал. Когда происходит деградация целлюлозы, такая как при деполимеризации, и/или значительное сокращение длины волокон, и/или прочности волокон, она может создавать затруднения при обработке и/или может быть непригодна для многих вариантов последующего применения. Остается потребность в способах модифицирования целлюлозного волокна, которые могут улучшать функциональность волокна, причем эти способы не приводят к существенной деградации целлюлозного волокна.

[013] Были предприняты разнообразные попытки окисления целлюлозы для создания как карбоксильных, так и альдегидных функциональных групп в цепи целлюлозы без разложения целлюлозного волокна. Во многих способах окисления целлюлозы было затруднительным регулировать или ограничивать деградацию целлюлозы, когда в целлюлозе присутствуют альдегидные группы. Предшествующие попытки разрешить эти проблемы предусматривали применение многостадийных процессов окисления, например, с избирательным по месту модифицированием определенных карбонильных групп в одной стадии и окислением других гидроксильных групп в еще одной стадии, и/или с применением реагентов-посредников и/или защитных реагентов, все из которых могут приводить к дополнительным затратам и побочным продуктам в процессе окисления целлюлозы.

[014] В дополнение к затруднениям в отношении регулирования химической структуры продуктов окисления целлюлозы, и деградации этих продуктов, известно, что способ окисления может влиять на другие свойства, в том числе химические и физические свойства, и/или примеси в конечных продуктах. Например, способ окисления может оказывать влияние на степень кристалличности, содержание гемицеллюлозы, цвет, и/или уровни содержания примесей в конечном продукте, и характеристики пожелтения волокна. В конечном счете способ окисления может влиять на пригодность целлюлозного продукта к обработке для промышленных и прочих вариантов применения. Процессы варки и отбеливания целлюлозы, которые могут быть использованы в настоящем изобретении, включают способы, описанные в опубликованных Международных Заявках №№ WO 2010/138941 и WO/2012/170183. Этими способами можно эффективно окислять волокно без чрезмерной деградации волокна.

[015] Для определенных вариантов конечного применения, где желательна повышенная функциональность, волокно согласно изобретению окисляют и затем подвергают обработке для дополнительного модифицирования характеристик функциональности волокна. Окисленные целлюлозные волокна могут быть обработаны карбоксилирующей кислотой, которая преобразует альдегидные функциональные группы в карбоксильные функциональные группы. Карбоксилирующие кислоты включают хлористую кислоту, кислый бихромат калия, и перманганат калия. Способы обработки хлористой кислотой известны. Как правило, для образования хлористой кислоты используют хлорит натрия или диоксид хлора. Когда хлористая кислота образуется, она быстро превращается в хлорноватистую кислоту. Как правило, пероксид водорода также добавляют с хлоритом натрия или диоксидом хлора для преобразования хлорноватистой кислоты обратно в хлористую кислоту.

[016] Способы настоящего изобретения имеют результатом продукты, которые имеют характеристики, не присущие волокнам согласно уровню техники. Таким образом, способы согласно изобретению могут быть использованы для получения продуктов, которые превосходят продукты известные в уровне техники. В дополнение, волокно согласно настоящему изобретению может быть получено экономически выгодным путем.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

I. Способы

[017] Настоящее изобретение представляет новые способы получения целлюлозного волокна. Способ включает стадию, в которой целлюлозу подвергают сульфатной варке, стадию кислородной делигнификации, цикл отбеливания и обработку карбоксилирующей кислотой. Подобные способы варки и отбеливания раскрыты в опубликованных Международных Заявках №№ WO 2010/138941 и WO/2012/170183, которые включены ссылкой во всей своей полноте. Волокно, полученное в условиях, описанных в настоящей заявке, проявляет такие же высокую белизну и высокую яркость, в то же время имея повышенное содержание карбоксильных групп сравнительно с волокном, описанным в опубликованной Международной Заявке № WO 2010/138941.

[018] Настоящее изобретение представляет новые способы получения целлюлозного волокна. Способ включает стадию, в которой целлюлозу подвергают сульфатной варке, стадию кислородной делигнификации, цикл отбеливания, который включает по меньшей мере одну стадию каталитического окисления, и обработку карбоксилирующей кислотой. В одном варианте осуществления условия, в которых обрабатывают целлюлозу, приводят к волокну мягкой древесины, проявляющему высокую яркость и низкую вязкость, в то же время со снижением склонности волокна к пожелтению при воздействии тепла, света и/или при химической обработке.

[019] Целлюлозное волокно, используемое в описываемых здесь способах, может быть производным волокна мягкой древесины, волокна твердой древесины, и их смесей. В некоторых вариантах осуществления целлюлозное волокно имеет происхождение из мягкой древесины, такой как болотная сосна. В некоторых вариантах осуществления целлюлозное волокно имеет происхождение из твердой древесины, такой как эвкалипт. В некоторых вариантах осуществления целлюлозное волокно имеет происхождение из смеси мягкой древесины и твердой древесины. В еще одном дополнительном варианте осуществления целлюлозное волокно является производным целлюлозного волокна, которое ранее было подвергнуто полной или частичной обработке в крафт-процессе, то есть, повторно используемого волокна.

[020] Ссылки в настоящем изобретении на «целлюлозное волокно», «крафт-волокно», «волокнистый полуфабрикат», или «целлюлозу» являются взаимозаменяемыми, за исключением ситуации, где конкретно указано на различие, или где специалисту с обычной квалификацией в этой области технологии было бы понятно, чем они различаются. Как используемое здесь, «модифицированное, подвергнутое кислотной обработке крафт-волокно», то есть, волокно, которое было подвергнуто варке, отбеливанию, окислению, и обработке карбоксилирующей кислотой в соответствии с настоящим изобретением, может быть использовано взаимозаменяемо с «окисленным, подвергнутым кислотной обработке волокном», «крафт-волокном» или «волокнистым полуфабрикатом», в такой мере, насколько это допускается контекстом.

[021] Настоящее изобретение представляет новые способы обработки целлюлозного волокна. В некоторых вариантах осуществления изобретение представляет способ модифицирования целлюлозного волокна, включающий стадии, в которых готовят целлюлозное волокно и окисляют целлюлозное волокно, с образованием модифицированного целлюлозного волокна. Как используемые здесь, все термины «модифицированный», «окисленный», «каталитически окисленный», «каталитическое окисление» и «окисление» подразумеваются взаимозаменяемыми и относятся к обработке целлюлозного волокна по меньшей мере в присутствии одного металлического катализатора, такого как железо или медь, и по меньшей мере одним пероксидом, таким как пероксид водорода, таким образом, что по меньшей мере некоторые из гидроксильных групп целлюлозных волокон окисляются. Фраза «железо или медь» и, подобным образом, «железо (или медь)», означает «железо, или медь, или их комбинацию». В некоторых вариантах осуществления окисление включает одновременное повышение содержания фрагментов карбоновой кислоты и альдегидных групп в целлюлозном волокне.

[022] Как применяемая здесь, «степень полимеризации» может быть сокращенно обозначена как «DP». «Сверхнизкая степень полимеризации» может быть сокращенно обозначена как «ULDP».

[023] В некоторых вариантах осуществления изобретение представляет способ обработки окисленного целлюлозного волокна карбоксилирующей кислотой, включающий стадии, в которых получают окисленное волокно и проводят кислотную обработку окисленного целлюлозного волокна. Как используемый здесь, термин «подвергнутый кислотной обработке» имеет отношение к обработке окисленного целлюлозного волокна по меньшей мере одной кислотой такой как хлористая кислота, таким образом, что по меньшей мере некоторые из альдегидных групп окисленного целлюлозного волокна преобразуются в карбоксильные группы.

[024] В одном варианте осуществления целлюлозу подвергают варке с использованием способа, который известен в технологии. Типичный способ варки включает удаление лигнина из целлюлозного волокна в горячем щелочном растворе. Этот процесс часто называется «варкой». Обычно белый щелок представляет собой щелочный водный раствор гидроксида натрия (NaOH) и сульфида натрия (Na₂S). Как правило, температуру смеси «древесина/щелок» в варочном котле поддерживают на уровне от около 145°С до 170°С в течение всего времени реакции около 1-3 часов. Когда варка завершается, полученную древесную крафт-массу отделяют от израсходованного щелока (черного щелока), который включает использованные химические реагенты и растворенный лигнин.

[025] Варка может быть проведена с кислородной делигнификацией или без нее. Типичное перманганатное число (мера, применяемая для определения количества остаточного лигнина в пульпе) массы после варки, и, необязательно, кислородной делигнификации, и перед отбеливанием варьируется в диапазоне от 28 до 32.

[026] Согласно еще одному варианту осуществления, древесина предпочтительно болотной сосны может быть подвергнута варке в двухреакторном гидравлическом варочном котле по технологии «Lo-Solids^® cooking» до перманганатного числа, варьирующегося от около 10 до около 21. Полученную массу подвергают кислородной делигнификации, пока ее перманганатное число не достигнет примерно 8 или ниже, например, 6,5 или ниже. Затем целлюлозную массу отбеливают в многостадийном цикле отбеливания, который включает по меньшей мере одну стадию каталитического окисления и стадию кислотной обработки.

[027] В одном варианте осуществления способ включает варку целлюлозного волокна в варочном котле непрерывного действия с конфигурацией сопутствующего нисходящего потока. Эффективная щелочность («ЕА») загрузки белого щелока составляет по меньшей мере около 15% в расчете на пульпу, например, по меньшей мере около 15,5% в расчете на пульпу, например, по меньшей мере около 16% в расчете на пульпу, например, по меньшей мере около 16,4% в расчете на пульпу, например, по меньшей мере около 17% в расчете на пульпу, например, по меньшей мере около 18% в расчете на пульпу, например, по меньшей мере около 18,5% в расчете на пульпу. Как применяемое здесь, выражение «% в расчете на пульпу» имеет отношение к количеству в расчете на сухой вес крафт-целлюлозы. В одном варианте осуществления загрузку белого щелока разделяют на порцию белого щелока, добавляемую к целлюлозе в пропиточном устройстве, и остальное количество белого щелока, добавляемое к целлюлозе в варочном котле. Согласно одному варианту осуществления, белый щелок применяют в соотношении 50:50. В еще одном варианте осуществления белый щелок добавляют с соотношением в диапазоне от 90:10 до 30:70, например, в диапазоне от 50:50 до 70:30, например, 60:40. Согласно одному варианту осуществления, белый щелок добавляют в варочный котел в серии стадий. Согласно одному варианту осуществления, варку проводят при температуре между около 160°С и около 168°С, например, от около 163°С до около 168°С, например, от около 166°С до около 168°С, и целлюлозу обрабатывают, пока не будет достигнуто заданное перманганатное число между около 13 и около 21. Как представляется, более высокая эффективная щелочность («ЕА»), нежели нормальная, и более высокие температуры, чем применяемые согласно уровню техники, достигают более низкого перманганатного числа, нежели нормальное число.

[028] Согласно одному варианту осуществления изобретения, варочный котел работает с усилением напорного потока, которое повышает отношение жидкости к древесине, когда целлюлоза поступает в варочный котел. Как представляется, такое добавление белого щелока содействует поддержанию варочного котла в гидравлическом равновесии, и способствует достижению условий непрерывного нисходящего течения в варочном котле.

[029] В одном варианте осуществления способ включает кислородную делигнификацию целлюлозного волокна после того, как оно было подвергнуто варке до перманганатного числа от около 13 до около 21, для дополнительного снижения содержания лигнина и дополнительного снижения перманганатного числа, перед отбеливанием. Кислородная делигнификация может быть выполнена любым способом, известным специалисту с обычной квалификацией в этой области технологии. Например, кислородная делигнификация может быть проведена в стандартном двухстадийном процессе кислородной делигнификации. В одном варианте осуществления, если используют традиционную варку, целевое перманганатное число может составлять от 10 до 18. В еще одном варианте осуществления, если варку проводят до перманганатного числа 21 или ниже, делигнификация может быть проведена до заданного перманганатного числа от около 8 или ниже, например, около 6,5 или ниже, например, от около 5 до около 8.

[030] В одном варианте осуществления, во время кислородной делигнификации, вводимый кислород составляет менее чем около 3% в расчете на пульпу, например, менее чем около 2,4% в расчете на пульпу, например, менее чем около 2% в расчете на пульпу, например, менее чем около 1,8% в расчете на пульпу, например, менее чем около 1,6% в расчете на пульпу. Согласно одному варианту осуществления, во время кислородной делигнификации к целлюлозе добавляют свежую щелочь. Свежая щелочь может быть добавлена в количестве от около 2% в расчете на пульпу до около 3,8% в расчете на пульпу, например, от около 3% в расчете на пульпу до около 3,2% в расчете на пульпу. Согласно одному варианту осуществления, отношение кислорода к щелочи снижено сравнительно со стандартным способом сульфатной варки; однако абсолютное количество кислорода остается таким же. Делигнификация может быть проведена при температуре от около 85°С до около 104°С, например, от около 90°С до около 102°С, например, от около 96°С до около 102°С, например, от около 90°С до около 96°С.

[031] После того, как было достигнуто желательное Перманганатное число волокна, волокно подвергают обработке в многостадийном цикле отбеливания. Стадии многостадийного цикла отбеливания могут включать любые традиционные или раскрытые позднее серии стадий, и могут быть проведены в стандартных условиях.

[032] В некоторых вариантах осуществления, перед отбеливанием значение рН целлюлозы регулируют на величину рН, варьирующуюся от около 2 до около 6, например, от около 2 до около 5, или от около 2 до около 4, или от около 2 до около 3.

[033] Значение рН может быть отрегулировано с использованием любой подходящей кислоты, как это было бы известно квалифицированному специалисту, например, серной кислоты или соляной кислоты, или фильтрата из стадии кислотного отбеливания в процессе отбеливания, такой как стадия (D) обработки диоксидом хлора в многостадийном процессе отбеливания. Например, целлюлозное волокно может быть подкислено добавлением посторонней кислоты. Примеры посторонних кислот известны в технологии и включают, но не ограничиваются таковыми, серную кислоту, соляную кислоту и угольную кислоту. В некоторых вариантах осуществления целлюлозное волокно подкисляют кислотным фильтратом, таким как отбросный фильтрат, из стадии отбеливания. По меньшей мере в одном варианте осуществления целлюлозное волокно подкисляют кислотным фильтратом из D-стадии многостадийного процесса отбеливания.

[034] Описываемое волокно сначала подвергают каталитической окислительной обработке. В некоторых вариантах осуществления волокно окисляют действием железа и/или меди и пероксида.

[035] Окисление целлюлозного волокна предусматривает 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 осуществления способ включает окисление целлюлозного волокна железом и пероксидом водорода. Источник железа может представлять собой любой подходящий источник, как было бы понятно квалифицированному специалисту, например, такой как сульфат железа (II) (например, гептагидрат сульфата железа (II)), хлорид железа (II), сульфат-аммоний железа (II), хлорид железа (III), сульфат-аммоний железа (III), или цитрат-аммоний железа (III).

[036] В некоторых вариантах осуществления способ включает окисление целлюлозного волокна действием меди и пероксида водорода. Подобным образом, источником меди может быть любой подходящий источник, как было бы понятно квалифицированному специалисту. Наконец, в некоторых вариантах осуществления способ включает окисление целлюлозного волокна комбинацией меди с железом и пероксидом водорода.

[037] Когда целлюлозное волокно окисляют согласно настоящему изобретению, это выполняют в кислой среде. Волокно во время окисления не должно подвергаться воздействию по существу щелочных условий. В некоторых вариантах осуществления способ включает окисление целлюлозного волокна при кислотном значении рН. В некоторых вариантах осуществления способ включает стадии, в которых формируют целлюлозное волокно, подкисляют целлюлозное волокно, и затем окисляют целлюлозное волокно при кислотном значении рН. В некоторых вариантах осуществления величина рН варьируется от около 2 до около 6, например, от около 2 до около 5, или от около 2 до около 4.

[038] В некоторых вариантах осуществления способ предусматривает окисление целлюлозного волокна в одной или многих стадиях многостадийного цикла отбеливания. В некоторых вариантах осуществления целлюлозное волокно может быть окислено либо во второй стадии, либо в четвертой стадии многостадийного цикла отбеливания, например, пятистадийного цикла отбеливания. В других вариантах осуществления окисление может быть проведено в двух или более стадиях многостадийного цикла отбеливания. В некоторых вариантах осуществления целлюлозное волокно может быть дополнительно окислено в одной или более дополнительных стадиях, предшествующих циклу отбеливания или последующих за ним.

[039] В соответствии с изобретением, многостадийный цикл отбеливания может представлять собой любой цикл отбеливания. По меньшей мере в одном варианте осуществления многостадийный цикл отбеливания представляет собой пятистадийный цикл отбеливания. В некоторых вариантах осуществления цикл отбеливания представляет собой DEDED-цикл. В некоторых вариантах осуществления цикл отбеливания представляет собой D₀E1D1E2D2-цикл. В некоторых вариантах осуществления цикл отбеливания представляет собой D₀(EoP)D1E2D2-цикл. В некоторых вариантах осуществления цикл отбеливания представляет собой D₀(EO)D1E2D2-цикл.

[040] Неокислительные стадии многостадийного цикла отбеливания могут включать любые традиционные или раскрытые позднее серии стадий, и могут быть проведены в стандартных условиях.

[041] В некоторых вариантах осуществления окисление включают во вторую стадию многостадийного процесса отбеливания. В некоторых вариантах осуществления способ проводят в пятистадийном процессе отбеливания, предусматривающем последовательность D₀E1D1E2D2, и вторую стадию (Е1) используют для окисления крафт-волокна.

[042] В некоторых вариантах осуществления окисление проводят в рамках четвертой стадии многостадийного процесса отбеливания. В некоторых вариантах осуществления способ проводят в пятистадийном процессе отбеливания, имеющем последовательность D0E1D1E2D2, и четвертую стадию (Е2) используют для окисления крафт-волокна.

[043] В некоторых вариантах осуществления окисление проводят в двух или более стадиях многостадийного процесса отбеливания. В некоторых вариантах осуществления способ проводят в пятистадийном процессе отбеливания, имеющем последовательность D₀E1D1E2D2, и вторую стадию (Е1) и четвертую стадию (Е2) используют для окисления крафт-волокна.

[044] В некоторых вариантах осуществления перманганатное число повышается после окисления целлюлозного волокна. Более конкретно, типично предполагалось бы снижение перманганатного числа на протяжении стадии окислительного отбеливания, если исходить из ожидаемого сокращения материала, такого как лигнин, который реагирует с перманганатным реагентом. Однако в способе, как здесь описываемом, перманганатное число целлюлозного волокна может снижаться вследствие потери примесей, например, лигнина; однако перманганатное число может возрастать в результате химического модифицирования волокна. Без намерения вдаваться в теорию, представляется, что повышенная функциональность окисленной целлюлозы обусловливает дополнительные центры, которые могут реагировать с перманганатным реагентом. Соответственно этому, перманганатное число окисленного крафт-волокна повышается относительно перманганатного числа стандартного крафт-волокна.

[045] Надлежащее время выдерживания в одной или многих стадиях представляет собой количество времени, которое является достаточным для катализирования пероксида водорода железным или медным катализатором. Такое время может быть легко выяснено специалистом с обычной квалификацией в этой области технологии.

[046] В соответствии с изобретением, окисление проводят в течение времени и при температуре, которые являются достаточными для обеспечения желательного завершения реакции. Например, окисление может быть проведено при температуре, варьирующейся от около 60 до около 90°С, и в течение времени, варьирующегося от около 40 до около 80 минут. Желательные продолжительность и температура реакции окисления могут быть без труда определены квалифицированным специалистом в этой области технологии.

[047] Волокно согласно настоящему изобретению может быть подвергнуто обработке в любом традиционном цикле отбеливания с использованием общепринятых в технологии условий. Представленные здесь условия отбеливания являются только примерными.

[048] Согласно одному варианту осуществления, целлюлозу подвергают обработке в D(EoP)DE2D-цикле отбеливания. Согласно этому варианту осуществления, первую D-стадию (D₀) цикла отбеливания проводят при температуре по меньшей мере около 57°С, например, по меньшей мере около 60°С, например, по меньшей мере около 66°С, например, по меньшей мере около 71°С, и при величине рН менее, чем около 3, например, около 2,5. Диоксид хлора применяют в количестве, большем, чем около 0,6% в расчете на пульпу, например, большем, чем около 0,8% в расчете на пульпу, например, около 0,9% в расчете на пульпу. Кислоту добавляют к целлюлозе в количестве, достаточном для поддержания величины рН, например, в количестве по меньшей мере около 1% в расчете на пульпу, например, по меньшей мере около 1,15% в расчете на пульпу, например, по меньшей мере около 1,25% в расчете на пульпу.

[049] Согласно одному варианту осуществления, первую Е-стадию (Е₁) проводят при температуре по меньшей мере около 74°С, например, по меньшей мере около 77°С, например, по меньшей мере около 79°С, например, по меньшей мере около 82°С, и при значении рН, большем, чем около 11, например, свыше 11,2, например, около 11,4. Щелочь добавляют в количестве, большем, чем около 0,7% в расчете на пульпу, например, большем, чем около 0,8% в расчете на пульпу, например, около 1,0% в расчете на пульпу. Кислород вводят в целлюлозу в количестве по меньшей мере около 0,48% в расчете на пульпу, например, по меньшей мере около 0,5% в расчете на пульпу, например, по меньшей мере около 0,53% в расчете на пульпу. Пероксид водорода добавляют к целлюлозе в количестве по меньшей мере около 0,35% в расчете на пульпу, например, по меньшей мере около 0,37% в расчете на пульпу, например, по меньшей мере около 0,38% в расчете на пульпу, например, по меньшей мере около 0,4% в расчете на пульпу, например, по меньшей мере около 0,45% в расчете на пульпу. Квалифицированному специалисту было бы понятно, что любое известное пероксидное соединение могло бы быть использовано вместо некоторой части или всего пероксида водорода.

[050] Согласно еще одному варианту осуществления, если окисление проводят в Е₁-стадии (Е₁), оно может быть проведено при температуре по меньшей мере около 75°С, например, по меньшей мере около 80°С, например, по меньшей мере около 82°С, и при значении рН менее, чем около 3,5, например, менее 3,0, например, менее, чем около 2,8. Железный катализатор добавляют, например, в водном растворе в количестве от около 25 до около 200 млн.д. Fe⁺², например, от 50 до 150 млн.д., например, от 25 до 150 млн.д., железа в расчете на пульпу. Пероксид водорода может быть введен в целлюлозу на низком уровне содержания, то есть, в количестве менее, чем около 0,5% в расчете на пульпу, например, менее, чем около 0,3% в расчете на пульпу, например, около 0,25% в расчете на пульпу. В альтернативном варианте, пероксид водорода может быть добавлен на высоком уровне содержания, то есть, 1% или более в расчете на пульпу, например, 1,25% в расчете на пульпу, например, 1,5% или более в расчете на пульпу, например, 2,0% или более в расчете на пульпу. Квалифицированному специалисту было бы понятно, что любое известное пероксидное соединение могло бы быть использовано в качестве замены некоторой части или всего пероксида водорода.

[051] Согласно одному варианту осуществления, вторую D-стадию (D₁) цикла отбеливания проводят при температуре по меньшей мере около 74°С, например, по меньшей мере около 77°С, например, по меньшей мере около 79°С, например, по меньшей мере около 82°С, и при величине рН, меньшей, чем около 4, например, менее 3,5, например, менее 3,2. Диоксид хлора добавляют в количестве менее, чем около 1,5% в расчете на пульпу, например, менее, чем около 1,0%, например, менее, чем около 0,8% в расчете на пульпу, например, около 0,7% в расчете на пульпу. Щелочь добавляют к целлюлозе в количестве, эффективном для корректирования величины рН до желательного значения, например, в количестве менее, чем около 0,015% в расчете на пульпу, например, менее, чем около 0,01% в расчете на пульпу, например, около 0,0075% в расчете на пульпу. Вязкость пульпы по методу TAPPI после этой стадии отбеливания может составлять, например, 9-12 мПа∙сек, или может быть ниже, например, 6,5 мПа∙сек или менее.

[052] Согласно одному варианту осуществления, вторую Е-стадию (Е₂) проводят при температуре по меньшей мере около 74°С, например, по меньшей мере около 77°С, например, по меньшей мере около 79°С, например, по меньшей мере около 82°С, и при значении рН, большем, чем около 11, например, свыше 11,2, например, около 11,4. Щелочь добавляют в количестве, большем, чем около 0,7% в расчете на пульпу, например, большем, чем около 0,8% в расчете на пульпу, например, большем, чем около 1,0% в расчете на пульпу, например, более 1,2% в расчете на пульпу. Пероксид водорода добавляют к целлюлозе в количестве по меньшей мере около 0,25% в расчете на пульпу, например, по меньшей мере около 0,28% в расчете на пульпу, например, около 3,0% в расчете на пульпу. Квалифицированному специалисту было бы понятно, что любое известное пероксидное соединение могло бы быть использовано вместо некоторой части или всего пероксида водорода.

[053] Согласно одному варианту осуществления, если вторая Е-стадия (Е₂) представляет собой стадию окислени