МОДИФИЦИРОВАННЫЕ ВОЛОКНА СУЛЬФАТНОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ
MODIFIED FIBRES OF SULFATE CELLULOSE

РОДСТВЕННЫЕ ПАТЕНТНЫЕ ЗАЯВКИ
Настоящая заявка на выдачу патента притязает на приоритет предварительной патентной заявки США с серийным номером 60/684018, поданной 24 мая 2005 г. и патентной заявки США с серийным номером 11/439659, поданной 24 мая 2006 г.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к усовершенствованному способу производства целлюлозы, целлюлозе, произведенной в соответствии с данным способом, и бумажно-картонным изделиям, произведенным из беленой целлюлозы настоящего изобретения. Более конкретно, настоящее изобретение относится к усовершенствованию способов производства целлюлоз, имеющих пониженное содержание гемицеллюлозы, которые имеют одно или несколько выгодных свойств.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известны способы варки древесной щепы для получения целлюлозы и способы беления целлюлозы и использования беленой целлюлозы в производстве бумаги, картона и впитывающих изделий. Смотрите, например, патенты США №№6063982; 5766159; 5902454 и 6464832.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Один аспект настоящего изобретения относится к способу производства модифицированной сульфатной (крафт) целлюлозы для использования в бумажных, картонных и целлюлозных продуктах, содержащему:
обработку древесной щепы паром, жидкостью, содержащей воду, или их сочетанием в процессе экстракции для удаления гемицеллюлозы и получения обработанной древесной щепы; и
сульфатную варку обработанной древесной щепы для получения модифицированной сульфатной целлюлозы, в которой количество гемицеллюлозы, содержащейся в модифицированной сульфатной целлюлозе, составляет приблизительно от 5 до 10% по сухой массе модифицированной целлюлозы.
Еще один аспект настоящего изобретения относится к способу производства модифицированной сульфатной целлюлозы, содержащему обработку сульфатной целлюлозы, предпочтительно беленой сульфатной лиственной целлюлозы паром, жидкостью, содержащей воду, или их сочетанием для экстракции гемицеллюлозы из целлюлозы с целью получения модифицированной сульфатной целлюлозы, причем количество гемицеллюлозы в модифицированной сульфатной целлюлозе составляет приблизительно от 5 до 10% по сухой массе модифицированной целлюлозы.
Еще один аспект настоящего изобретения относится к модифицированной сульфатной целлюлозе, полученной способом настоящего изобретения. Модифицированная сульфатная целлюлоза настоящего изобретения имеет одно или больше преимуществ. Эти преимущества включают улучшенное обезвоживание, которое повышает скорость изготовления бумаги с использованием целлюлозы настоящего изобретения по сравнению с немодифицированными целлюлозами. Такие преимущества также включают более высокую тонкость помола, повышенную способность к белению, обезвоживанию, сушке или сочетание двух или больше преимуществ из вышеуказанных по сравнению с немодифицированной сульфатной целлюлозой.
Еще один аспект настоящего изобретения относится к бумаге, картону, целлюлозе и впитывающим изделиям, изготовленным из модифицированной целлюлозы настоящего изобретения.
Еще один аспект настоящего изобретения относится к предмету личной гигиены для впитывания жидкостей, причем этот предмет содержит:
по меньшей мере один проницаемый для жидкости верхний листовой слой и по меньшей мере один в сущности не проницаемый для жидкости нижний листовой слой; и промежуточный слой впитывающего материала между верхним листовым слоем и нижним листовым слоем, причем материал промежуточного слоя содержит модифицированную целлюлозу настоящего изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На чертежах:
Фиг.1 - график процента гемицеллюлозы, удаленной при различных температурах, как функция времени экстракции;
Фиг.2 - график удержания воды против тонкости помола модифицированной целлюлозы настоящего изобретения и то же самое для немодифицированной целлюлозы;
Фиг.3 - график объема против гладкости по Шеффилду для модифицированной целлюлозы настоящего изобретения и то же самое для немодифицированной целлюлозы.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно способу настоящего изобретения древесную щепу или сульфатную целлюлозу экстрагируют паром, жидкостью, содержащей воду, или их сочетанием для уменьшения количества и удаления гемицеллюлозы и получения обработанной древесной щепы. Тип древесной щепы или целлюлозы, используемой в способе настоящего изобретения, особого значения не имеет, и можно использовать древесную щепу или целлюлозу, полученную из всех типов древесины. Например, подходящая древесная щепа или целлюлоза включает типы, полученные из лиственных деревьев, хвойных деревьев или сочетания лиственных и хвойных деревьев. Термин "лиственные деревья", используемый в настоящем описании, относится к листопадным деревьям (покрытосемянным), таким как осина и клен, и термин "хвойные деревья", используемый в настоящем описании, относится к шишконосным деревьям (голосемянным), таким как сосна болотная (или ложная). В предпочтительных вариантах осуществления используют древесную щепу или целлюлозу, полученную из лиственной древесины.
Древесную щепу или целлюлозу экстрагируют паром, жидкостью, содержащей воду, или их сочетанием. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения щепу или целлюлозу экстрагируют жидкостью, содержащей воду. Такая жидкость может состоять только из воды или может включать один или несколько дополнительных материалов. Такие дополнительные материалы могут быть разными и включают органические кислоты, такие как уксусная, пропановая, сульфаминовая, молочная, уксусная и т.п., и неорганические кислоты, такие как серная, сернистая, фосфорная, соляная, азотная, борная и т.д. Подходящими дополнительными материалами также являются неорганические основания, такие как гидроксид натрия, гидроксид калия и гидроксид аммония. Для практического осуществления настоящего изобретения предпочтительны органические и неорганические кислоты и более предпочтительны неорганические кислоты.
В предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения древесную щепу или целлюлозу экстрагируют водным кислотным составом до конечного рН меньше 7. Использование водного кислотного раствора позволяет проводить экстракцию при более низких температурах, как например при комнатной или окружающей температуре, и сократить время экстракции. Конечный рН предпочтительно равен или меньше приблизительно 6, более предпочтительно равен или меньше приблизительно 5 и наиболее предпочтительно приблизительно от 2 до 4.
Перед экстракцией или во время нее древесную щепу или сульфатную целлюлозу можно обработать перекисью водорода (пероксидом водорода, перборатом, перкарбонатом, персульфатом, пероксимоносерной (или Охопе) или перуксусной кислотой при кислом рН (предпочтительно с добавлением катализаторов - переходных металлов, таких как соли железа, меди, марганца или кобальта). Экстрагированные гемицеллюлозы (или гидролизат) будут иметь меньшую молекулярную массу и, таким образом, меньшую вязкость раствора при данном содержании твердых веществ, что повышает текучесть или легкость откачки экстрагированных гемицеллюлоз (или гидролизата). Перекисная обработка с катализатором также может применяться только к экстрагированным гемицеллюлозам (гидролизату) с достижением той же цели, что и указана выше, при уменьшении вязкости раствора при данном содержании твердых веществ. Результатом вышеописанного способа является не только преимущество в обработке повышенного содержания твердых веществ экстрагированных гемицеллюлоз с практическими и экономическими выгодами, но и окисление карбогидратной структуры гемицеллюлоз (особенно в случае компонента ксилозы), что повышает их восприимчивость к биологической ферментации, такой как биорафинации экстрагированных гемицеллюлоз для производства этанола или других химических веществ.
Температура обработки может изменяться в широких пределах, и можно использовать любую температуру, достаточную для получения желательной экстрагированной древесной щепы или сульфатной целлюлозы. Температура обработки обычно не ниже приблизительно 20°С, хотя можно использовать и более низкие температуры, если они эффективно обеспечивают получение обработанной древесной щепы или сульфатной целлюлозы. Температура обработки предпочтительно составляет приблизительно от 20 до 200°С, более предпочтительно от 50 до 190°С и наиболее предпочтительно от 100 до 180°С, причем температура в лучших вариантах осуществления составляет приблизительно от 110 до 170°С.
Время обработки может изменяться в широких пределах, и можно использовать любое время, достаточное для получения желательной обработанной древесной щепы или сульфатной целлюлозы. Время обработки обычно не меньше 5 минут, хотя можно использовать более длительное время, если оно позволяет эффективно получить желательный лигноцеллюлозный материал. Время обработки предпочтительно составляет от 5 минут до 20 часов, более предпочтительно от 15 минут до 10 часов и наиболее предпочтительно от 30 минут до 4 часов.
Гемицеллюлоза, удаленная из экстрагированной древесной щепы или сульфатной целлюлозы, может изменяться в широких пределах при условии, что ее количество, оставшееся в экстрагированной сульфатной целлюлозе и модифицированной целлюлозе после сульфатной варки экстрагированной древесной щепы на втором этапе способа настоящего изобретения, составляет от 5 до 10% по сухой массе модифицированной целлюлозы. Например, количество гемицеллюлозы, удаленной на первом этапе, может изменяться от 5 мас.% или меньше до 20 мас.% или больше от общего количества гемицеллюлозы в древесной щепе или сульфатной целлюлозе. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения количество гемицеллюлозы, удаленное на первом этапе, может изменяться от 10 до 15 мас.% от общего количества гемицеллюлозы в древесной щепе или сульфатной целлюлозе.
Экстрагированные гемицеллюлозы можно сжигать в котле, работающем на отходах лесопилки, или в котлах, работающих на биомассе, например путем распыления на подаваемое топливо (кору, щепу, опилки, уголь и т.д.), этим поддерживая энергетический баланс завода. Альтернативно, экстрагированные гемицеллюлозы можно использовать в качестве сырья для ферментации в производстве химических топлив. Экстрагированные гемицеллюлозы можно окислять или создавать их производные с функциональными группами эфира или катионными зарядами. Обработанные таким образом гемицеллюлозы можно затем использовать в качестве добавок при производстве бумаги, например добавляемых в мокрой секции бумагоделательной машины или смешиваемых с крахмалом для использования в клеильном прессе или при покрытии. При последующей сульфатной варке экстрагированной древесной щепы экстрагируемые гемицеллюлозы могут быть выведены из технологического потока варки, этим снижая тепловую нагрузку на бойлер извлечения черного щелока (что обычно является "узким местом" в производстве).
nd
После экстракции древесной щепы обработанную или экстрагированную древесную щепу подвергают химической или полухимической варке. Такие способы хорошо известны специалистам в данной области техники и не будут описаны здесь более подробно. Смотрите, например, "Руководство технолога целлюлозно-бумажной промышленности", 2 Edition, G.A. Smook, Angus Wilde Publications (1992) и указанную в нем справочную литературу, которая вся включена в настоящий документ путем ссылки. Примерами подходящих способов химической и полухимической варки являются способы карбонатной варки, способы варки с зеленым щелоком, способы сульфатной варки или способы сульфитной варки. Для практического осуществления настоящего изобретения предпочтителен способ сульфатной варки.
Количество гемицеллюлозы, содержащейся в модифицированной сульфатной целлюлозе, составляет от 3 до 15% по сухой массе модифицированной целлюлозы. Предпочтительно, количество гемицеллюлозы, содержащейся в модифицированной сульфатной целлюлозе, составляет от 4 до 13% по сухой массе модифицированной целлюлозы. Более предпочтительно, количество гемицеллюлозы, содержащейся в модифицированной сульфатной целлюлозе, составляет от 5 до 10% по сухой массе модифицированной целлюлозы и наиболее предпочтительно от 6 до 8% по сухой массе модифицированной целлюлозы.
Эта модифицированная сульфатная целлюлоза (лиственная или хвойная) обладает значительно более высокой яркостью и объемом при улучшенной обезвоживаемости и потенциале к сушке, чем немодифицированная целлюлоза.
В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения модифицированная сульфатная целлюлоза настоящего изобретения содержит не меньше чем приблизительно 1 мас.% меньше гемицеллюлоз той же, но немодифицированной целлюлозы. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения модифицированная сульфатная целлюлоза содержит от 1 до 20 мас.% меньше гемицеллюлоз той же, но немодифицированной целлюлозы. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения модифицированная сульфатная целлюлоза содержит от 1 до 20 мас.% меньше гемицеллюлоз той же, но немодифицированной целлюлозы. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения модифицированная сульфатная целлюлоза предпочтительно содержит от 1 до 16 мас.% меньше гемицеллюлоз той же, но немодифицированной целлюлозы. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения модифицированная сульфатная целлюлоза более предпочтительно содержит от 2 до 16 мас.% меньше гемицеллюлоз той же, но немодифицированной целлюлозы. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения модифицированная сульфатная целлюлоза наиболее предпочтительно содержит от 2 до 8 мас.% меньше гемицеллюлоз той же, но немодифицированной целлюлозы.
В предпочтительных вариантах осуществления изобретения модифицированная целлюлоза настоящего изобретения имеет более высокую тонкость помола, измеренную методом Т227 om-99. Тонкость помола предпочтительно повышается не меньше чем приблизительно 20 единиц CSF по сравнению с немодифицированной целлюлозой. В более предпочтительных вариантах осуществления тонкость помола предпочтительно повышается не меньше чем приблизительно 50 единиц CSF по сравнению с модифицированной целлюлозой и в наиболее предпочтительных вариантах осуществления повышение тонкости помола составляет приблизительно от 50 до 200 единиц CSF по сравнению с немодифицированной целлюлозой.
В предпочтительных вариантах осуществления изобретения модифицированная целлюлоза настоящего изобретения имеет пониженные значения удерживания воды (WRV) (измеренные методом, описанным в Примерах ниже) по сравнению с немодифицированной целлюлозой. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения уменьшение в значениях удержания воды предпочтительно равно или больше приблизительно 0,1 г/г. В более предпочтительных вариантах осуществления уменьшение в значениях удержания воды предпочтительно равно или больше приблизительно 0,15 г/г и в наиболее предпочтительных вариантах осуществления уменьшение в значениях удержания воды равно или больше приблизительно 0,2 г/г. В лучших вариантах осуществления уменьшение в значениях удержания воды составляет от 0,2 до 0,5 г/г.
nd
Модифицированная целлюлоза настоящего изобретения может подвергаться одной или нескольким обработкам после варки, например промывке, белению с помощью известных отбеливателей, таких как диоксид хлора, элементарный хлор, озон и пероксид, с использованием способов и устройств, описанных в "Руководстве технолога целлюлозно-бумажной промышленности", 2 Edition, G.A.Smook, Angus Wilde Publications (1992) и указанных в нем справочных материалах. Целлюлоза также может подвергаться экстракции, например кислородной делигнификации или экстракции основанием предпочтительно в присутствии пероксида. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения модифицированная целлюлоза настоящего изобретения имеет повышенную способность к белению. Выгода от повышенной способности к белению заключается в том, что величина дозы используемого отбеливателя (Каппа-фактор) может быть уменьшена при достижении такой же яркости, как у немодифицированной беленой целлюлозы, этим создавая экономию на химикатах. Еще одной выгодой от повышенной способности к белению является то, что можно использовать такое же количество отбеливателя, как и для немодифицированной целлюлозы, особенно на ранних стадиях беления, таким образом сокращая количество стадий беления (экономия затрат и энергии), необходимых для достижения такой же яркости. Еще одной выгодой от повышенной способности к белению является то, что можно произвести целлюлозу с очень высокой яркостью, чего практически нельзя достигнуть с немодифицированной целлюлозой. Например, хорошо известно, что сульфатную целлюлозу нельзя отбелить до значения больше 89 по ISO с использованием разумного количества отбеливателя, такого как диоксид хлора. Однако, для этой модифицированной сульфатной целлюлозы можно достигнуть высоких уровней яркости, равных или больше приблизительно 90 по ISO и предпочтительно от 90 до 95 по ISO, в предпочтительных вариантах осуществления изобретения с помощью практических количеств отбеливающих веществ.
В другом предпочтительном варианте осуществления настоящего' изобретения модифицированная целлюлоза имеет меньший анионный заряд или меньшую гидрированную поверхность волокна, проявляя более хорошее сродство с химическими веществами, используемыми в производстве бумаги, такими как клеи, красители и оптические осветлители. В другом предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения модифицированная сульфатная целлюлоза, содержащая меньше гемицеллюлозы, имеет меньшую чувствительность к влаге и более хорошее свойство гидрорасширяемости.
Модифицированная целлюлоза настоящего изобретения может быть использована в производстве целлюлозной продукции, например рыхлой целлюлозы. Модифицированная целлюлоза настоящего изобретения может быть использована в производстве бумаги и упаковочной продукции, такой как бумага для печати, письма, публикаций, обложек и картонной продукции. Примеры такой продукции и способов ее производства описаны в патентах США №5902454 и 6464832.
При изготовлении бумаги или картона модифицированная целлюлоза настоящего изобретения может использоваться с небольшим облагораживанием или без него, и модифицированная целлюлоза может быть смешана с полностью облагороженными немодифицированными целлюлозами, особенно немодифицированными хвойными целлюлозами, такими как целлюлоза из болотной сосны, перед использованием в производстве бумаги или картона в различных количествах в зависимости от типа бумаги. Например, смеси модифицированной целлюлозы настоящего изобретения и немодифицированной хвойной целлюлозы могут содержать от 10 до 90 мас.% модифицированной лиственной целлюлозы настоящего изобретения, предпочтительно от 15 до 85 мас.% модифицированной лиственной целлюлозы настоящего изобретения и более предпочтительно от 20 до 80 мас.% модифицированной лиственной целлюлозы настоящего изобретения от общей массы смеси целлюлоз.
nd
Модифицированная целлюлоза настоящего изобретения или смеси целлюлоз, содержащие модифицированную целлюлозу настоящего изобретения, могут быть сформированы в водную исходную композицию для изготовления бумаги, которая также содержит одну или несколько добавок, которые придают или усиливают конкретные свойства листа или управляют другими технологическими параметрами. Примерами таких добавок являются квасцы, которые используют для управления рН, фиксации добавок на волокнах целлюлозы и улучшения удерживания волокон целлюлозы на бумагоделательной машине. Другими химическими веществами на основе алюминия, которые могут быть добавлены в композицию, являются алюминат натрия, силикат-сульфат полиалюминия и хлорид полиалюминия. Другими химическими веществами мокрой секции, которые могут быть введены в исходную композицию для изготовления бумаги в традиционных целях, являются кислоты и основания, клеи, сухопрочные смолы, влагопрочные смолы, наполнители, красители, средства удерживания, флоккулянты волокон, противопенные добавки, вещества, улучшающие обезвоживаемость, оптические осветлители, вещества для контроля смол, слимициды, биоциды, специальные химикаты, такие как ингибиторы коррозии, химикаты для повышения огнестойкости, химикаты, препятствующие потускнению и т.д. Способы подготовки композиций из механической беленой целлюлозы, химикатов на основе алюминия для мокрой секции и других химикатов для мокрой секции хорошо известны в данной области техники и не будут описаны здесь более подробно. Смотрите, например, "Руководство технолога целлюлозно-бумажной промышленности", 2 Edition, G.A.Smook, Angus Wilde Publications (1992) и указанные в нем справочные материалы, которые все включены в настоящий документ путем ссылки.
Исходную водную композицию для изготовления бумаги, содержащую механическую беленую целлюлозу и соединения на основе алюминия, наносят на формующую сетку традиционной бумагоделательной машины для формирования мокрого полотна бумаги или картона, и это мокрое полотно бумаги или картона сушат для получения сухого полотна бумаги или картона. Бумагоделательные машины и использование их в изготовлении бумаги хорошо известны в данной области хорошо известны в данной области техники и не будут описаны здесь более подробно. Смотрите, например, Руководство технолога целлюлозно-бумажной промышленности, указанное выше. Для примера исходную водную композицию для изготовления бумаги, содержащую целлюлозу, добавки на основе алюминия и другие добавки, которая обычно имеет консистенцию от 0,3 до 1%, подают из напорного ящика подходящей бумагоделательной машины, например машины Фурдринье с двойной или одинарной формующей сеткой. Нанесенная композиция для изготовления бумаги обезвоживается вакуумом в секции формовки. Обезвоженная композиция транспортируется из секции формовки в прессовую секцию на фетры специальной конструкции через последовательность валов с зонами контакта, которые удаляют воду и уплотняют мокрое полотно бумаги, и после этого в секцию сушки, где мокрое полотно бумаги сушат для получения сухого полотна бумаги настоящего изобретения. После сушки сухое полотно бумаги может быть дополнительно подвергнуто нескольким операциям в сухой секции машины и различным обработкам поверхности, таким как нанесения покрытия, проклейка и каландрирование.
В предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения модифицированная целлюлоза используется для изготовления бумажных продуктов, которые имеют больший объем, чем у такой же или в сущности такой же, но немодифицированной целлюлозы. Объем равен толщине, деленной на базовую массу. Базовую массу можно определить методом Т410 om-02, и толщину можно определить методом Т411 om-05. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения модифицированная целлюлоза используется для изготовления бумажных продуктов, которые имеют объем по меньшей мере на 2% больше, чем у такой же или в сущности такой же, но немодифицированной целлюлозы. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения модифицированная целлюлоза используется для изготовления бумажных продуктов, которые имеют объем по меньшей мере на 5% больше, чем у такой же или в сущности такой же, но немодифицированной целлюлозы. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения модифицированная целлюлоза используется для изготовления бумажных продуктов, которые имеют объем более предпочтительно на 5-40% больше, чем у такой же или в сущности такой же, но немодифицированной целлюлозы. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения модифицированная целлюлоза используется для изготовления бумажных продуктов, которые имеют объем наиболее предпочтительно на 5-30% больше, чем у такой же или в сущности такой же, но немодифицированной целлюлозы.
Бумагу, произведенную в соответствии с настоящим изобретением, можно использовать для традиционных целей. Например, эта бумага подходит для использования в качестве бумаги для печати, бумаги для публикаций, бумаги для газет и т.п.
Например, модифицированная целлюлоза настоящего изобретения может быть использована в производстве впитывающих изделий, таких как подгузники, салфетки, полотенца, предметы личной гигиены, с использованием традиционных способов. Такие продукты и способы их производства хорошо известны специалистам в данной области техники и не будут описаны здесь подробно. Смотрите, например, патенты США №6063982 и 5766159 и указанную в них справочную литературу. Модифицированная целлюлоза настоящего изобретения может быть использована для производства пропитываемой крафт-бумаги. Пропитываемая крафт-бумага представляет собой бумажный лист, изготовленный из небеленой сульфатной целлюлозы (смесь в основном лиственной целлюлозы с некоторым количеством хвойной целлюлозы, например, из болотной сосны), который используется в качестве основы для пропитки и отверждения смолистыми полимерами. Пропитываемая крафт-бумага используется в качестве строительного материала для домов и офисов, например, как кровельное покрытие для кухни. Настоящее изобретение теперь будет описано со ссылками на следующие примеры. Примеры должны восприниматься как иллюстративные, и настоящее изобретение не ограничено материалами, условиями или технологическими параметрами, указанными в примерах.
Пример 1
Щепу северных лиственных деревьев (в основном клена) экстрагировали водой при 160°С. Технологические условия и массовые проценты удаления приведены в Таблице I и на Фиг.1.
Таблица I
Номер образца
Время экстракции, мин
Температура экстракции
рН экстрагированной гемицеллюлозы
Массовый % удаления
1
30
140°С
5,16
1,7
2
60
140°С
4,95
2,1
3
90
140°С
5,15
3,2
4
120
140°С
4,98
4,4
5
150
140°С
3,87
5,8
6
30
150°С
4,46
2,0
7
60
150°С
4,07
4,1
8
90
150°С
4,15
9,4
9
120
150°С
3,95
9,2
10
150
150°С
3,55
12,5
11
30
160°С
3,90
6,6
12
60
160°С
3,60
11,3
13
90
160°С
3,55
15,8
14
120
160°С
3,49
15,2
15
150
160°С
3,38
19,5
Экстрагированную щепу затем подвергали сульфатной варке до числа Каппа 25. Неэкстрагированную щепу в качестве контрольной также подвергали сульфатной варке до достижения числа Каппа 25. Обработанные целлюлозы и контрольные целлюлозы отбеливали способами, приведенными в Таблице II.
Таблица II
Способы беления
Исходная сульфатная целлюлоза
Экстрагированная целлюлоза сульфатной варки до числа Каппа 25 / Контрольная целлюлоза сульфатной варки до числа Каппа 25
Этап Do
Каппа-фактор 0,08 для обработанной целлюлозы (0,76% ClO<sub>2</sub> нанесено на целлюлозу)Каппа-фактор 0,08 для контрольной целлюлозы (нанесено 0,76% ClO<sub>2</sub>)Каппа-фактор 0,14 для контрольной целлюлозы (нанесено 1,33% ClO<sub>2</sub>)40 минут при 50°С, консистенция 4%
Этап Еор
90 минут при 75°С, консистенция 10%, нанесено 0,4% H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>, нанесено 1,36% NaOH, давление О<sub>2</sub> 60 фунтов на кв. дюйм
Этап D1
3 часа при 62°С, консистенция 10%, на целлюлозу нанесено 0,73% ClO<sub>2</sub>, 0,3% NaOH
Этап Ер
60 минут при 75°С, консистенция 10%, на целлюлозу нанесено 0,16% H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>, 0,46% NaOH
Этап D2
3,5 часа при 78°С, консистенция 10%, на целлюлозу нанесено 0,21% ClO<sub>2</sub>
Результаты яркости приведены в Таблице III.
Таблица III
Яркость
Обработанная целлюлоза,Каппа-фактор 0,08 на этапе Do
Контрольная целлюлоза,Каппа-фактор 0,08 на этапе Do
Контрольная целлюлоза,Каппа-фактор 0,14 на этапе Do
Исходная сульфатная целлюлоза
28,2
21,4
21,4
После Do
35,1
26,3
36,5
После Еор
62,1 (Пч*3,3)
40,3 (Пч* 7,1)
59,2 (Пч*4,1)
После D1
84,1
68
80,5
После Ер
87,5
70,8
83,9
После D2
91,8
82,4
89,5
* Перманганатное число
2
2
Очевидно, что обработанную целлюлозу можно отбелить гораздо легче. В этом примере экономия на дозе ClO составляет больше 11 фунтов на тонну произведенной целлюлозы. Это очень значительная экономическая выгода. Более того, это также указывает, что если на этапе Do для модифицированной сульфатной целлюлозы использовать "нормальную" дозу ClO (т.е. Каппа-фактор от 0,14 до 0,2), можно получить целлюлозу с очень высокой яркостью (намного выше, чем у традиционной целлюлозы с верхним пределом яркости 90 по ISO). Фактически целлюлозу с очень высокой яркостью можно использовать в производстве бумаги с очень высокой яркостью и сэкономить на использовании оптического осветлителя.
Пример 2
2
Модифицированная целлюлоза и контрольная целлюлоза, которые отбелили с использованием одинаковой дозы отбеливателя ClO, как в Примере 1, были облагорожены до различных уровней помола. Объем определяли по вышеуказанному методу, и гладкость определяли методом Т538 om-01 (ТIP#202). Удерживание воды определяли с использованием следующего оборудования и метода.
Оборудование
I.
1. Лабораторная центрифуга со свободно поворачивающейся головкой.
2. Чашки для центрифуги.
3. Фильтровальные трубки с фильтрами из мелкой сетки (100 меш) и навинчиваемыми крышками - изготовлены по заказу (элементы WRV).
4. 2-литровая вакуумная колба с резиновым переходником для чашек центрифуги.
5. Стеклянный стержень с резиновым наконечником или эквивалент.
6. Лабораторный стакан, 250 мл.
7. Весы.
8. Несмываемый карандаш.
9. Печь для сушки (105°С).
10. Препаровальный кувшин.
Метод
II.
1. Определить консистенцию проб целлюлозы и отвесить количество, достаточное для получения 1 грамма абсолютно сухого волокна для пробы.
2. Осторожно поместить пробу в лабораторный стакан и разбавить дистиллированной водой до консистенции приблизительно 0,5%.
3. Установить элемент WRV на фильтровальную колбу. Помешивая пробу, налить достаточное количество пробы в элемент почти до заполнения. Приложить вакуум до отекания большей части воды, но не пропускать воздух через набивку. Повторять заполнение и отекание до тех пор, пока все волокна не будут на набивке и большая часть воды стечет. Использовать лопаточку; при необходимости уложить все волокна на слой.
4. Проделать то же самое с другим элементом WRV и некоторым количеством той же целлюлозы (дубликат).
5. Поместить элементы WRV в центрифугу, работающую с частотой вращения 2000 об/мин, на 30 минут.
6. Снять пробки и пометить их несмываемым карандашом.
7. Взвесить мокрые пробки и записать их массы.
8. Сушить пробки при 105°С в течение четырех часов.
9. Взвесить сухую пробку на горячих весах. Записать сухую массу.
10. Результаты приведены в Таблице IV и на Фиг.2 и 3.
Таблица IV
Тонкость помола, в единицах CSF
Значение удерживания воды, г/г
Объем, см<sup>3</sup>/г
Гладкость по Шеффилду
Модифицированная целлюлоза
575 (необлагороженная)
1,59
2,04
296
558
-
1,88
256
493
1,7
1,76
238
476
1,74
1,76
225
463
1,77
1,70
221
432
1,72
1,67
212
Контрольная целлюлоза
445 (необлагороженная)
1,95
1,60
216
315
2,09
1,52
186
220
2,17
1,49
136
206
2,38
1,51
122
Значения тонкости помола и удерживания воды являются показателями стекания и обезвоживания бумаги. Как показано на Фиг.2, эти данные показывают, что модифицированная целлюлоза может быть обезвожена и высушена на бумагоделательной машине быстрее, чем немодифицированная целлюлоза. Эти данные также показывают, что объем бумаги значительно улучшился. Как показано на Фиг.3, это так при сравнении увеличения объема при одинаковой гладкости бумаги.
Пример 3
Модифицированную сульфатную целлюлозу также изготовили из щепы болотной сосны. Как и в случае с лиственной целлюлозой, была получена значительная экономия на белении. В Таблице V показана уменьшенная крупность волокон модифицированной целлюлозы против контрольной целлюлозы при одинаковом числе Каппа 26. Это испытание проводили на устройстве Kajaani FiberLab tester.
Таблица V
Модифицированная сосновая целлюлоза
Контрольная сосновая целлюлоза
Крупность волокон, мг/100 м
26,1
29,2
Пример 4
3
3
Беленую сульфатную целлюлозу из южных лиственных деревьев обработали раствором NaOH (концентрация NaOH составляла 5% от общей системы целлюлозы и воды) при окружающей температуре в течение 15 минут. Это альтернативный способ экстракции гемицеллюлоз из волокон. Затем целлюлозу тщательно промыли водой и подготовили листы ручной отливки по методу TAPPI. Объем бумаги, полученной из модифицированной целлюлозы, составил 2,03 см/г, тогда как объем контрольной бумаги составил 1,85 см/г. Яркость также увеличилась с 86,4 по ISO у контрольной до 89,2 по ISO у модифицированной целлюлозы.