УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЙ СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЦЕЛЛЮЛОЗЫ, БУМАГИ И КАРТОНА
IMPROVED METHOD FOR PRODUCTION OF CELLULOSE, PAPER AND CARDBOARD

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к усовершенствованному способу производства целлюлозы, к целлюлозе, изготовленной в соответствии с этим способом, и бумаге и картону, изготовленным из целлюлозы настоящего изобретения. Более конкретно, настоящее изобретение относится к усовершенствованиям в способах обработки древесной массы с помощью одного или нескольких оптических осветлителей (brightening agents) в присутствии отбеливателей (bleaching agents), не содержащих хлор, или в присутствии отработавших отбеливателей, не содержащих хлор.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известны древесные массы и способы производства древесных масс. Смотрите, например, патенты США №№6,527,914; 6,743,332; 5,129,987; 3,388,037; 3,467,574; 3,804,944; 3,985,674; 4,534,954; 4,676,961; 4,756,799; 4,235,665; 4,136,831; 4,012,279; 3,847,363; 3,661,320; 3,873,412 и др.
Первым этапом механического способа производства целлюлозы является размол или измельчение древесного сырья. Способ получения дефибрерной древесной массы (SGW) заключается в подготовке древесной массы путем прижатия баланса и щепы к абразивной вращающейся поверхности. Много лет назад истирающей поверхностью являлся реальный камень. В сегодняшней практике для истирания используют специально разработанные "искусственные камни для получения древесной массы". В способе получения прессовой дефибрерной древесной массы (PGW) операция размола проводится полностью под давлением.
Еще одним типом механической целлюлозы является рафинированная механическая целлюлоза (RMP), полученная путем атмосферного рафинирования без предварительной обработки древесной щепы. Этот способ является одним из основных для получения древесной массы.
Термомеханическую целлюлозу (ТМР) получают путем механического рафинирования древесины при высокой температуре способом, известным как способ Апслунда. Способ подготовки древесной массы способом терморафинирования (TRMP) представляет собой вариант термомеханического способа. В этом случае щепу предварительно нагревают под давлением, а рафинирование проводят при атмосферном давлении. Термомеханические и терморафинированные древесные массы обладают повышенными прочностными свойствами по сравнению с дефибрерной и рафинерной массой.
Третий тип подготовки древесной массы объединяет в себе химический и механический способы. Двумя типами объединенного способа являются химико-механический и полухимико-механический. Существует небольшая разница между химико-механическим способом (СМР) и полухимико-механическим способом (SCMP). В обоих способах щепу предварительно обрабатывают химическими веществами, после чего следует механическое рафинирование. В этих способах обработку проводят четырьмя химическими веществами. Ими являются гидроксид натрия, бисульфит натрия, сульфит натрия и кислота. Обычно эти способы используют для лиственной древесины. Химическая обработки ослабляет структуру волокон, позволяя им распадаться, как при механической обработке хвойной древесины.
Последней ступенью развития всех механических способов подготовки древесной массы является химико-термомеханический (СТМР). Он включает в себя химическую обработку при повышенной температуре, обработку паром и механическое рафинирование. Этим способом можно получать волокнистые полуфабрикаты с широко изменяющимися свойствами, которые зависят от условий процесса, таких как источник древесины, концентрация сульфита натрия, рН, температура и т.д.
Следующий перечень ни в коей мере не является исчерпывающим. Существуют бесчисленные комбинации и варианты подготовки древесной массы, примеры которых описаны в Справочнике по изготовлению целлюлозы и бумаги (The Handbook of Pulping and Papermaking), 2-е изд., Кристофер Й. Бирманн; Сокращения, применяемые для дефибрерной древесной массы: Как понять сочетания букв, Бюллетень TAPPI (декабрь 1987), У.Купер и Дж.Эй. Кердин; Лиск Р.Эй. и Кочурек М.Дж. (редакторы); Дефибрирование древесной массы (Mechanical Pulping) (том 2 из серии "Производство древесной массы и бумаги"), Совместный комитет по справочникам, 1987; и Эйч.Ви. Кропп, Эффективное использование регенерируемой энергии является основной целью дефибрирования древесной массы, Pulp&Paper (апрель 1991), которые все включены в настоящий документ путем ссылки.
В общем, при наличии повышенного выхода продукции, непрозрачности и объема по сравнению с химическими способами изготовления целлюлозы, такими как сульфатный и сульфитный, механические целлюлозы имеют относительно низкую яркость ISO, например яркость не больше 65 пунктов ISO для лиственных механических целлюлоз и не больше 60 для хвойных механических целлюлоз, из-за значительного количества остающегося лигнина. Для повышения яркости механической целлюлозы ее подвергают одному или нескольким последующим этапам беления. Например, химико-термомеханическая целлюлоза (СТМР) может быть подвергнута одному или нескольким этапам беления для получения беленой химико-термомеханической целлюлозы (ВСТМР). Беление - это термин, который применяется к полухимическому или химическому этапу, на котором механическую целлюлозу обрабатывают активным отбеливателем, таким как хлор, диоксид хлора, озон, кислород, пероксид водорода, пероксикислоты, энзимы или их смеси, при регулируемых времени, температуре и значении рН. Желательным результатом этих реакций является осветление механической целлюлозы до еще более высоких уровней яркости (по стандартам Технической ассоциации целлюлозно-бумажной промышленности ("TAPPI") или Международной организации по стандартизации ("ISO")). Уровни яркости могут быть повышены до некоторой степени. Например, яркость ISO хвойных механических целлюлоз может быть повышена приблизительно до 75 ISO при одном традиционном этапе беления пероксидом и до приблизительно 80 ISO при двух традиционных этапах беления пероксидом, и яркость ISO лиственных механических целлюлоз может быть повышена приблизительно до 80 ISO при одном этапе беления пероксидом и 85 ISO при двух традиционных этапах беления пероксидом. Широко распространенное предпочтение потребителей к более яркой и белой целлюлозе заставляет изготовителей осуществлять все более агрессивные стратегии беления. Однако хотя уровни яркости несколько повышаются, другие свойства механической целлюлозы, такие как объем и непрозрачность, наоборот, все более ухудшаются при увеличении степени беления. Хотя после интенсивного беления целлюлоза белее, она все равно имеет желтовато-белый цвет. Желтовато-белый продукт нежелателен. Многочисленные исследования показывают, что потребители явно предпочитают голубовато-белый желтовато-белому цвету. Первый воспринимается как более белый, т.е. "свежий", "новый" и "чистый", а последний считается "старым", "выцветшим" и "грязным".
Дальнейшее оптическое повышение яркости обычно осуществляют путем добавления красителей, наполнителей и/или флуоресцентных осветлителей или оптических отбеливателей, обычно добавляемых на этапе смешивания. Оптические отбеливатели и способы повышения яркости волокон целлюлозы или бумаги описаны в патентах США №№5,482,514; 6,893,473; 6,723,846; 6,890,454; 6,426,382; 4,169,810; 5,902,454 и патентных заявках США №№ US 2004/014910 и US 2003/0013628.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В одном аспекте настоящее изобретение относится к усовершенствованному способу обработки механической целлюлозы, содержащему обработку целлюлозы одним или несколькими оптическими осветлителями в присутствии отбеливателей, не содержащих хлора, или в присутствии отработавших отбеливателей, не содержащих хлора. Обработку предпочтительно проводят на этапе беления. Отбеливатели выбирают из группы, состоящей из окислительных отбеливателей, кроме отбеливателей, содержащих хлор, таких как диоксид хлора, элементарный хлор или их сочетание, восстановительных отбеливателей или любого сочетания из двух и более. Способ настоящего изобретения предлагает одно или больше преимуществ над известными способами осветления беленых и/или небеленых механических целлюлоз. Например, преимущества некоторых вариантов осуществления способа настоящего изобретения заключаются в получении механической целлюлозы с высокими уровнями яркости ISO и/или уровнями белизны CIE (Международная комиссия по освещению). В некоторых вариантах осуществления использовали пониженное количество отбеливающих химикатов для достижения таких же уровней яркости ISO и/или уровней белизны CIE, как и в известных способах. В других вариантах осуществления изобретения высокие уровни яркости ISO и/или уровни белизны CIE могут быть достигнуты без отрицательного влияния на объем и/или непрозрачность механической целлюлозы. Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения могут иметь одно из вышеупомянутых преимуществ, а другие могут иметь два и больше вышеупомянутых преимуществ в любом сочетании.
В еще одном аспекте настоящее изобретение относится к осветленной механической целлюлозе, имеющей яркость, равную или больше 90 ISO, и к смесям целлюлозы, содержащим такую механическую целлюлозу. В еще одном аспекте настоящее изобретение относится к беленой механической целлюлозе, имеющей яркость, повышенную приблизительно на 5-10 пунктов ISO по сравнению с яркостью известных беленых механических целлюлоз, при отсутствии отрицательного влияния на объем или непрозрачность целлюлозы в нежелательной степени.
В еще одном аспекте настоящее изобретение относится к усовершенствованному способу получения беленой механической целлюлозы, который содержит:
(a) этап механического рафинирования, на котором древесную щепу механически рафинируют для получения механически рафинированной древесной массы; и
(b) этап беления, на котором упомянутую механически рафинированную древесную массу отбеливают на одном или нескольких этапах беления для получения беленой механически рафинированной древесной массы;
причем усовершенствование заключается в белении механической рафинированной древесной массы с помощью одного или нескольких отбеливателей в присутствии одного или нескольких оптических осветлителей, где упомянутые отбеливатели выбирают из группы, состоящей из окислительных отбеливателей, кроме отбеливателей на основе хлора, таких как диоксид хлора, элементарный хлор или их сочетание, восстановительных отбеливателей или любого сочетания из двух или больше отбеливателей.
Еще в одном аспекте настоящее изобретение относится к усовершенствованному способу получения целлюлозы и изготовления бумаги, содержащему:
(a) этап механического рафинирования, на котором древесную щепу механически рафинируют для получения механически рафинированной древесной массы,
(b) этап беления, на котором упомянутую механически рафинированную древесную массу отбеливают на одном или нескольких этапах беления для получения беленой механически рафинированной осиновой древесной массы,
(c) этап формирования композиции, на котором формируют водную композицию для изготовления бумаги, содержащую упомянутую беленую механически рафинированную древесную массу;
(d) этап нанесения композиции, на котором упомянутую композицию наносят на формующую сетку бумагоделательной машины для получения мокрого бумажного полотна; и
(e) этап сушки мокрого бумажного полотна, на котором упомянутое мокрое бумажное полотно сушат для получения первого сухого бумажного полотна, причем усовершенствование заключается в белении механической рафинированной древесной массы с помощью одного или нескольких отбеливателей в присутствии одного или нескольких оптических осветлителей, где упомянутые отбеливатели выбирают из группы, состоящей из окислительных отбеливателей, кроме отбеливателей на основе хлора, таких как диоксид хлора, элементарный хлор или их сочетание, восстановительных отбеливателей или любого сочетания из двух или больше отбеливателей.
3
В еще одном аспекте настоящее изобретение относится к бумажному полотну, содержащему беленую механическую целлюлозу, имеющую яркость ISO, равную или больше приблизительно 90, причем упомянутая целлюлоза предпочтительно имеет объем, равный или больше приблизительно 2 см/г, и непрозрачность, равную или больше приблизительно 79 %, а также к смесям целлюлозы, содержащим такую механическую целлюлозу.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На чертежах:
Фиг.1-3 представляют собой графики, иллюстрирующие улучшения в яркости ISO, белизне CIE и значении b* оттенка желтого, при практическом осуществлении настоящего изобретения с оптическим отбеливателем, предлагаемым компанией Clariant под фирменным наименованием "Leucophor АР", которое наносили на осиновую целлюлозу ВСТМР после первого этапа беления пероксидом водорода, для получения целевых показателей яркости первого этапа 73 пункта ISO, 77 пунктов ISO и 82 пункта ISO.
Фиг.4-6 представляют собой графики, иллюстрирующие улучшения в яркости ISO, белизне CIE и значении b* оттенка желтого, при применении изобретения к осиновой целлюлозе ВСТМР, которая была отбелена с помощью пероксида водорода на первом этапе для получения целевого показателя яркости 82 пункта ISO, и при практическом осуществлении настоящего изобретения с оптическим отбеливателем "Leucophor АР" или оптическим отбеливателем на основе тетрасульфированного стильбена, предлагаемым компанией Clariant под фирменным наименованием "Leucophor Т-100".
Фиг.7-9 представляют собой графики, иллюстрирующие улучшения в яркости ISO, белизне СЕ и значении b* оттенка желтого, при применении изобретения к осиновой целлюлозе ВСТМР, которая была отбелена с помощью пероксида водорода на первом этапе для получения целевого показателя яркости 77 пунктов ISO, и при практическом осуществлении настоящего изобретения или с одновременным смешиванием "Leucophor АР" со всеми отбеливателями в начале беления пероксидом, или с последовательным смешиванием оптического отбеливателя с целлюлозой в конце этапа беления пероксидом, но перед промывкой целлюлозы.
Фиг.10-12 показывают сравнительные графики сравнительного улучшения яркости ISO, белизны СIE и значения b* оттенка желтого при смешивании оптического отбеливателя с целлюлозой согласно уровню техники в применении к осиновой целлюлозе ВСТМР для получения значения 82 пункта ISO с использованием отбеливателя "Leucophor АР" или "Leucophor Т-100".
Фиг.13-15 показывают сравнительные графики, аналогичные графикам на Фиг.10-12, но для яркости 77 пунктов ISO для осиновой целлюлозы ВСТМР.
Фиг.16-18 показывают графики, иллюстрирующие улучшения в яркости ISO, белизне CIE и значении оттенка b* желтого при применении изобретения к осиновой целлюлозе ВСТМР с яркостью 82 пункта ISO и при времени реакции настоящего изобретения, изменявшемся в пределах от 1 до 4 часов.
Фиг.19-24 показывают микрофотографии волокон целлюлозы, обработанных оптическим отбеливателем в соответствии со способом настоящего изобретения, и волокон целлюлозы, обработанных оптическим отбеливателем в отсутствие активных и отработавших отбеливателей.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ настоящего изобретения направлен на усовершенствование способов обработки механической целлюлозы оптическими осветлителями для повышения яркости и/или белизны целлюлозы. Согласно настоящему изобретению целлюлозу обрабатывают одним или несколькими оптическими осветлителями в присутствии одного или нескольких отбеливателей, выбираемых из группы, состоящей из отбеливателей, в число которых не входят отбеливатели на основе хлора. В лучших вариантах осуществления настоящего изобретения отбеливатели могут быть активными, и в таком случае оптический осветлитель может быть добавлен в течение одного или нескольких этапов беления вместе с одним или несколькими подходящими отбеливателями. Порядок и точка добавления оптического осветлителя и отбеливателя в смесь для обработки большого значения не имеют. Например, оптический осветлитель может быть добавлен перед добавлением отбеливателя и/или других отбеливающих химикатов, вместе с одним или несколькими отбеливателями и/или другими отбеливающими химикатами, после добавления отбеливателя и/или других отбеливающих химикатов и в любое время после завершения процесса беления в присутствии отработавшего отбеливателя. Оптический осветлитель предпочтительно добавляют в смеси с отбеливателем и/или одним или несколькими другими отбеливающими химикатами.
Растительный источник механической целлюлозы для использования в настоящем изобретении большого значения не имеет и может быть любым волокнистым растением, которое может быть подвергнуто дефибрированию. Примерами таких волокнистых растений являются деревья, включая лиственные волокнистые деревья, такие как осина, эвкалипт, клен, береза, каштан, акация, и хвойные волокнистые деревья, такие как ель, сосна, кедр, включая их смеси. В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере часть целлюлозных волокон может быть получена из недревесных травянистых растений, включая без ограничения кенаф, коноплю, джут, лен, сизаль или абаку, хотя юридические ограничения и другие соображения могут сделать использование конопли и других источников волокон непрактичным или невозможным. Источником механической целлюлозы для использования при практическом осуществлении настоящего изобретения предпочтительно являются лиственные и хвойные волокнистые деревья, более предпочтительно эвкалипт, ель и осина и наиболее предпочтительно осина и ель.
Механическая целлюлоза, используемая в способе настоящего изобретения, может быть получена любым способом дефибрирования, при котором волокнистое растение истирают на волокна для изготовления целлюлозы. Существуют многочисленные варианты дефибрирования, которые могут быть использованы для изготовления механической целлюлозы, используемой в способе настоящего изобретения. Примеры таких способов дефибрирования описаны в Справочнике по изготовлению целлюлозы и бумаги (Handbook of Pulping and Papermakins) 2-е изд., Кристофер Й.Бирманн; Сокращения, применяемые для дефибрерной древесной массы: Как понять сочетания букв, Бюллетень TAPPI (декабрь 1987), У.Купер и Дж.Эй.Кердин; Лиск Р.Эй. и Кочурек М.Дж. (редакторы), Дефибрирование древесной массы (Mechanical Pulping) (Том 2 из серии "Производство древесной массы и бумаги"), Совместный комитет по справочникам, 1987; и Эйч.Ви.Кропп, Эффективное использование регенерируемой энергии является основной целью дефибрирования древесной массы, Pulp&Paper (апрель 1991), Справочнике технолога целлюлозно-бумажной промышленности (Handbook For Pulp&Paper Technologies), 2-е издание, Дж.Эй.Смук, Angus Wilde Publications (1992), и указанных в них справочных материалах, которые все включены в настоящий документ путем ссылки. Такие способы включают истирание на камне (SG), истирание на камне под давлением (PSG), рафинирование древесной массы (RMP), термомеханический (ТМР), химико-термомеханический (СТМР), химико-термомеханический с белением (ВСТМР) и т.д. Предпочтительной для использования при практическом осуществлении настоящего изобретения является механическая целлюлоза, полученная термомеханическим, химико-термомеханическим и химико-термомеханическим с белением способами. Более предпочтительно целлюлозу готовят химико-термомеханическим и химико-термомеханическим с белением способами и наиболее предпочтительно химико-термомеханическим с белением.
Консистенция при белении может изменяться в широких пределах, и можно использовать любую консистенцию, которая обеспечит желательное повышение яркости целлюлозы. Механическую целлюлозу можно отбеливать при низкой консистенции (т.е. приблизительно от 3% до 6% от общей массы смеси целлюлозы и отбеливателей), средней консистенции (т.е. приблизительно от 8% до 14% от общей массы смеси целлюлозы и отбеливателей) или высокой консистенции (т.е. приблизительно от 20% до 30% от общей массы смеси целлюлозы и отбеливателей). Консистенция предпочтительно составляет 10%, более предпочтительно 14% и наиболее предпочтительно 25%. Консистенция может составлять 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29 and 30%, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.
Оптические осветлители, используемые при практическом осуществлении способа настоящего изобретения, могут изменяться в широких пределах, и любой известный оптический осветлитель, который используют или могут использовать для осветления механической или сульфатной целлюлозы, может быть использован для осуществления способа настоящего изобретения. Оптическими осветлителями являются флуоресцентные соединения типа красителей, которые поглощают свет в невидимой ультрафиолетовой части спектра и испускают его в видимой части спектра, в частности на длинах волн от синего до сине-фиолетового. Это придает дополнительную яркость и может компенсировать природный оттенок желтого такого вещества, как бумага. Оптические осветлители, используемые в настоящем изобретении, могут изменяться в широких пределах, и можно использовать любой подходящий оптический осветлитель. Обзор таких осветлителей можно найти, например, в Энциклопедии промышленной химии Ульманна (Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry), шестое издание, 2000, электронный выпуск, "ОПТИЧЕСКИЕ ОСВЕТЛИТЕЛИ - Химия технической продукции", которая включена в настоящий документ в полном объеме путем ссылки. Другими подходящими оптическими осветлителями являются описанные в патентах США №5,902,454; 6,723,846; 6,890,454; 5,482,514; 6,893,473; 6,723,846; 6,890,454; 6,426,382; 4,169,810 и 5,902,454 и указанных в них справочных материалах, которые все включены в настоящий документ путем ссылки. Другие подходящие оптические осветлители описаны в опубликованных патентных заявках США № US 2004/014910 и US 2003/0013628, патентной заявке WO 96/00221 и указанных в них справочных материалах, которые все включены в настоящий документ путем ссылки. Примерами подходящих оптических осветлителей являются 44'-бис-(триазиниламино)-стильбен-2,2'-дисульфоновые кислоты, 4,4'-бис-(триазол-2-ил)стильбен-2,2'-дисульфоновые кислоты, 4,4'-дибензофуранил-бифенилы, 4,4'-(дифенил)-стильбены, 4,4'-дистирил-бифенилы, 4-фенил-4'-бензоксазолил-стильбены, стильбенил-нафтотриазолы, 4-стирил-стильбены, бис-(бензоксазол-2-ил) производные, бис-(бензимидазол-2-ил) производные, кумарины, пиразолины, нафталимиды, триазинил-пирены, 2-стирил-бензоксазол- или нафтоксазолы, бензимидазол-бензофураны или оксалиниды.
Наиболее широко встречающиеся в продаже оптические осветлители изготовлены на основе стильбена, кумарина и пиразолина и являются предпочтительными для использования при практическом осуществлении настоящего изобретения. Более предпочтительными оптическими осветлителями для использования при практическом осуществлении настоящего изобретения являются оптические осветлители, обычно используемые в бумажной промышленности, на основе стильбена, такие как 1,3,5-триазинил производные 4,4'-диаминостильбен-2,2'-дисульфоновой кислоты и ее соли, которые могут иметь дополнительные сульфогруппы, например, в положениях 2, 4 и/или 6. Наиболее предпочтительными являются имеющиеся в продаже производные стильбена, такие как, например, предлагаемые компанией Ciba Geigy под фирменным наименованием "Tinopal", компанией Clariant под фирменным наименованием "Leucophor", компанией Lanxess под фирменным наименованием "Blankophor" и компанией 3V под фирменным наименованием "Optiblanc", такие как оптические осветлители на основе дисульфоната, тетрасульфоната и гексасульфоната стильбена. Из этих наиболее предпочтительных оптических осветлителей, имеющихся в продаже, более предпочтительны дисульфонат и тетрасульфонат стильбена и наиболее предпочтителен дисульфонат стильбена.
Количество оптического осветлителя, используемого при практическом осуществлении способа настоящего изобретения, может изменяться в широких пределах, и можно использовать любое количество, достаточное для достижения желательной степени яркости. В общем, чем меньше количество оптического осветлителя, тем меньше увеличение яркости ISO конечного целлюлозного продукта. И наоборот, чем больше количество используемого оптического осветлителя, тем больше увеличение в яркости целлюлозы, за тем исключением, что, хотя авторы не хотят быть связанными любой теорией, полагают, что в какой-то момент добавление большего количества оптического осветлителя не будет оказывать дальнейшего ощутимого влияния на яркость целлюлозы и даже может привести к снижению яркости целлюлозы. Количество используемого оптического осветлителя обычно составляет по меньшей мере больше приблизительно 0,1% от сухой массы целлюлозы. Предпочтительно количество оптического осветлителя составляет приблизительно от 0,1% до 2%, более предпочтительно от 0,2% до 1,5% и наиболее предпочтительно от 0,25% до 1% от сухой массы целлюлозы. Количество оптического осветлителя может составлять 0,1, 0,2, 0,25, 0,3, 0,35, 0,4, 0,45, 0,5, 0,55, 0,6, 0,7, 0,75, 0,8, 0,9, 1,0, 1,25, 1,5, 1,75 и 2,0 мас.% от совокупной сухой массы волокон, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.
При практическом осуществлении настоящего изобретения можно использовать любой окислительный отбеливатель, кроме отбеливателя на основе хлора, и любой восстановительный отбеливатель. Подходящие отбеливатели описаны в публикации "Беление целлюлозы" (The Bleaching of Pulp), 3-е изд., Р.П.Сингх, TAPPI PRESS, Атланта, Джорджия, 1979. Примерами подходящих окислительных отбеливателей являются кислород, пероксиды и пероксикислоты или кислотные производные пероксида водорода, такие как пероксимоносерная кислота и пероксиуксусная кислота, диметилдиоксиран. Однако помимо повышения яркости целлюлозы использование этих пероксикислот может привести к нежелательным побочным эффектам, таким как снижения выхода конечного продукта из-за растворения и удаления лигнина и некоторого разложения оптических осветлителей. Такие нежелательные эффекты можно минимизировать, если отложить смешивание оптического осветлителя с целлюлозой до более поздней стадии этапа беления, после того, как израсходовано большее количество отбеливателей. Примерами восстанавливающих отбеливателей являются гидросульфит натрия, бисульфит натрия и гидросульфит цинка. Для минимизации удаления лигнина, снижения выхода конечного продукта и нежелательного разложения оптического осветлителя наиболее предпочтительными отбеливателями являются пероксиды.
Количество отбеливателя, используемого при практическом осуществлении способа настоящего изобретения, может изменяться в широких пределах, и можно использовать любое количество, достаточное для получения желательной степени яркости. В общем, чем меньше количество применяемого отбеливателя, тем меньше увеличение в яркости ISO конечного целлюлозного продукта. И наоборот, чем больше количество используемого отбеливателя, тем больше увеличение в яркости целлюлозы, за тем исключением, что чем больше количество применяемого отбеливателя, тем больше снижение в объеме и пористости беленой механической целлюлозы. Количество используемого отбеливателя обычно составляет приблизительно по меньшей мере 0,5% от сухой массы целлюлозы. Предпочтительно количество отбеливателя составляет от 0,5% до 10%, более предпочтительно от 1% до 9% и наиболее предпочтительно от 1,5% до 6% от сухой массы целлюлозы, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах. Количество отбеливателя может составлять 0,5, 1,0, 1,5, 2,0, 2,5, 3,0, 3,5, 4,0, 4,5, 5,0, 5,5, 6,0, 6,5, 7,0, 7,5, 8,0, 8,5, 9,0, 9,5 и 10,0 мас.%, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.
В наиболее предпочтительных вариантах осуществления изобретения, где отбеливателем является пероксид водорода, количество пероксида водорода в отбеливающем растворе предпочтительно составляет от 10 до 200 фунтов на тонну сухой целлюлозы. Пероксид водорода обычно получают от поставщиков в виде смеси из 60 мас.% воды и 40 мас.% пероксида водорода, но могут быть использованы и другие пропорции воды и пероксида водорода при условии, что они эквивалентны 10-200 фунтам смеси 60:40. Приемлемой щелочностью пероксида водорода является приблизительно от 0,25 до 3 по массе смеси 60:40. Эти количества пероксида водорода могут быть применены к способам осветления механических целлюлоз согласно настоящему изобретению.
Отбеливающий раствор также может содержать различные дополнительные компоненты, которые стабилизируют отбеливатель в условиях беления, и это сделано в лучших вариантах осуществления изобретения. Выбор конкретного стабилизатора будет зависеть от применяемого отбеливателя, и при практическом осуществлении настоящего изобретения можно использовать любой известный стабилизатор. Например, подходящие стабилизаторы включают без ограничения силикаты, такие как силикат натрия и хелирующие вещества, такие как, но без ограничения, аминополикарбоновые кислоты (АРСА), этилендиаминтетрауксусная кислота (EDTA), диэтилентриаминпентауксусная кислота (DTPA), нитрилотриуксусная кислота (NTA), фосфониевые кислоты, этилендиаминтетраметиленфосфониевая кислота (EDTMP), диэтилентриаминпентаметиленфосфониевая кислота (DTPMP), нитрилотриметиленфосфониевая кислота (NTMP), поликарбоновые кислоты, глюконаты, цитраты, полиакрилаты и полиаспартаты или любое их сочетание. Смеси хелирующих веществ, регулирующих термодинамику и кинетику (например, цитратов, кетокислот, глюконатов, гептаглюконатов, фосфатов и фосфонатов), также подходят для снижения содержания свободных ионов тяжелых металлов в бумаге до приемлемых уровней. Хелирующими веществами, регулирующими кинетику, являются те, которые не образуют стабильного выделяемого комплекса с ионом тяжелого металла. В наиболее предпочтительных вариантах осуществления изобретения, где отбеливателем является пероксид водорода, используют силикаты, предпочтительно силикат натрия, и хелирующее вещество, предпочтительно диэтилентриаминпентауксусную кислоту (DTPA). Делается ссылка на следующие статьи, содержащие подробные описания химической активности стабилизаторов, таких как хелирующие вещества и силикаты: "Беление целлюлозы: принципы и практика" (Pulp Bleaching: Principles and Practice), Карлтон У. Денс и Дуглас У.Рив, Tappi Press, Technology Park, PO Box 105113, Atlanta, Georgia (1996), и В.Н.Гупта, Pulp Paper Mag. Can., 71 (18), T391-399 (1970), которые включены в настоящий документ путем ссылки.
Для получения желаемого эффекта можно использовать любое количество этих дополнительных компонентов, и обычно используют известные количества. Например, каждый стабилизатор может присутствовать в количестве до 10 мас.%. В одном варианте осуществления дополнительный компонент, стабилизатор или их смеси могут присутствовать в количестве 10 мас.%, предпочтительно до 8 мас.%, более предпочтительно до 6 мас.% от сухой массы волокон, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.
В дополнение к стабилизаторам, таким как силикаты и хелирующие вещества, отбеливающий раствор также может содержать вспомогательные отбеливающие вещества в количестве до 10 мас.%. Вспомогательные отбеливающие вещества усиливают отбеливающую активность. Вспомогательные отбеливающие вещества включают в себя активаторы, такие как "Chip Aid.RTM" и "HP Booster", поставляемые компанией Constant Labs, Монреаль, Канада. Такие активаторы, как хелирующие вещества и вспомогательные отбеливающие вещества, могут быть применены в способе осветления механических целлюлоз согласно изобретению.
Состав отбеливающего раствора указан как смесь. Однако необходимо понимать, что компоненты отбеливающего раствора могут быть добавлены по отдельности или в смесях любого сочетания в любом порядке.
Время беления может изменяться в широких пределах, и можно использовать известное время беления. Как известно из уровня техники, время беления обычно будет зависеть от имеющегося технологического оборудования, темпов производства, температур, целлюлозы, химикатов для беления, конечного значения рН и других условий беления. Обычно время беления будет составлять приблизительно 20 минут. Время беления составляет предпочтительно от 30 минут до 10 часов, более предпочтительно от 60 минут до 8 часов и наиболее предпочтительно от 90 минут до 6 часов. Время беления или контакта включает 60 минут, 90 минут, 2 часа, 3, часа, 4 часа, 5 часов, 6 часов, 7 часов, 8 часов, 9 часов и 10 часов, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.
Подобным же образом, температура беления на критическом этапе беления может изменяться в широких пределах, и можно использовать температуру, обычно применяемую на этапах беления. Например, подходящая температура может быть низкой, как например 25°С или ниже, и высокой, как например 100°С или выше. В способе настоящего изобретения температура беления обычно составляет от 25°С до 120°С, предпочтительно от 40°С до 100°С, более предпочтительно от 60°С до 90°С и наиболее предпочтительно от 70°С до 80°С. Конечное значение рН на этапе беления может изменяться в широких пределах и может быть любым значением, которое обычно получают на известных этапах беления отбеливателями на основе водорода. Например, конечное значение рН может быть высоким, как например 11 и выше, и низким, как например 7 и ниже. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения конечное значение рН равно или больше приблизительно 7,0, в более предпочтительных вариантах составляет от 7 до 10 и в наиболее предпочтительных вариантах составляет от 8 до 9.
Начальное значение рН на этапе беления может изменяться в широких пределах и может быть любым значением, которое обычно получают на известных этапах беления отбеливателями на основе хлора. Например, начальное значение рН может быть высоким, как например приблизительно 12, и низким, как например приблизительно 9. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения начальное значение рН равно или выше приблизительно 10 и в более предпочтительных вариантах осуществления составляет от 10 до 11.
Значение рН при белении можно регулировать, используя материалы, используемые в известных способах беления в известных количествах. Например, если отбеливателем является пероксид, значение рН можно регулировать посредством использования щелочного буфера, такого как кальцинированная сода, гидроксид магния и т.п., или путем добавления органического или неорганического основания, такого как гидроксид натрия, аммиак, гидроксид аммония, гидроксид калия и т.п.
В настоящем изобретении механическую целлюлозу можно отбеливать на одном или нескольких этапах беления. В каждом случае яркость целлюлозы будет больше яркости волокнистого полуфабриката, отбеленного в тех же условиях, но без применения оптического осветлителя на этапе беления. Хотя яркость целлюлозы увеличивается с количеством этапов беления, другие важные свойства целлюлозы, такие как объем и непрозрачность, ухудшаются. Соответственно, количество этапов беления можно изменять для оптимизации яркости, объема и непрозрачности беленой целлюлозы в зависимости от конечного назначения целлюлозы.
Типы последовательностей беления, количество и тип этапов беления, содержащих эти последовательности, могут изменяться в широких пределах при условии, что имеется основной этап беления с одним или несколькими оптическими осветлителями и одним или несколькими окислительными или восстановительными отбеливателями, не содержащими хлора. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения способ беления по настоящему изобретению содержит один или два этапа.
Определенные беленые механические целлюлозы настоящего изобретения имеют превосходную яркость ISO, определяемую по стандартному методу испытаний TAPPI T452 om-02, особенно в сравнении с механической целлюлозой, отбеленной в тех же условиях, но без оптического осветлителя. В этих вариантах осуществления инкрементное повышение яркости ISO целлюлозы в результате добавления оптического осветлителя обычно составляет по меньшей мере 2 пункта ISO. Инкрементное повышение яркости целлюлозы предпочтительно составляет по меньшей мере 4 пункта ISO, более предпочтительно от 6 до 8 пунктов ISO и наиболее предпочтительно от 9 до 11 пунктов ISO.
3
3
3
3
Другие беленые механические целлюлозы настоящего изобретения имеют относительно высокую яркость ISO и из-за повышенной эффективности беления также имеют относительно большой объем, определяемый стандартными методами испытаний TAPPI Т411 и Т452 om-02, и непрозрачность, определяемую стандартным методом испытаний TAPPI T519 om-02. В этих вариантах осуществления яркость ISO целлюлозы обычно составляет приблизительно 80 пунктов ISO, объем обычно равен или больше приблизительно 1,8 см/г, и непрозрачность обычно равна или больше приблизительно 78%. Яркость ISO целлюлозы предпочтительно составляет по меньшей мере 85 пунктов ISO, объем предпочтительно равен или больше 2,2 см/г, и непрозрачность предпочтительно равна или больше 80%. В более предпочтительных вариантах осуществления яркость ISO целлюлозы составляет по меньшей мере 90 пунктов ISO, объем равен или больше 2,0 см/г, и непрозрачность равна или больше 78%, и в наиболее предпочтительных вариантах осуществления яркость ISO целлюлозы составляет по меньшей мере 95 пунктов ISO, объем равен или больше 1,9 см/г, и непрозрачность равна или больше 78%.
Настоящее изобретение частично относится к комплексу "волокно - оптический осветлитель", у которого сродство оптического осветлителя, добавляемого к волокну согласно настоящему изобретению, предпочтительно больше, чем в случаях, когда оптический осветлитель добавляют к волокну известными способами. При добавлении оптического осветлителя к волокну согласно способу настоящего изобретения количество оптического осветлителя, который необходимо добавить, уменьшается на 30-60% по сравнению с известными способами и точками добавления. Уменьшение может составить 30, 31, 32, 33, 34, 35, 40, 45, 50, 55, 56, 57, 58, 59 и 60% по сравнению с количеством, требуемым для известных способов и точек добавления, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.
Кроме того, настоящее изобретение предпочтительно предусматривает повышенное проникновение оптического осветлителя в стенки клеток волокна механической целлюлозы, которое, как считается, в предпочтительных вариантах осуществления изобретения повышает сродство оптического осветлителя к волокну механической целлюлозы. Поскольку оптический осветлитель имеет повышенное сродство к волокну механической целлюлозы настоящего изобретения и изготовленных из нее бумажных основ по сравнению с известной целлюлозой, потребуется больше времени для экстракции оптического осветлителя из механической целлюлозы и комплекса "целлюлоза - оптический осветлитель" настоящего изобретения (механическая целлюлоза и/или бумага) при каком-то данном периоде времени и температуре данного растворителя. Количество оптического осветлителя, присутствующего в стенке клетки волокна механической целлюлозы, можно измерить, например, микроскопией, более конкретно флуоресцентной микроскопией, и сродство оптического осветлителя к волокну механической целлюлозы можно измерить путем экстракции с использованием любого растворителя, предпочтительно воды, при любой температуре. Предпочтительно большее количество оптического осветлителя проникает в стенку клетки волокна механической целлюлозы, обработанной согласно настоящему изобретению, чем в стенке клетки волокна механической целлюлозы, обработанной оптическим осветлителем по известным способам после беления. Более предпочтительно количество оптического осветлителя, присутствующего в стенке клетки волокна механической целлюлозы, увеличивается по меньшей мере на 1% по сравнению с количеством оптического осветлителя в стенке клетки волокна механической целлюлозы, обработанной известными способами. Однако более предпочтительно, чтобы количество оптического осветлителя, присутствующего в стенке клетки волокна механической целлюлозы, увеличивалось по меньшей мере на 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 100, 200, 300, 500 и 1000% по сравнению с количеством оптического осветлителя, присутствующего в стенке клетки волокна, обработанного известными способами, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.
Более предпочтительно величина стенки клетки волокна механической целлюлозы, в которое проник оптический осветлитель, составляет не меньше 1%. Однако более предпочтительно, чтобы величина стенки клетки волокна, в которое проник оптический осветлитель, составляла по меньшей мере 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90 или 100%, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения смеси механических и химических волокон могут быть обработаны согласно настоящему изобретению. Примеры таких химических волокон включают волокна сульфатной целлюлозы из любого из вышеперечисленных источников, предпочтительно из лиственной или хвойной древесины. Механические и/или химические волокна уже могли подвергать белению, например на этапах беления D1 и/или D2 (где могли быть использованы вышеупомянутые отбеливатели на основе хлора), перед смешиванием. В таком варианте осуществления после промывки механических и/или химических волокон получаемую смесь можно обрабатывать согласно настоящему изобретению.
При обработке механических и химических волокон согласно настоящему изобретению механические волокна могут иметь любую канадскую стандартную степень помола, но предпочтительно не меньше 200. Канадская стандартная степень помола может быть не меньше 200, 225, 250, 275, 300, 310, 320, 330, 340, 350, 360, 370, 380, 390, 400, 410, 420, 430, 440, 450, 460, 470, 480, 490, 500, 510, 520, 530, 540, 550, 600 и 700 csf, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.
При обработке смесей механических и химических волокон согласно настоящему изобретению механические волокна могут иметь любое содержание мелочи, предпочтительно не больше 0,5%, более предпочтительно не больше 2%. Содержание мелочи можно измерить, например, с помощью анализатора отношения мелочи, который указан в патенте США №4225385, который включен в настоящий документ в полном объеме путем ссылки. Содержание мелочи может быть меньше 0,5, 0,4, 0,3, 0,2, 0,1, 0,075, 0,05, 0,025, 0,01 и 0,005, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.
При обработке механических и химических волокон согласно настоящему изобретению количество химических волокон в смеси может быть любым, предпочтительно от 20 до 90 мас.% от совокупной сухой массы волокон. Количество химических волокон может быть больше 30, предпочтительно больше 40, более предпочтительно больше или равно 50 мас.% от совокупной сухой массы волокон. Количество химических волокон может быть не больше 95, предпочтительно не больше 90, более предпочтительно не больше 85 и наиболее предпочтительно не больше 80 мас.% от совокупной сухой массы волокон. Количество химических волокон может составлять 20, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85 и 90 мас.% от совокупной сухой массы волокон, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.
При обработке смесей механических и химических волокон согласно настоящему изобретению количество механических волокон в смеси может быть любым, предпочтительно от 10 до 80 мас.% от совокупной сухой массы волокон. Количество механических волокон может быть больше 30, предпочтительно больше 40, более предпочтительно больше или равно 50 мас.% от совокупной сухой массы волокон. Количество механических волокон может быть не больше 75, предпочтительно не больше 70, более предпочтительно не больше 65 и наиболее предпочтительно не больше 60 мас.% от совокупной сухой массы волокон. Количество механических волокон может составлять 10, 20, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75 и 80 мас.% от совокупной сухой массы волокон, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.
При обработке смесей механических и химических волокон согласно настоящему изобретению количества отбеливателя, оптического осветлителя, дополнительного компонента, стабилизатора и т.д. являются такими, как указано выше. Кроме того, значения температуры, консистенции, времени контакта и рН могут быть такими же, как указано выше.
Кроме того, обработанная смешанная целлюлоза или механические и химические волокна могут иметь повышенную яркость ISO и увеличенный объем. Яркость ISO целлюлозы может быть любой из вышеуказанных значений яркости ISO. Яркость ISO может быть любой, но предпочтительно больше 85, более предпочтительно больше 87, наиболее предпочтительно больше 90. Яркость ISO может составлять 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98 и 99 или больше, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах. Кроме того, смешанная целлюлоза может иметь повышенную яркость ISO не меньше 20 пунктов ISO, предпочтительно не меньше 30 пунктов ISO, более предпочтительно не меньше 35 пунктов ISO, наиболее предпочтительно не меньше 40 пунктов ISO. Повышенная яркость может составлять 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39 и 40 или больше от яркости ISO исходной смеси целлюлозы, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах.
Полученные целлюлозы настоящего изобретения могут быть объединены с любыми другими целлюлозами. В одном варианте осуществления целлюлоза настоящего изобретения может быть добавлена к химическим целлюлозам, таким как сульфатная целлюлоза (из лиственной или хвойной древесины или любого из вышеуказанных источников). Примеры таких дополнительных целлюлоз, которые могут быть объединены с механической целлюлозой настоящего изобретения, включают без ограничения целлюлозы из опубликованной патентной заявки США №2006-0185808 и патентной заявки США №11/445,809 с названием "Целлюлоза и бумага повышенной яркости", поданной 2 июня 2006 года, которые включены в настоящий документ в полном объеме путем ссылки.
Целлюлозы настоящего изобретения имеют широкий круг областей применения. Например, целлюлозу можно использовать для изготовления рыхлой целлюлозы, применяемой в производстве впитывающих изделий, таких как подгузники, предметы женской гигиены и средства, используемые при недержании у взрослых, салфетки, полотенца и др. Примеры таких впитывающих изделий описаны в опубликованной патентной заявке США №2007-0000627, а также в патентах США №5766159 и 6063982, которые включены в настоящий документ в полном объеме путем ссылки.
Целлюлозу настоящего изобретения также можно использовать в производстве бумаги и упаковочных изделий, например бумаги для печати, письма, публикации, обложки и картонной продукции. Примеры этих изделий и способов их производства описаны в патентах США №5,902,454 и 6,464,832, которые включены в настоящий документ в полном объеме путем ссылки.
Например, в процессе изготовления бумаги или картона беленую целлюлозу настоящего изобретения или смеси целлюлоз, содержащих беленую целлюлозу настоящего изобретения, используют для подготовки исходной водной композиции для производства бумаги, которая также содержит одну или несколько добавок, которые придают или усиливают конкретные свойства листа или которые регулируют другие параметры процесса. Примером таких добавок являются квасцы, которые используют для регулирования рН, фиксации добавок на волокнах целлюлозы и улучшения удержания волокон целлюлозы на бумагоделательной машине. Другими химикатами, которые могут быть добавлены в композицию, являются алюминат натрия, полиалюмосиликат, полиалюмосульфат и полиалюмохлорид. Другими химикатами мокрого края, которые могут быть включены в композицию для изготовления бумаги обычного назначения, являются кислоты и основания, проклеивающие вещества, сухопрочные смолы, влагопрочные смолы, наполнители, подкрашиватели, средства удержания, флоккулянты волокон, противопенные вещества, средства усиления стока, оптические осветлители, химикаты регулирования дегтя, слимициды, биоциды, специальные химикаты, такие как ингибиторы коррозии, химикаты для стойкости к огню, химикаты для стойкости к потускнению и т.п. Способы и процедуры подготовки композиций механической беленой целлюлозы, химикатов мокрого края на основе алюминия и других дополнительных химикатов мокрого края хорошо известны из уровня техники и не будут здесь описаны подробно. Смотрите, например, указанные выше публикации Pulp и Paper Manufacture, Pulp и Paper Chemistry и Pulp Bleaching, и Handbook For Pulp&Paper Technologies, supra.
Водную исходную композицию для изготовления бумаги, содержащую беленую механическую целлюлозу и соединения на основе алюминия, откладывают на формующую сетку 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 их использование для изготовления бумаги хорошо известны в уровне техники и не будут описаны здесь подробно. Смотрите, например, публикации Pulp и Paper Chemistry и Handbook For Pulp&Paper Technologies, указанные выше. Для примера, исходную водную композицию для изготовления бумаги, содержащую целлюлозу, соединения на основе алюминия и другие дополнительные добавки, обычно имеющую консистенцию от 0,3% до 1%, подают из напорного ящика подходящей бумагоделательной машины, как например машина Фурдринье с двойной или одинарной сеткой. Отложенную композицию для изготовления бумаги обезвоживают под вакуумом в секции формовки. Обезвоженную композицию транспортируют из секции формовки в прессовую секцию на фетры особой конструкции через последовательность зон контакта прессующих валков, в которых 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. Полотно бумаги после сушки может быть дополнительно подвергнуто нескольким операциям на сухом крае, таким как различная обработка поверхности путем нанесения покрытия, проклейки и каландрирования.
Бумага и/или картон, произведенные в соответствии с настоящим изобретением, могут быть использованы для обычных целей. Например, бумага подходит для использования в качестве бумаги для печати, бумаги для публикаций, газет и т.д.
В одном варианте осуществления бумага и/или картон, содержащие целлюлозу настоящего изобретения, имеют любое из вышеуказанных значений яркости. Кроме того, бумага или картон могут иметь повышенную прочность поверхности и приемлемую внутреннюю связь и гигроэкспансивность, например такие, которые описаны в патентной заявке США №11/655,004, поданной 17 января 2007 года, с названием "БУМАЖНЫЕ ОСНОВЫ С ПОВЫШЕННОЙ ПРОКЛЕЙКОЙ ПОВЕРХНОСТИ И НИЗКОЙ ПРОКЛЕЙКОЙ ПОЛОТНА, ОБЛАДАЮЩИЕ ВЫСОКОЙ СТАБИЛЬНОСТЬЮ РАЗМЕРОВ", которая включена в настоящий документ в полном объеме путем ссылки. Кроме того, бумага может содержать наполнители для увеличения объема, такие как расширяемые микросферы, а также упомянутые в опубликованных патентных заявках США №2004-0065423 и 2007-0044929, а также в предварительной патентной заявке США № 60/926214, поданной 25 апреля 2007 года, с названием "РАСШИРЯЕМЫЕ МИКРОСФЕРЫ И СПОСОБЫ ИХ ПРОИЗВОДСТВА И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ", которые все включены в настоящий документ в полном объеме путем ссылки.
Настоящее изобретение далее описано более подробно путем приведения следующих примеров и сравнительных примеров, которые предназначены для более практической иллюстрации изобретения, а не для его ограничения.
Примеры 1А-10D и Сравнительные примеры С1-С34
2
2
2
3
2
2
Была проведена серия экспериментов для подробной демонстрации изобретения. Одна цель этих экспериментов заключалась в демонстрации влияния времени обработки, температуры, консистенции и химических добавок (оптический осветлитель, HO, NaSiO, DTPA) на яркость ISO и белизну CIE обработанной осиновой целлюлозы ВСТМР. В этих экспериментах к исходной осиновой целлюлозе ВСТМР с начальной яркостью ISO и белизной CIE добавляли дистиллированную/деионизированную воду для получения суспензии, имеющей целевую консистенцию. Были подготовлены растворы отбеливающих веществ, содержащие желательные количества НО, NaOH и дополнительных хелирующих и стабилизирующих веществ. В этих экспериментах в отбеливающий раствор добавляли оптический осветлитель, и оптический осветлитель являлся компонентом отбеливающего раствора для демонстрации изобретения. Различные отбеливающие растворы (с оптическим осветлителем и без него) тщательно перемешивали с исходной целлюлозой. Затем смесь герметично закрывали в пластиковом мешке и закрытый пластиковый мешок помещали в ванну с водой при определенной температуре, которую устанавливали и регулировали до постоянной целевой температуры. Закрытый пластиковый мешок выдерживали в ванне в течение определенного времени, после чего мешок открыли и целлюлозу промыли дистиллированной/деионизированной водой. Яркость ISO промытой целлюлозы определяли методом испытаний TAPPI T452 и белизну CIE промытой целлюлозы определяли стандартными методами CEILAB.
Конкретные условия процесса и результаты оценки приведены в Таблице I и на Фиг.1-18.
В таблице I "DTPA" - диэтилентриаминпентауксусная кислота, "АР" - Leucophor АР, "Т" - Leucophor Т-100 и "С" - консистенция целлюлозы. Н/И = Не измерено.
Примеры 1Е-3G и Сравнительные примеры С60-С60
2
2
2
2
2
3
Используя процедуру из Примеров 1А-10D и Сравнительных примеров С1-С34, была проведена серия экспериментов, в ходе которых еловую целлюлозу СТМР обработали отбеливающими растворами, содержащими требуемые количества НO, NaOH и дополнительно оптический осветлитель, хелирующие и стабилизирующие вещества. Одной целью этих экспериментов была демонстрация влияния времени обработки, продолжительности обработки, температуры, консистенции и химических добавок (Leucophor АР, НO, NаSiO, DTPA) на яркость ISO и белизну CIE обработанной еловой целлюлозы СТМР.
Конкретные условия испытаний и результаты оценки приведены в Таблице II.
Примеры 1Н - 3Н
2
2
2
3
4
Используя процедуру из Примеров 1А - 10D и Сравнительных примеров С1 - С34, была проведена серия экспериментов по обработке осиновой целлюлозы ВСТМР отбеливающими химическими растворами. Отбеливающий раствор содержал 6% HO, 5% NaOH, 3% NaSiO, 0,5% DTPA и 0,5% MgSO. Эту смесь смешивали с целлюлозой при консистенции 20% и выполняли беления при температуре 85°С в течение 2 часов при исходном значении рН 10,8. Конечная яркость ISO составила 84,4, и конечная белизна CIE составила 61,6. После завершения беления к смеси целлюлозы и отработавших отбеливателей добавили оптический осветлитель "Leucophor АР" и консистенцию понизили до 10%. Одной целью этих экспериментов являлась демонстрация влияния обработки оптическим осветлителем в присутствии отработавших отбеливателей на яркость ISO и белизну CIE обработанной осиновой целлюлозы ВСТМР.
Конкретные условия испытаний и результаты оценки приведены в Таблице III.
Пример 1I
Была проведена серия экспериментов для определения распределения оптического осветлителя по поперечному сечению волокон целлюлозы настоящего изобретения и целлюлоз, обработанных оптическим осветлителем с использованием известных способов. Оценивали образец целлюлозы настоящего изобретения из Примера 6С и образец целлюлозы, осветленной известным способом, из Сравнительного примера С23. Еще одна оцененная известная целлюлоза была целлюлозой из Сравнительного примера С23 с тем изменением, что обработали при консистенции 1 %. В этих экспериментах из каждого листа ручной отливки вырезали небольшой образец и погружали в соответствующую среду. Готовили поперечные сечения и исследовали их под оптическим микроскопом с УФ/флуоресцентным облучением. Микрофотографии делали при увеличении 216Х и 432Х с использованием аналоговой камеры "Tectronic" для анализа распределения и насыщенности оптического осветлителя. Результаты показаны на Фигурах 21-24. Микрофотографии образца из Примера 6С показаны на Фигурах 19 и 22, микрофотографии образца из Примера С23 показаны на Фигурах 20 и 23 и микрофотографии образцов целлюлозы, обработанной известными способами, показаны на Фигурах 21 и 24. Образец из Примера 6С дал гораздо более сильные сигналы флуоресценции, чем другие испытанные образцы.
Пример 2
Пример 2а
2
2
2
2
На первом этапе целлюлозу, содержащую смесь 50 мас.% лиственной целлюлозы СТМР (степень помола больше 200; мелочи меньше 0,2%) от совокупной сухой массы волокон и 50 мас.% беленой лиственной сульфатной целлюлозы (взятой после этапа беления D1 или D2) от совокупной сухой массы волокон при консистенции приблизительно 12%, выдерживали в контакте с 1,5 мас.% HO, 0,25 мас.% оптического осветлителя (оптический осветлитель на основе дисульфонированного стильбена от компании Clariant с фирменным наименованием "Leucophor АР"), 0,2 мас.% DTPA, 0,2 мас.% сульфата магния, 2 мас.% силиката натрия, 1,2 мас.% щелочи (NaOH) в течение 2 часов при 80°С (все доли в мас.% от сухой массы целлюлозы). Полученную целлюлозу затем промывали и переводили на второй этап, в ходе которого смесь выдерживали в контакте с 4,0 мас.% НО, 0,25 мас.% оптического осветлителя (оптический осветлитель на основе дисульфонированного стильбена от компании Clariant с фирменным наименованием "Leucophor АР"), 0,2 мас.% DTPA, 0,2 мас.% сульфата магния, 2 мас.% силиката натрия, 2 мас.% щелочи (NaOH) в течение приблизительно 5 часов при 80°С (все доли в мас.% от сухой массы целлюлозы). Полученную целлюлозу промывали и отжимали. Яркость ISO полученной целлюлозы составила 96, что является увеличением по меньшей мере на 40 пунктов ISO.
Пример 2b
2
2
На первом и единственном этапе целлюлозу, содержащую смесь из 50 мас.% хвойной целлюлозы СТМР (степень помола больше 200; мелочи меньше 0,2%) от совокупной сухой массы волокон и 50 мас.% беленой лиственной сульфатной целлюлозы (взятой после этапа беления D1 или D2) от совокупной сухой массы волокон при консистенции приблизительно 12%, выдерживали в контакте с 6 мас.% НO, 0,5 мас.% оптического осветлителя (оптический осветлитель на основе дисульфонированного стильбена от компании Clariant с фирменным наименованием "Leucophor АР"), 0,5 мас.% DTPA, 0,5 мас.% сульфата магния, 5 мас.% силиката натрия, 5 мас.% щелочи (NaOH) в течение приблизительно 7 часов при 80°С (все доли в мас.% от сухой массы целлюлозы). Полученную целлюлозу промывали и отжимали. Яркость ISO полученной целлюлозы составила приблизительно 90-91.
Пример 2с
2
2
2
2
На первом этапе целлюлозу, содержащую смесь из 70 мас.% лиственной целлюлозы СТМР (степень помола больше 200; мелочи меньше 0,2%) от совокупной сухой массы волокон и 30 мас.% беленой хвойной сульфатной целлюлозы (взятой после этапа беления D1 или D2, на котором использовали отбеливатели на основе хлора, такие как диоксид хлора, элементарный хлор) от совокупной сухой массы волокон при консистенции приблизительно 12%, выдерживали в контакте с 1,5 мас.% HO, 0,25 мас.% оптического осветлителя (оптический осветлитель на основе дисульфонированного стильбена от компании Clariant с фирменным наименованием "Leucophor АР"), 0,2 мас.% DTPA, 0,2 мас.% сульфата магния, 2 мас.% силиката натрия, 1,2 мас.% щелочи (NaOH) в течение 2 часов при 80°С (все доли в мас.% от сухой массы целлюлозы). Полученную целлюлозу затем промывали и переводили на второй этап, на котором смесь выдерживали в контакте с 4,0 мас.% HO, 0,25 мас.% оптического осветлителя (оптический осветлитель на основе дисульфонированного стильбена от компании Clariant с фирменным наименованием "Leucophor АР"), 0,2 мас.% DTPA, 0,2 мас.% сульфата магния, 2 мас.% силиката натрия, 2 мас.% щелочи (NaOH) в течение приблизительно 5 часов при 80°С (все доли в мас.% от сухой массы целлюлозы). Полученную целлюлозу промывали и отжимали. Яркость ISO полученной целлюлозы составила 90-91.
Для Примеров 2а - 2с выше приемлемо любое изменение в смеси целлюлоз для достижения желательной яркости ISO конечного продукта, особенно предпочтенные выше. И сульфатная целлюлоза, и целлюлоза СТМР могут быть изготовлены из лиственной и/или хвойной древесины.
В настоящем документе слово "диапазоны" используется как краткое обозначение каждого значения, входящего в такой диапазон, включая все его поддиапазоны.
В свете вышеприведенного описания возможны многочисленные модификации и изменения настоящего изобретения. Поэтому понимается, что в объеме прилагаемой формулы изобретение может быть осуществлено на практике иначе, чем конкретно описано выше.
Все ссылки, а также указанные в них справочные материалы включены в настоящий документ путем ссылки в отношении соответствующих частей, относящихся к предмету настоящего изобретения, и всех вариантов его осуществления.