Модифицированная целлюлоза из химического сульфатного волокна и способы ее изготовления и использования

Модифицированная целлюлоза из химического сульфатного волокна и способы ее изготовления и использования

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящая заявка представляет собой частичное продолжение патентной заявки США № 13/314493, поданной 08 декабря 2011 г., которая представляет собой продолжение патентной заявки США № 13/322419, поданной 23 ноября 2011 г., которая переведена на национальную фазу согласно параграфу 371 раздела 35 Свода законов США из международной патентной заявки № PCT/US2010/036763, поданной 28 мая 2010 г., и испрашивает приоритет и выгоду со дня подачи предварительной патентной заявки США № 61/182000, поданной 28 мая 2009 г., причем предмет всех вышеупомянутых документов включается в настоящий документ посредством ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение предлагает химическую модификацию целлюлозного волокна. Более конкретно, настоящее изобретение предлагает химически модифицированное целлюлозное волокно, источником которого является беленая сульфатная волокнистая масса, которая проявляет уникальный набор свойств, улучшающих его эксплуатационные характеристики по сравнению со стандартным целлюлозным волокном, источником которого является сульфатная волокнистая масса, и делающих его пригодным для использования в приложениях, которые до настоящего времени были ограниченными дорогостоящими волокнами (например, такими как хлопок или имеющая высокое содержание альфа-изомера сульфитная волокнистая масса). В частности, химически модифицированное беленое сульфатное волокно может проявлять одну или несколько из следующих полезных характеристик, включая, но не ограничиваясь этим, улучшенное ограничение запаха, улучшенную пригодность к сжатию и/или улучшенную белизну. Химически модифицированное беленое сульфатное волокно может проявлять одну или несколько из этих полезных характеристик, сохраняя при этом также одну или несколько других характеристик химически немодифицированного беленого сульфатного волокна, например, сохраняя длину волокна и/или степень помола.

Кроме того, настоящее изобретение предлагает химически модифицированное целлюлозное волокно, источником которого является беленая хвойная и/или лиственная сульфатная волокнистая масса, которую характеризует низкая или сверхнизкая степень полимеризации, делая ее подходящей для использования в качестве распушенной целлюлозы в абсорбирующих изделиях, в качестве исходного химического целлюлозного материала в изготовлении производных целлюлозы, включая простые эфиры и сложные эфиры целлюлозы, а также в потребительских изделиях. При использовании в настоящем документе термин «степень полимеризации» может обозначаться сокращением «DP». Кроме того, настоящее изобретение предлагает целлюлозу, источником которой является химически модифицированное сульфатное волокно, у которого выровненная степень полимеризации составляет менее чем приблизительно 80, более конкретно, химически модифицированное сульфатное волокно, описанное в настоящем документе и проявляющее низкую или сверхнизкую степень полимеризации (далее сокращенно обозначается «LDP» или «ULDP»), можно обрабатывать, осуществляя кислотный или щелочной гидролиз, чтобы дополнительно уменьшать степень полимеризации до менее чем приблизительно 80, например, до менее чем приблизительно 50, делая материал подходящим для разнообразных последующих приложений.

Настоящее изобретение также предлагает способы изготовления описанного улучшенного волокна. Настоящее изобретение предлагает, в частности, способ одновременного увеличения содержания карбоксильных и альдегидных функциональных групп в сульфатных волокнах. Описанное волокно, подвергается обработке посредством каталитического окисления. Согласно некоторым вариантам осуществления, волокно окисляется в присутствии железа или меди, а затем дополнительно отбеливается, и получается волокно, имеющее полезные характеристики белизны, например, такие как белизна, сопоставимая со стандартным беленым волокном. Кроме того, описывается, по меньшей мере, один процесс, который может обеспечивать вышеупомянутые улучшенные полезные характеристики, не вводя дорогостоящие дополнительные стадии для последующей обработки беленого волокна. Согласно данному менее дорогостоящему варианту осуществления, волокно можно обрабатывать, осуществляя одностадийный сульфатный процесс, такой как сульфатный процесс отбеливания. Согласно следующему варианту осуществления, предлагается пятистадийный процесс отбеливания, включающий последовательность D0E1D1E2D2, где на четвертой стадии (E2) осуществляется обработка посредством каталитического окисления.

Наконец, настоящее изобретение предлагает потребительские изделия, производные целлюлозы (в том числе простые эфиры и сложные эфиры целлюлозы), а также микрокристаллическую целлюлозу, причем все они изготавливаются с использованием химически модифицированного целлюлозного волокна согласно описанию.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Целлюлозное волокно и его производные широко используются в бумаге, абсорбирующих изделиях, пищевых или связанных с питанием приложениях, фармацевтических изделиях и промышленных приложениях. Основные источники целлюлозного волокна представляют собой древесная масса и хлопок. Источник целлюлозы и условия обработки целлюлозы, как правило, определяют характеристики целлюлозного волокна, и, таким образом, возможность применения волокна для определенных конечных целей. Существует потребность в целлюлозном волокне, которое является относительно дешевым для обработки и при этом высокоуниверсальным, что обеспечивает его использование в разнообразных приложениях.

Целлюлоза существует, как правило, в форме полимерной цепи, содержащей от сотен до десятков тысяч глюкозных звеньев. Известны разнообразные способы окисления целлюлозы. При окислении целлюлозы гидроксильные группы глюкозидов целлюлозных цепей могут превращаться, например, в карбонильные группы, такие как альдегидные группы или карбоксильные группы. В зависимости от используемых способов и условий окисления, тип, степень и положение карбонильных модификаций могут изменяться. Как известно, в определенных условиях окисления сами целлюлозные цепи могут разрушаться, например, посредством раскрытия гликозидных колец в целлюлозной цепи, и в результате этого происходит деполимеризация. В большинстве случаев деполимеризованная целлюлоза не только имеет пониженную вязкость, но также имеет меньшую длину волокна, чем исходный целлюлозный материал. Когда целлюлоза разрушается, например, посредством деполимеризации и/или значительного уменьшения длины волокна и/или прочности волокна, ее обработка может оказаться затруднительной, и/или она может становиться неподходящей для многих последующих приложений. Сохраняется потребность в способах модификации целлюлозного волокна, которые могут повышать содержание карбоксильных и альдегидных функциональных групп, причем данные способы не должны приводить к существенному разрушению целлюлозного волокна. Настоящее изобретение предлагает уникальные способы, которые устраняют один или несколько из этих недостатков.

Были осуществлены разнообразные усилия в целях окисления целлюлозы и одновременного введения карбоксильных и альдегидных функциональных групп в целлюлозную цепь без разрушения целлюлозного волокна. В традиционных способах окисления целлюлозы может оказаться затруднительным регулирование или ограничение разложения целлюлозы, когда в целлюлозной цепи присутствуют альдегидные группы. Предшествующие попытки решения этих проблем включали использование многостадийных процессов окисления, например, специфическую для данного положения модификацию определенных карбонильных групп на одной стадия и окисление других гидроксильных групп на следующей стадии, и/или введение вспомогательных веществ и/или защитных веществ, причем все данные способы могут увеличивать стоимость и производить побочные продукты в процессе окисления целлюлозы. Таким образом, существует потребность в способах модификации целлюлозы, которые являются экономичными и/или могут осуществляться в одностадийном процессе, таком как сульфатный процесс.

Настоящее изобретение предлагает новые способы, которые обеспечивают значительные усовершенствования по сравнению со способами, осуществляемыми на предшествующем уровне техники. Как правило, окисление волокон сульфатной волокнистой массы на предшествующем уровне техники осуществлялось после процесса отбеливания. Авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что оказывается возможным использование существующих стадий последовательности отбеливания, в частности, четвертой стадии из пяти стадий последовательность отбеливания, для окисления целлюлозных волокон. Кроме того, авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что металлический катализатор, в частности, железный катализатор, можно использовать в последовательности отбеливания, чтобы осуществлять данное окисление без загрязнения конечного продукта, например, потому что катализатор не остается связанным с целлюлозой, и в результате этого осуществляется более простое удаление, по меньшей мере, некоторой части остаточного железа перед окончанием последовательности отбеливания, чем можно было бы предполагать на основании сведений, имеющихся в технике. Кроме того, авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что такие способы можно осуществлять, практически не разрушая волокна.

В технике известно, что целлюлозное волокно, включая сульфатную волокнистую массу, можно окислять в присутствии металлов, используя пероксиды и/или перкислоты. Например, целлюлозу можно окислять, используя железо и пероксид («реагент Фентона» (Fenton)). См. Kishimoto и др., Holzforschung, 1998 г., т. 52, № 2, с. 180-184. Металлы и пероксиды, такие как реагент Фентона, представляют собой относительно дешевые окислители, что делает их в некоторой степени желательными для крупномасштабных приложений, таких как сульфатные процессы. В случае реагента Фентона известно, что в процессе окисления целлюлоза может разлагаться в кислой среде. Таким образом, нельзя предполагать, что реагент Фентона можно было бы использовать в сульфатном процессе без существенного разрушения волокон в кислой среде, например, с соответствующим уменьшением длины волокна. Чтобы предотвратить разрушение целлюлозы, реагент Фентона часто используется в щелочной среде, где реакция Фентона ингибируется в значительной степени. Однако при использовании реагента Фентона в щелочной среде могут возникать дополнительные недостатки. Например, целлюлоза может все же разлагаться или обесцвечиваться. При обработке сульфатной волокнистой массы целлюлозное волокно часто отбеливается в многостадийных последовательностях, в составе которых традиционно присутствуют стадии отбеливания в сильнокислой среде и в сильнощелочной среде, в том числе, по меньшей мере, одна стадия в щелочной среде в конце или ближе к концу последовательности отбеливания. Таким образом, в отличие от известных в технике процессов, оказалось совершенно неожиданным, что волокно, окисленное в присутствии железа на кислотной стадии сульфатного процесса отбеливания, может превращаться в волокно, имеющее улучшенные химические свойства, но без физического разрушения и обесцвечивания.

Таким образом, существует потребность в недорогостоящем и/или одностадийном окислении, которое могло бы вводить альдегидные и карбоксильные функциональные группы в целлюлозное волокно, такое как волокно, источником которого является сульфатная волокнистая масса, без существенного разрушения целлюлозы и/или получения целлюлозы, не подходящей для многих последующих приложений. Кроме того, остается потребность во введении большого количества карбонильных групп, таких как карбоксильные, кетонные и альдегидные группы, в целлюлозное волокно. Например, было бы желательным использование окислителя в таких условиях, чтобы не ингибировать реакцию окисления, в отличие от использования реагента Фентона в щелочной среде, например, чтобы обеспечивать высокое содержание карбонильных групп. Авторы настоящего изобретения преодолели многочисленные затруднения предшествующего уровня техники, предложив способы, которые удовлетворяют данным требованиям.

Помимо затруднительного регулирования химической структуры продуктов окисления целлюлозы и разложения этих продуктов, известно, что в процессе окисления могут изменяться и другие свойства, в том числе химические и физические свойства, и/или в конечные продукты могут попадать примеси. Например, процесс окисления может изменять степень кристалличности, содержание гемицеллюлозы, цвет и/или содержание примесей в конечном продукте. Наконец, в процессе окисления может изменяться пригодность целлюлозного продукта к переработке для промышленных или других приложений.

Отбеливание древесной массы, как правило, осуществляют с целью селективного увеличения яркости или белизны волокнистой массы, обычно посредством удаления лигнина и других примесей, не производя неблагоприятного воздействия на физические свойства. Отбеливание химической волокнистой массы, такой как сульфатная волокнистая масса, как правило, включает несколько различных стадий отбеливания для достижения желательной белизны с хорошей селективностью. Как правило, последовательность отбеливания включает стадии, осуществляемые при чередующихся значениях pH. Такое чередование способствует удалению примесей, которые образуются в последовательности отбеливания, например, посредством солюбилизации продуктов разложения лигнина. Таким образом, как правило, предполагается, что использование ряда кислотных стадий в последовательности отбеливания, например, трех кислотных стадий в последовательности, не сможет обеспечивать такую же белизну, как чередование кислотных и щелочных стадий, такое как кислотная-щелочная-кислотная. Например, в типичной последовательности DEDED производится продукт, имеющий более высокую белизну, чем в последовательности DEDED (где A означает кислотную обработку). Соответственно, в последовательности, в которой отсутствует промежуточная щелочная стадия, все же производится продукт сопоставимой белизны, чего не мог бы предполагать специалист в данной области техники.

Как правило, хотя известно, что определенные последовательности отбеливания могут иметь преимущества по сравнению с другими в сульфатном процессе, причины, на которых основаны какие-либо преимущества, являются не вполне понятными. Что касается окисления, отсутствуют исследования, демонстрирующие какие-либо предпочтения в отношении окисления, в частности, стадии многостадийной последовательности, или какие-либо подтверждения того, что на свойства волокна можно влиять на последующих стадиях окисления/обработки. Например, в литературе предшествующего уровня техники не описаны какие-либо предпочтения в отношении поздней стадии окисления по сравнению с ранней стадией окисление. Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, предлагаются уникально осуществляемые способы, в частности, стадии (например, заключительные стадии процесса отбеливания), которые обеспечивают преимущества в сульфатном процессе, и в результате которых образуются волокна, имеющие уникальный набор физических и химически характеристик.

Кроме того, что касается белизны в сульфатном процессе отбеливания, известно, что металлы, в частности, переходные металлы, которые естественным образом присутствуют в целлюлозном исходном материале, являются неблагоприятными для белизны изделия. Таким образом, в последовательностях отбеливания часто ставится цель удаления определенных переходных металлов из конечного изделия для достижения заданной белизны. Например, можно использовать хелатообразующие вещества, чтобы удалять из волокнистой массы металлы, присутствующие по естественным причинам. Таким образом, поскольку ставится задача удаления из волокнистой массы металлов, присутствующих по естественным причинам, специалист в данной области техники, как правило, не должен вводить в последовательность отбеливания какие-либо металлы, которые могли бы увеличивать затруднения в получении продуктов повышенной белизны.

Кроме того, что касается железа, введение этого материала в волокнистую массу приводит к значительному обесцвечиванию, близкому к обесцвечиванию, которое происходит, например, в процессе горения бумаги. Это обесцвечивание, аналогичное обесцвечиванию бумаги в процессе горения, до настоящего времени считалось необратимым. Таким образом, предполагалось, что при обесцвечивании древесной массы введением железа волокнистая масса будет испытывать постоянную потерю белизны, которая не может быть восстановлена посредством дополнительного отбеливания.

Таким образом, хотя известно, что железо или медь и пероксид можно использовать для дешевого окисления целлюлозы, до настоящего времени их не использовали в процессе отбеливания волокнистой массы таким образом, чтобы обеспечивать белизну, сопоставимую со стандартной последовательностью, не используя стадии окисления в присутствии железа или меди. Как правило, их использование в процессах отбеливания волокнистой массы является нежелательным. Неожиданно авторы настоящего изобретения смогли преодолеть эти затруднения и, согласно некоторым вариантам осуществления, предложить новый дешевый способ окисления целлюлозы в процессе отбеливания волокнистой массы в присутствии железа или меди. Согласно некоторым вариантам осуществления, способы, описанные в настоящем документе, позволяют получать продукты, которые имеют такие характеристики, которые являются весьма неожиданными и противоречат прогнозам, сделанным на основании описаний предшествующего уровня техники. Таким образом, способами согласно настоящему изобретению можно производить изделия, превосходящие изделия предшествующего уровня техники, а также можно осуществлять более экономичное производство.

Например, в технике является общепризнанным, что металлы, такие как железо, хорошо связываются с целлюлозой и не могут быть удалены посредством обычного промывания. Как правило, отделение железа от целлюлозы является затруднительным и дорогостоящим, и для этого требуются дополнительные технологические стадии. Присутствие высокого содержания остаточного железа в целлюлозном изделии, как известно, имеет несколько недостатков, в частности, в процессе целлюлозно-бумажного производства. Например, железо может приводить к обесцвечиванию конечных изделий и/или может оказаться неподходящим для приложений, в которых конечное изделие вступает в контакт с кожей, например, в случае подгузников и перевязочных материалов для ран. Таким образом, следует предполагать, что использование железа в сульфатном процессе отбеливания будет иметь ряд недостатков.

До настоящего времени окислительная обработка сульфатного волокна для увеличения содержания функциональных групп часто оказывалась ограниченной окислительной обработкой после отбеливания волокна. Кроме того, известные процессы введения в волокно большего числа альдегидных групп также вызывает соответствующую потерю белизны или качества волокна. Кроме того, известные процессы, в результате которых в волокне увеличивается содержание альдегидных функциональных групп, также приводят к потере карбоксильных функциональных групп. Способы согласно настоящему изобретению не страдают ни одним из вышеупомянутых недостатков.

Сульфатное волокно, изготовленное способом химической сульфатной обработки волокнистой массы, представляет собой дешевый источник целлюлозного волокна, которое, как правило, сохраняет свою длину в процессе обработки волокнистой массы, и обычно получаются конечные изделия, имеющие хорошие характеристики белизны и прочности. По этой причине они широко используются в качестве бумажных изделий. Однако стандартное сульфатное волокно имеет ограниченную применимость в последующих приложениях, таких как изготовление производное целлюлозы, вследствие химической структуры целлюлозы, которая образуется в результате стандартной сульфатной обработки и отбеливания волокнистой массы. Как правило, стандартное сульфатное волокно содержит чрезмерно большое количество остаточной гемицеллюлозы и других встречающихся в природе материалов, которые могут воздействовать на последующую физическую и/или химическую модификацию волокна. Кроме того, стандартное сульфатное волокно содержит в ограниченном количестве химические функциональные группы, как правило, является жестким и не имеет высокой способности сжатия.

Для жесткой и шероховатой природы сульфатного волокна может потребоваться нанесение слоев или добавление различных типов материалов, такой как хлопок, в таких изделиях, которые должны вступать в контакт с кожей человека, например, подгузники, гигиенические изделия и тонкие бумажные изделия. Соответственно, может оказаться желательным изготовление целлюлозного волокна, имеющего повышенную гибкость и/или мягкость, чтобы сокращать требуемое использование других материалов, например, в многослойном изделии.

На целлюлозное волокно в таких изделиях, которые должны абсорбировать выделения и/или текучие среды организма, например, подгузники, изделия для страдающих недержанием взрослых, перевязочные материалы для ран, гигиенические прокладки и/или тампоны, часто воздействует аммиак, который содержат выделения и/или текучие среды организма, и/или аммиак, производимый бактериями, которые содержат выделения и/или текучие среды организма. Может оказаться желательным, чтобы в таких изделиях использовалось целлюлозное волокно, которое не только обеспечивает объем и абсорбционную способность, но которая также обеспечивает уменьшение запаха и/или имеет противобактериальные свойства, например, может уменьшать запах азотистых соединений, таких как аммиак (NH₃). До настоящего времени модификация сульфатного волокна посредством окисления, которая улучшает его способность ограничения запаха, неизбежно вызывала нежелательное уменьшение белизны. Существует потребность в дешевом модифицированном сульфатном волокне, которое проявляет хорошие характеристики абсорбционной способности и/или ограничения запаха и при этом сохраняет хорошие характеристики белизны.

На современном рынке потребителям требуются абсорбирующие изделия, например, подгузники, изделия для страдающих недержанием взрослых и гигиенические прокладки, которые отличаются уменьшенной толщиной. Для конструкции сверхтонких изделий требуется снижение плотности волокна, что может приводить к потере целостности изделия, если используемое волокно является чрезмерно коротким. Химическая модификация сульфатного волокна может приводить к потере длины волокна, что делает неприемлемым его использования в изделиях определенных типов, например, таких как сверхтонкие изделия. Более конкретно, сульфатное волокно, обработанное для повышения содержания альдегидных функциональных групп, с которыми связано улучшенное ограничение запаха, может страдать от потери длины волокна в процессе химической модификации, что делает неподходящим его использование в конструкциях сверхтонких изделий. Существует потребность в дешевом волокне, которое проявляет пригодность к сжатию без потери длины волокна, что делает его уникально подходящим для сверхтонких конструкций (т. е. изделие сохраняет хорошую абсорбционную способность на основании количества волокна, которое может сжиматься, занимая меньшее пространство, при одновременном сохранении целостности изделия при уменьшении плотности волокна).

Традиционные источники целлюлозы, которые были пригодными для использования в изготовлении абсорбирующих изделий или тонких бумажных изделий не были также пригодными для использования в последующем изготовлении производных целлюлозы, таких как простые эфиры целлюлозы и сложные эфиры целлюлозы. Для изготовления имеющих низкую вязкость производных целлюлозы из имеющих высокую вязкость исходных целлюлозных материалов, таких как стандартное сульфатное волокно, требуются дополнительные стадии изготовления, для которых дополнительно требуются значительные расходы, причем одновременно образуются нежелательные побочные продукты, и сокращается общее качество производных целлюлозы. Содержащая хлопковый пух и имеющая высокую долю альфа-изомера сульфитная целлюлоза, которая, как правило, имеет высокую степень полимеризации, как правило, используется в изготовлении производных целлюлозы, таких как простые эфиры и сложные эфиры целлюлозы. Однако изготовление содержащего хлопковый пух сульфитного волокна, имеющего высокую степень полимеризации и/или вязкость, является дорогостоящим вследствие стоимости исходного материала в случае хлопка; требуются высокие расходы на энергию, химические реагенты и охрану окружающей среды для обработки и отбеливания волокнистой массы в случае сульфитной волокнистой массы; а также требуются значительные процессы очистки, которые осуществляются в обоих случаях. Помимо высокой стоимости, наблюдается сокращение доступных поставок сульфитной волокнистой массы на рынок. Таким образом, это волокно является весьма дорогостоящим и имеет ограниченную применимость в изготовлении целлюлозно-бумажных изделий, например, где может потребоваться повышенная степень полимеризации или повышенная вязкость целлюлозы. Для изготовления производных целлюлозы эта целлюлоза составляет значительную часть общих производственных расходов. Таким образом, существует потребность в имеющем низкую стоимость волокне, таком как модифицированное сульфатное волокно, которое можно использовать в изготовлении производных целлюлозы.

Кроме того, существует потребность в дешевых целлюлозных материалах, которые можно использовать в изготовлении микрокристаллической целлюлозы. Микрокристаллическая целлюлоза, которая широко используется в пищевых, фармацевтических косметических и промышленных изделиях, представляет собой очищенную кристаллическую форму частично деполимеризованной целлюлозы. Использование сульфатного волокна в изготовлении микрокристаллической целлюлозы без введения занимающих большое пространство технологических стадий после отбеливания до настоящего времени было ограниченным. Для изготовления микрокристаллической целлюлозы, как правило, требуется очищенный в высокой степени целлюлозный исходный материал, который подвергается кислотному гидролизу для удаления аморфных сегментов целлюлозной цепи. См. патент США № 2978446 (Battista и др.) и патент США № 5346589 (Braunstein и др.). Низкая степень полимеризации цепей после удаления аморфных сегментов целлюлозы, называемая термином «выровненная степень полимеризации», часто представляет собой исходную точку для изготовления микрокристаллической целлюлозы, и ее численное значение зависит, в первую очередь, от источника и обработки целлюлозных волокон. Растворение некристаллических сегментов из стандартного сульфатного волокна, как правило, разрушает волокно в такой степени, что оно становится неподходящим для большинства приложений, вследствие, по меньшей мере, одного из таких факторов, как (1) остаточные примеси; 2) отсутствие достаточно длинных кристаллических сегментов; или (3) образуется целлюлозное волокно, имеющее чрезмерно высокую степень полимеризации, составляющую, как правило, от 200 до 400, чтобы сделать его пригодным для использования в изготовлении микрокристаллической целлюлозы. Сульфатное волокно, имеющее высокую чистоту и/или пониженное значение выровненной степени полимеризации, например, было бы желательным в качестве исходного волокна, которое может обеспечивать повышенную гибкость в изготовлении и применении микрокристаллической целлюлозы.

Согласно настоящему изобретению, волокно, имеющее одно или несколько из описанных свойств, можно просто изготавливать посредством модификации типичной сульфатной обработки волокнистой массы, включая процесс отбеливания. Волокно согласно настоящему изобретению преодолевает многие из ограничений, которые связаны с обсуждаемым выше известным модифицированным сульфатным волокном.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 представляет график конечной измеренной капиллярным методом с использованием CED вязкости 0,05% раствора как функцию процентного расходования пероксида.

Фиг. 2 представляет график соотношения прочности во влажном состоянии и прочности в сухом состоянии, проиллюстрированного как функция уровня прочности полимера во влажном состоянии.

ОПИСАНИЕ

I. Способы

Настоящее изобретение предлагает новые способы обработки целлюлозного волокна. Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, предлагается способ модификации целлюлозного волокна, включающий изготовление целлюлозного волокна и окисление целлюлозного волокна. При использовании в настоящем документе все термины «окисленный», «каталитически окисленный», «каталитическое окисление» и «окисление» следует понимать как взаимозаменяемые, и они означают обработку целлюлозного волокна, по меньшей мере, каталитическим количеством, по меньшей мере, одного металла, представляющего собой железо или медь, и, по меньшей мере, одним пероксидом, таким как пероксид водорода, таким образом, что окисляются, по меньшей мере, некоторые из гидроксильных групп целлюлозных волокон. Выражение «железо или медь» и, аналогичным образом, «железо (или медь)» означает «железо или медь, или их сочетание». Согласно некоторым вариантам осуществления, окисление включает одновременное увеличение содержания карбоксильных групп и альдегидных групп целлюлозного волокна.

Целлюлозное волокно, используемое в способах, которые описаны в настоящем документе, можно производить, используя хвойное волокно, лиственное волокно и их смеси. Согласно некоторым вариантам осуществления, модифицированное целлюлозное волокно производится из древесины хвойных пород, таких как южная сосна. Согласно некоторым вариантам осуществления, модифицированное целлюлозное волокно производится из древесины лиственных пород, таких как эвкалипт. Согласно некоторым вариантам осуществления, модифицированное целлюлозное волокно производится из смеси древесины хвойных и лиственных пород. Согласно следующему варианту осуществления, источником модифицированного целлюлозного волокна является целлюлозное волокно, которое было предварительно подвергнуто полной или частичной сульфатной обработке, т. е. сульфатное волокно.

Согласно настоящему изобретению, термины «целлюлозное волокно» или «сульфатное волокно» являются взаимозаменяемыми, за исключением случаев, где они определенно указаны как различные, или где их считает различными обычный специалист в данной области техники.

Согласно, по меньшей мере, одному варианту осуществления, способ включает изготовление целлюлозного волокна и окисление целлюлозного волокна, при котором, правило, сохраняется длина целлюлозного волокна.

Термины «длина волокна» и «средняя длина волокна» используются взаимозаменяемым образом, когда они используются для описания свойства волокна, и они означают средневзвешенную длину волокна. Таким образом, например, волокно, у которого средняя длина волокна составляет 2 мм, следует понимать как волокно, у к которого средневзвешенная длина составляет 2 мм.

Согласно, по меньшей мере, одному варианту осуществления, способ включает изготовление целлюлозного волокна, частичное отбеливание целлюлозного волокна и окисление целлюлозного волокна. Согласно некоторым вариантам осуществления, окисление производится в процессе отбеливания. Согласно некоторым вариантам осуществления, окисление производится после процесса отбеливания.

Согласно, по меньшей мере, одному варианту осуществления, способ включает изготовление целлюлозного волокна и окисление целлюлозного волокна, и в результате этого уменьшается степень полимеризации целлюлозного волокна.

Согласно, по меньшей мере, одному варианту осуществления, способ включает изготовление целлюлозного волокна и окисление целлюлозного волокна, и при этом сохраняется степень помола по канадскому стандарту («степень помола») данного целлюлозного волокна.

Согласно, по меньшей мере, одному варианту осуществления, способ включает изготовление целлюлозного волокна, окисление целлюлозного волокна и увеличение белизны данного окисленного целлюлозного волокна по сравнению со стандартным целлюлозным волокном.

Как обсуждается выше, в соответствии с настоящим изобретением, окисление целлюлозного волокна включает обработку целлюлозного волокна, по меньшей мере, каталитическим количеством железа или меди и пероксидом водорода. Согласно, по меньшей мере, одному варианту осуществления, способ включает окисление целлюлозного волокна пероксидом водорода в присутствии железа. В качестве источника железа может присутствовать любой подходящий источник, который признается специалистом в данной области техники, такой как, например, сульфат железа(II) (например, гептагидрат сульфата железа(II)), хлорид железа(II), двойной сульфат железа(II) и аммония, хлорид железа(III), двойной сульфат железа(III) и аммония, или двойной цитрат железа(III) и аммония.

Согласно некоторым вариантам осуществления, способ включает окисление целлюлозного волокна пероксидом водорода в присутствии меди. Аналогичным образом, в качестве источника меди может присутствовать любой подходящий источник, который признает специалист в данной области техники.

Наконец, согласно некоторым вариантам осуществления, способ включает окисление целлюлозного волокна пероксидом водорода в присутствии сочетания меди и железа.

Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, предлагается способ обработки целлюлозного волокна, включающий изготовление целлюлозного волокна, обработку целлюлозное волокно, отбеливание целлюлозного волокна и окисление целлюлозного волокна.

Согласно некоторым вариантам осуществления, способ дополнительно включает кислородную делигнификацию целлюлозного волокна. Кислородная делигнификация может осуществляться любым способом, известным обычным специалистам в данной области техники. Например, кислородная делигнификация может представлять собой традиционную двухстадийную кислородную делигнификацию. Известно, например, что кислородная делигнификация целлюлозного волокна, такого как сульфатное волокно, может изменять содержание карбоксильных групп и/или содержание альдегидных групп целлюлозного волокна в течение обработки. Согласно некоторым вариантам осуществления, способ включает кислородную делигнификацию целлюлозного волокна до отбеливания целлюлозного волокна.

Согласно, по меньшей мере, одному варианту осуществления, способ включает окисление целлюлозного волокна, по меньшей мере, на одной стадии, представляющей собой сульфатную обработку волокнистой массы, стадия кислородной делигнификации и стадию сульфатного отбеливания. Согласно предпочтительному варианту осуществления, способ включает окисление целлюлозного волокна, по меньшей мере, на одной стадии сульфатного отбеливания. Согласно, по меньшей мере, одному варианту осуществления, способ включает окисление целлюлозного волокна на двух или более чем одной стадии сульфатного отбеливания.

Когда целлюлозное волокно окисляется на стадии отбеливания, на целлюлозное волокно не должна практически воздействовать щелочная среда в процессе отбеливания в течение или после окисления. Согласно некоторым вариантам осуществления, способ включает окисление целлюлозного волокна при кислотном значении pH. Согласно некоторым вариантам осуществления, способ включает изготовление целлюлозного волокна, подкисление целлюлозного волокна, а затем окисление целлюлозного волокна при кислотном значении pH. Согласно некоторым вариантам осуществления, значение pH составляет от приблизительно 2 до приблизительно 6, например, от приблизительно 2 до приблизительно 5 или от приблизит