專利名稱：制備纖維材料的方法
制備纖維材料的方法 本發(fā)明涉及一種由木料或一年生植物制備纖維材料的方法，該材料按所
制得的otro纖維材料計含大于15%的針葉木木質(zhì)素、大于12%的闊葉木木質(zhì) 素和大于10%的一年生植物木質(zhì)素，該纖維材料具有所規(guī)定的強度特性。
已知多種制備含較高木質(zhì)素含量的纖維材料的方法，其含大于15%的針 葉木木質(zhì)素和大于12%的闊葉木木質(zhì)素。其產(chǎn)率按所用原料計為70%或更 大。這些方法是基于對木材進行化學和/或機械分解。
在對木材進行機械分解時，在蒸汽預處理前大多在磨碎機中分解成纖維 束。然后該纖維束通過另一研磨分離成單根纖維。其產(chǎn)率非常高，但所耗的 研磨能也很高。木質(zhì)纖維的強度甚至經(jīng)研磨后也非常低，因為該纖維含大量 天然木質(zhì)素并因此具有小的粘合能力。此外，通過機械碎成纖維使其受強烈 分解，這不利于其再循環(huán)可能性。
在對木材進行化學分解時，化學試劑大多在高壓和高溫下對木材起作 用。適于高產(chǎn)率-纖維材料的典型方法稱為NSSC-法。但也可對另一些方法 如硫酸鹽-法或蘇打-法進行改性，以制備高收率-纖維材料(見"Choosing best brightening process", N. liebergott und T. Joachimides, Pulp & Paper Canada, Vo. 80, No. 12, December 1979)。如果起始使用的木料的分解應(yīng)限制于最大30%, 則所需和使用的化學試劑比制備應(yīng)完全釋出木質(zhì)素的纖維素時要少得多。為 制備高收率-纖維材料，該化學試劑量的加入與所需產(chǎn)率有關(guān)。為達按o加 木料投料計的約70%的產(chǎn)率，在現(xiàn)有技術(shù)中建議使用按原料計達10%的化學 試劑。在全纖維素情況下，該化學試劑的加入按otro木料計常為30%或更高。
化學試劑決定了方法成本，即要盡可能節(jié)約使用。CTMP-纖維素材料通 常用3—5%的化學試劑量制備。在已知的用于制備高產(chǎn)率-纖維素材料的工 業(yè)用方法姑NSSC-法中，使用按原料計的達10%的化學試劑。在如此限量使 用低學試劑的情現(xiàn)下，尚未設(shè)置化學試劑回收裝置。雖然較少的化學試劑量， 但這種纖維素材料的制備還導致了很大的環(huán)境負擔特別是對河流的影響，這 不僅是由于化學試劑的流入而且主要由于排入排水渠的有機物。
就成本而言，要說明的是，在機械制備的纖維素材料情況下，很高的能
4量價格要加在制造成本中。在化學制備的高收率-纖維素材料情況下，生產(chǎn) 成本中含有損失的化學試劑的成本。
高產(chǎn)率-纖維材料為目前的應(yīng)用目的要經(jīng)高研磨度磨碎。就此達到合格
的強度水平。約300 ml CSF (加拿大標準游離度)，也為41°SR (Schopper-Riegler, s.u.)，和500 ml，也為26 。SR認為是高研磨度，如在 "Choosing the best brightening process" , N. Liebergott und T, Joachimides, Pulp & Paper Canada, Vo. 80, No. 12， December 1979中對由針形木料制備高 產(chǎn)率-纖維材料所描述的。高研磨度可通過使用機械能實觀。該纖維彼此相 互磨碎或在研磨機或研磨頭上磨碎，由此將其表面特性變?yōu)檩^好的粘合性。 該高研磨度不是本身目的。更多是基于對纖維的強度特性的要求。
以機械和/或化學方法制備的高產(chǎn)率纖維材料特別是用于非絕對需要高 的最終白度和高白度要求的場合。如果該強度水平可提高，其還可擴展到大 量其它使用領(lǐng)域。
發(fā)明的目的是提供一種用于制備含大于15%的針葉木木質(zhì)素、大于12% 的闊葉木木質(zhì)素和大于10%的一年生植物木質(zhì)素的纖維材料的方法，用此方 法可經(jīng)濟地制備高強度的纖維材料。
該目的是通過由木料或一年生植物制備纖維材料的方法實現(xiàn)的，該材料 按otro纖維物料計含至少15%的針葉木木質(zhì)素和12%的闊葉木木質(zhì)素和10% 的一年生植物木質(zhì)素，該方法有下列步驟
-制備適于針形木料的含大于5%化學試劑(按NaOH計)的化學試劑溶 液或適于闊葉木料的含大于3.5。/。化學試劑(按NaOH計)或適于一年生植物的 含大于2.5。/。化學試劑(按NaOH計)的化學試劑溶液，其均按所用木料的otro 量計，
-以規(guī)定的處理液比使該化學試劑溶液與木料或一年生植物相混合， -將化學試劑溶液和木料或一年生植物加熱到高于室溫，并接著(第一 方案)即
-去除自由流動的化學試劑溶液，和
-在蒸汽相中分解木料或一年生植物或(第二方案)即
-在有液相的化學試劑溶液存在下分解木料或一年生植物，和
-分離自由流動的化學試劑溶液和木料或一年生植物。
本發(fā)明方法基于使用比通常更高的化學試劑量以制備高產(chǎn)率-纖維材料。適于針葉木料的化學試劑比工業(yè)生產(chǎn)纖維材料通常所用量明顯高5%以 上，同樣適于闊葉木料的化學試劑比工業(yè)生產(chǎn)纖維材料通常所用量明顯高
3.5%以上，適于一年生植物的化學試劑比工業(yè)生產(chǎn)纖維材料通常所用量明顯 高2.5%以上。使用高的化學試劑產(chǎn)生具有優(yōu)良產(chǎn)率和優(yōu)異強度特性的纖維 材料。如對針葉木料在研磨度為12 °SR—15 。SR時斷裂長度為大于8 km, 但斷裂長度也可達大于9 km和大于10 km。對闊葉木料在研磨度為20 。SR 時斷裂長度為大于5km，但斷裂長度也可達大于6km和大于7km。由此達 到所需的高強度水平。
本發(fā)明方法的特別優(yōu)點是在極低的研磨度下已可達如至今對高產(chǎn)率-纖 維材料所不可具有的強度值?，F(xiàn)有技術(shù)的纖維材料在針葉木料的研磨度為12 。SR—15 。SR時或在闊葉木料的研磨度為20 。SR時未表明有合格的強度水 平。至今已知的纖維材料在此低研磨度下產(chǎn)生的纖維不具有足夠粘合能力并 因此不能提供適于這種纖維經(jīng)濟應(yīng)用的足夠的強度特性。
作為一年生植物特別是竹、麻、稻草、甘蔗渣、小麥、Miscanthus等。
相反，按本發(fā)明方法制備的纖維材料在研磨度為12 °SR—15 。SR時的 斷裂長度已大于8—11 km，按片重100g/n^計的扯斷強度大于70 cN—大于 110 cN。此外該小的研磨度可用低的比研磨能實現(xiàn)，對針葉木料小于500 kWh/t纖維材料，闊葉木料對研磨度的需要甚至小于300 kWh/t纖維材料。 本發(fā)明的主要識知是在針葉木料的12 。SR—15 。SR的低研磨度和在針葉木 料的20 。SR的低研磨度和低于此值下己達高的強度水平。
對含大于15%的木質(zhì)素含量的針葉木-纖維材料、大于12%的木質(zhì)素含 量的闊葉木-纖維材料和大于10%的一年生植物的木質(zhì)素含量的纖維材料至 今未知這種高的強度值。但對含還要更高的木質(zhì)素含量的纖維素材料也可保 持該高強度水平。本發(fā)明方法也適于制備按otro纖維物料計大于18%,優(yōu)選 大于21%，有利的是大于24%的木質(zhì)素含量的針葉木料-纖維材料。同樣也 可用本發(fā)明方法制備木質(zhì)素含量大于14%,優(yōu)選大于16%，特別優(yōu)選大于 18%的闊葉木料-纖維材料以及制備木質(zhì)素含量大于10°/。，優(yōu)選大于12%, 特別優(yōu)選大于19%的一年生植物-纖維材料，并表明有高的強度水平。
用于分解的化學試劑溶液的組成以適合于待分解的木料或一年生植物 和所需的纖維材料-特性決定。通常單使用亞硫酸鹽-成分。另外或為補充也 可加硫化物-成分。用硫酸鹽-成分分解不會受硫化物-存在的干擾。工業(yè)上大多使用亞硫酸鈉，但也可應(yīng)用亞硫酸銨或亞硫酸鉀或亞硫酸氬鎂。特別是使 用大量亞硫酸鹽時，可不使用堿性成分，因為不加石威性成分也可達有利于分
解的高pH-值。
為調(diào)節(jié)pH-值和有助于脫木質(zhì)素，可計量加入酸性和/或^5咸性成分。工業(yè)
上大多使用氫氧化鈉(NaOH)作為堿性成分。也可使用碳酸鹽，特別是碳酸鈉。 總之，本文中分解工藝的化學試劑-量如總的化學試劑使用量或亞硫酸鹽-成 分和堿性成分的分配只要不另指出則按氫氧化鈉(NaOH)計算和規(guī)定
可計量加入酸作為酸性成分，以調(diào)節(jié)所需的pH-值。但優(yōu)選加S02，需 要時呈溶液加入。特別是當如基于亞硫酸鈉的所用的化學試劑溶液在分解后 要經(jīng)處理以再利用時，這是價廉物美并易于得到。
認知本發(fā)明的高產(chǎn)率-分解是使用醌-成分的優(yōu)點是有發(fā)明性的獨立業(yè) 績。醌-成分，特別是蒽醌至今用于制備含最少量木質(zhì)素含量的纖維，以防 止在近分解的終點時產(chǎn)生對碳水化物的有害侵蝕。通過加入醌-成分可使木 料繼續(xù)分解到接近木質(zhì)素的完全分解。這是至今未知的和末預料到的醌-成 分的特性，其明顯提高了在制備高產(chǎn)率-纖維時木質(zhì)素分解的速度。如在制 備針形木料-纖維材料時該分解的持續(xù)時間可縮短一半以上，依分解條件可 縮短3/4以上。該明顯的效果可使用最少量的醌實現(xiàn)。例如最佳是使用 0.005—0.5%的蒽醌。使用達1%的蒽醌也可達所需效應(yīng)。使用大于3%的蒽 醌大多是不經(jīng)濟的。
由單種或多種上述化學試劑可制備化學試劑溶液。大多配制水溶液。作 為選擇也可使用或加入有機溶劑。醇特別是曱醇和乙醇與水混合可得到適于 制備優(yōu)質(zhì)的高產(chǎn)率-纖維材料的特別有效的化學試劑溶液。適于各種原料的 水和醇的混合比可用少量實驗最佳比。
用于制備產(chǎn)率至少為70%的纖維材料的本發(fā)明待用的化學試劑量對針 葉木料至少為5%,對闊葉木料至少為3.5%，對一年生植物至少為2.5%，其 均按待分解的otro木料量或一年生植物量計。制備的纖維材料的質(zhì)量有最好 結(jié)果的化學試劑用量對針葉木料達15%,對闊葉木料達10%，對一年生的植 物達10%。按所用的otro木料計，在針葉木料情況下化學試劑^f吏用量優(yōu)選為 9一11%。對闊葉木料化學試劑使用量更低些，優(yōu)選為4一10%，特別優(yōu)選 6—8%，對一年生植物為3—10%。
如前所述，特定pH-值的調(diào)節(jié)絕對是需要的。例如僅當用分解應(yīng)達到該
7纖維材料的特別特性(特別是高白度、 一定的斷裂長度和扯斷長度的比)時， 在分解前和分解期間加入酸或堿成分可能是有利的。按本發(fā)明的一個有利實 施方案，與所選用的總的化學試劑無關(guān)，堿成分和二氧化硫(S02)之間的比可 在寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。這里S02作為上述酸成分的代表。也可用酸代替S02。 因為需要時加的醌-成分僅為最小量的，大多明顯低于1%,其對該比的調(diào)節(jié)
是可忽略的。堿性成分S02在4:l一1.6:l之間很適于實施本發(fā)明方法和得到 具有高強度特性舊纖維材料。另一特別適用的范圍是2:1—1.6:1。該加入成 分的適配與待分解的原料和各選用的工藝程序(分解溫度、分解時間、浸漬)有關(guān)。
本發(fā)明的方法可在寬的pH-值內(nèi)進行。堿性成分對酸成分的比或使用的 酸成分或堿成分比的調(diào)節(jié)要使開始的pH-值調(diào)節(jié)為6—11，優(yōu)選7—11，特別 優(yōu)選7.5—10。對本發(fā)明方法有利的堿性pH-值8—11也有助于醌-成分的作 用。本發(fā)明方法在pH-值方面是寬容的，需要少量化學試劑用于pH-調(diào)節(jié)。 這對化學試劑的成本是有利的。
例如對針形木料，在未另加酸或堿性成分調(diào)節(jié)下，在分解終點的自由流 動的化學試劑溶液中以及通過分解液化而溶于其中的有機成分中的pH-值達 8—10,大多為8.5—9.5。特別是木質(zhì)素磺化鹽屬此溶解的有機成分。
該漂浮比(Flottenverhaltnis)即otro木料或一年生植物對化學試劑溶液的 用量比調(diào)節(jié)為1:1.5—1:6。漂浮比優(yōu)選是1:3—1:5。在此范圍內(nèi)可確保待分 解材料的充分及簡易混合和浸漬。對針形木料，漂浮比優(yōu)選為1:4。對有大 表面的木料-碎片，該漂浮比也可明顯較高，以可快速潤濕和浸漬。同時化 學試劑溶液的濃度可保持在要使循環(huán)的液體量不太大的程度。
木料分解料或一年分解料的混合或浸漬優(yōu)選在高溫下進行。將碎片和化 學試劑溶液加熱到ll(TC，優(yōu)選到120°C,特別優(yōu)選到130。C可導致木料快速 和均勻的分解。碎片的混合和浸漬時間宜為30分鐘，優(yōu)選60分鐘，特別優(yōu) 選90分鐘。各最佳時間特別是與化學試劑量和漂浮比以及分解種類(液相或 蒸汽相)有關(guān)。
用化學試劑溶液混合或浸漬的木質(zhì)纖維素材料的分解宜在120—190。C , 優(yōu)選150—180。C下進行。對大多木料，其分解-溫度調(diào)節(jié)為155—170。C。也 可調(diào)節(jié)為更高或更低的溫度，但在該溫度范圍內(nèi)，加熱的能耗與分解的加速 在經(jīng)濟關(guān)系上是互相關(guān)聯(lián)的。此外，較高的溫度對纖維材料的強度和白度會
8產(chǎn)生不利影響。由高溫產(chǎn)生的壓力易通過蒸煮器的相應(yīng)設(shè)計阻止。特別是當
通過蒸汽加熱時，通常加熱的時間僅幾分鐘，大多達30分鐘，優(yōu)選達10分 鐘。如果在液相中分解和該化學試劑溶液與碎片一起加熱，則加熱時間可達 90分鐘，優(yōu)選達60分鐘。
分解的時間長短的選擇主要與所需的纖維材料-特性有關(guān)。例如對含小 木質(zhì)素含量的闊葉木料的蒸汽相-分解，該分解的時間可短到2分鐘。但例 如分解溫度低和待分解的木料的天然木質(zhì)素含量高，該分解的時間也可達 180分鐘。如果分解的起始pH-值在中性范圍，則可能需長的分解時間。特 別是在針葉木料情況下，分解時間優(yōu)選達90分鐘。該分解時間特別優(yōu)選達 60分鐘，有利的是達30分鐘。達60分鐘的分解時間主要是針對闊葉木料。
在一年生植物情況下，分解時間達90分鐘。使用醌-成分，特別是蒽醌 可將分解時間減少到不加蒽醌情況的25%。如果不使用醌-成分，為達相同 的分解結(jié)果所需的分解時間要延長1小時以上，例如從45分鐘延長到180 分鐘。
按本發(fā)明的一個有利實施方案，該分解時間依所選的漂浮比調(diào)節(jié)。漂浮 比越小，則工藝時間可調(diào)到越短。
用高的化學試劑用量制備大于5%的針葉木、大于3.5%的闊葉木和大于 2.5%的一年生植物的高產(chǎn)率-纖維材料似乎主要是不經(jīng)濟的。但實驗表明， 在部分分解木質(zhì)纖維素材料時僅用去一部分化學試劑。多余的化學試劑在分 解前(蒸汽相分解或分解后(液相中分解)未經(jīng)使用而排出。化學試劑的實際耗 量低于加到分解-溶液中的量。
化學試劑耗量視為按原始使用的化學試劑的量計在分離化學試劑溶液 后測定的化學試劑量或需要時收集分解成纖維后的化學試劑溶液或與收集 的化學試劑溶液一起測定的化學試劑量。該化學試劑耗量與按待分解的otro 木材物料計的用于分解的化學試劑的絕對量有關(guān)。使用的分解化學試劑量越 高，化學試劑的直接反應(yīng)就越低。按otro木材物料計使用27.5%的化學試劑 時，例如僅約耗去30%的所使用的化學試劑。但如實驗室試驗所證實的，按 otro木材物料計使用15%的化學試劑時卻耗去60%的所使用的化學試劑。按 本方法的一個優(yōu)選實施方案，本發(fā)明方法的化學試劑耗量在分解時達開始所 用的化學試劑加入量的80%，優(yōu)選達60%,特別優(yōu)選達40%,有利的是達 20%,特別有利的是達10%。
9用于制備噸級的纖維材料的化學試劑耗量按otro纖維材料(闊葉木料和 針葉木料或一年生植物)計約為6%-14%亞硫酸鹽-成分和/或硫化物-成分以 及需要時的堿性和/或酸性成分以及需要時的醌-成分。按本發(fā)明該化學試劑 量足以制備具有規(guī)定特性的纖維材料。但為確保穩(wěn)定的工藝結(jié)果和需要時得 到所需的特別的纖維材料特性，為分解使用較高的化學試劑量如前述的按 otro木料物料或一年生植物物料計.達30%的化學試劑量是有利的。
開始分解時使用這種化學試劑量產(chǎn)生有利的效果，因為以這種方式得到 的纖維材料具有至今不可得的特性，特別是高的強度特性和高的白度。特別 是至今未提供一種分解方法可在中性至堿性范圍的寬pH-范圍內(nèi)產(chǎn)生具有高 強度的纖維材料。與已知的纖維材料相比，用小得多的能耗可將本發(fā)明制備 的纖維材料研磨到規(guī)定的研磨度，這表明在經(jīng)濟上是特別有吸引力的。此外， 在特別低的研磨度即對針葉木料為12 。SR—15 。SR和對闊葉木料為20 。SR 下已可實現(xiàn)高的強度。
用化學試劑溶液對木料進行混合和浸漬后或經(jīng)分解后多余的化學試劑 呈自由流動的液體存在。在分解前(第一方案)或在分解后(第二方案)時余量 排出。按本發(fā)明的一個有利擴展方案，該除去的化學試劑溶液的組成經(jīng)測知 并按著經(jīng)調(diào)節(jié)到規(guī)定的組成以重新用于制備纖維。該在木料或一年生植物分 解前或后去除的化學試劑溶液不再具有開始所調(diào)節(jié)的組成。如前所述，至少 一部分用于分解的化學試劑是引入到待分解的材料中和/或在分解時耗去。未 用去的化學試劑可順利地再用于下次分解中。但本發(fā)明建議，首先測定所去 除的化學試劑溶液的組成，然后再補足所耗用的如亞硫酸鹽成分、堿性成分、 醌-成分或水或醇，以再配制成適于下次分解的失見定組成。該補足步驟也稱 為復元。
該措施的顯著優(yōu)點是，該化學試劑溶液在分解前去除時，但也在分解后 去除時正好完全不含或僅含非常少量的在重新應(yīng)用該經(jīng)復元的化學試劑溶 液時對下次分解會有干擾的物質(zhì)。本發(fā)明的在浸漬時提供過量的分解-化學 試劑的方法雖然看來似乎是使用高化學試劑量的不經(jīng)濟的程序，但可特別經(jīng) 濟地運行，因為化學試劑溶液的去除或分離和復元可簡單和低成本地實施。
本發(fā)明的方法經(jīng)有針對性地控制，以分解或溶解盡可能少的所用原料。 對針葉木料力求制備一種纖維材料，其按otro纖維物料計含至少15%的木質(zhì) 素含量，優(yōu)選至少18%的木質(zhì)素含量，特別優(yōu)選21%,有利的是至少24%
10的木質(zhì)素含量。對闊葉木料力求達到按otro纖維物料計為至少12%的木質(zhì)素 含量，優(yōu)選至少14%的木質(zhì)素含量，特別優(yōu)選至少16%，有利的是至少18% 的木質(zhì)素含量。在一年生植物情況下，優(yōu)選的木質(zhì)素含量為10—28%，尤其 是12—26%。
本發(fā)明方法的產(chǎn)率按所用木料計至少為70%，優(yōu)選大于75%,有利的 是大于80%。該產(chǎn)率與前面給出的纖維材料的木質(zhì)素含量相關(guān)。木材的原始 木質(zhì)素含素是種類所特定的。在本方法中產(chǎn)率損失主要是木質(zhì)素的損失。在 非特定分解方法中，碳氫化物含量明顯增加，例如因為分解-化學試劑以已 知的不利方式也將纖維素或半纖維素帶入溶液中。
另一有利的措施是，在分解成纖維后和需要時對木質(zhì)纖維素材料研磨后 去除仍保留的化學試劑溶液并實施再應(yīng)用。在有利的設(shè)計中該再應(yīng)用包括兩 方面。 一方面是再利用在部分分解時經(jīng)分解的或進入溶液的有機材料，主要 是木質(zhì)素。例如經(jīng)燃燒獲得工藝用能量。另一方面是加工處現(xiàn)耗用的和未耗 用的化學試劑，以使其可重新用于木質(zhì)纖維素材料的部分分解。耗用的化學 試劑到加工處理即屬于此。
按本發(fā)明的 一 個特別優(yōu)選的方案，特別有效地利用所用的化學試劑溶 液。在分解成纖維后和需要時經(jīng)研磨后洗滌該纖維材料，以通過水盡可能擠 出化學試劑溶液。在該洗滌和擠出過程中產(chǎn)生的濾液含大量化學試劑溶液和 有機材料。按本發(fā)明，在復元化學試劑溶液和送入下次分解前將該濾液加到 去除的或分離出的化學試劑溶液中。在濾液中所含的化學試劑和有機成分不 會干擾分解。只要其在下次分解中還有助于除木質(zhì)素，則測知其在化學試劑 溶液中的含量并在確定分解所需的化學試劑量時考慮其含量。此外，在濾液 中含有的化學試劑在適合的分解中呈惰性。不起干擾作用。在濾液中所含的 有機成分也呈惰性。在下次分解后于加工處理化學試劑溶液時再經(jīng)應(yīng)用，以 產(chǎn)生工藝所需能量或以其它方式利用。
特別有利的是，通過導入濾液可在分解中應(yīng)用少量新鮮水和少量化學試 劑。同時可收集最大量的溶解的有機材料。該進入溶液的有機材料的較充分 利用改進了本發(fā)明方法的經(jīng)濟性。
下面以實施例詳述本發(fā)明方法和設(shè)備的細節(jié)。
下面的實驗按下列規(guī)范評定
-通過秤重所用的原料和分解后所含的纖維素計算產(chǎn)率，其均在105°C
ii下干燥至恒重(絕對干燥)后秤重。
-按TAPPT T 222 om-98測定呈石克酸-木質(zhì)素的木質(zhì)素含量。按TAPPI
UM 250測定酸溶性木質(zhì)素。
-按Zellcheming-Merkblatt V/8/76制備的檢驗片測定紙技術(shù)特性。
-按Zellcheming-Merkblatt V/3/62測知研磨度。
-按Zellcheming-Vorschrift V/ll/57測知容重。
-按Zellcheming-Merkblatt V/l2/57測知斷裂長度。
-按DIN 53128 Elmendorf測知扯斷長度。
-按TAPPI 220 sp 96測知抗拉系數(shù)、撕裂系數(shù)和爆裂系數(shù)。
-通過按Zellcheming-Vorschrift V/19/63制備的檢驗片測定白度，其按
SCAN C 11:75用Datacolor elrepho 450xPhotometer測定；該白度4姿ISO-Norm
2470以百分數(shù)給出。
-粘度按纖維化學家和紙化學家和纖維工程師和紙工程師聯(lián)合會的
Merkblatt (Zellchemin)測定。
-在本文中所有％數(shù)據(jù)均認為是重量百分數(shù)，只要未個別另行指出。
-本文中的"otro"指在105。C下干燥到恒重的"烘干"材料。
-用于分解的化學試劑以氫氧化鈉的重量百分數(shù)給出，只要未另行說明。
實施例1:針葉木料在液相中的分解
由松木木料和花旗松碎片的混合物在經(jīng)蒸汽處理(在105。C的飽和蒸汽 下處理30分鐘)后加入漂浮比為木料:分解溶液為1:3的亞硫酸鈉-分解溶液。 總的化學試劑使用量按otro碎片計為低于15°/。。開始分解的pH-值通過加 S02調(diào)節(jié)到pH6。
用化學試劑溶液浸漬的松木木料-碎片在90分鐘中加熱到170°C，在此 最大溫度下分解60分鐘。
接著通過離心去除并收集自由流動的液體，在用于返回的裝置中分析和 復元未耗用的液體以備下次分解之用。
該經(jīng)分解的碎片分解成纖維。由此產(chǎn)生的部分量的纖維材料經(jīng)不同時間 研磨，以測定不同研磨度的強度。將該部分分解的碎片分解成纖維的能耗小 于300kWh/t纖維材料。
12該實驗的產(chǎn)率按所用本料計為77%。
這相應(yīng)于含木質(zhì)素含量遠高于20%。松木木料的平均木質(zhì)素含黃按otro 木料計為28% (WagenfUehr， Anatomie des Holzes， VEB Fachbuchverlag Leipzig: 1980)。該纖維材料的實際木質(zhì)素含量高于20%,因為在分解時主要是但不 僅是分解木質(zhì)素。碳水化物(纖維素和半纖維素)也呈少量溶解。給出的值表 明，該分解對木質(zhì)素和碳水化物分解具有優(yōu)良的選擇性。
白度呈未預計到的高即大于55% ISO,這對需要時的后續(xù)漂白提供了良 好的起始基礎(chǔ)，經(jīng)漂白的白度可達75。/oISO。
在起始研磨度為12。SR情況下，該材料在比重為1.87g/cn^下的斷裂長 度為6 km。
為將纖維材料研磨到研磨度為15。SR需硏磨時間為20—30分鐘。直到 研磨時間為20分鐘(研磨度為12—15 。SR)，該研磨度的變化在窄的范圍內(nèi)與 分解開始的pH-值(pH 6—pH 9.4)無關(guān)。
在研磨度為15 。SR情況下，達到高的強度水平地與分解的起始-pH-值 和用于達到該研磨度所需的研磨時間無關(guān)。
實施例2
由松木-碎片制備纖維材料，分解開始的pH-值為9.4。 除15%的總化學試劑(規(guī)定比例的亞硫酸鈉和NaOH)該化學試劑溶液中 還力憶有按所用木料量計的0.1蒽醌。 水解時間為60分鐘。 得到下列結(jié)果
產(chǎn)率(％): 8U 木質(zhì)素含量 22.7 白度(。/。ISO): 53.7 斷裂長度(km): 9.6 扯斷強度(cN; 100 g/m2): 75.0
通過加入0.1°/。蒽醌可在其它分解條件不變下使分解時間從約180分鐘 降低到60分鐘。該時間收益是重要的，首先是因為制備纖維材料的裝置可設(shè) 計成小尺寸。另外節(jié)省的可能在于用于分解的理度僅需保持極短的時間。.
此外還得知，在針葉木料情況下，總的化學試劑用量降到5—15%仍可產(chǎn)生同樣優(yōu)良的特性。該結(jié)果與蒽醌的使用無關(guān)。蒽醌起加速分解的作用， 但也可在不加蒽醌下分解所需的纖維材料。
實施例3:闊葉木料在液相中的分解
按樹木碎片經(jīng)蒸汽處理后加入漂浮比為木料:分解溶液為1:3的亞硫酸 鈉分解溶液。該化學試劑使用量按otro碎片計為10.5%(作為NaOH)。
該分解物抖經(jīng)90分鐘浸漬，并將蒸煮物料加熱到最大分解溫度即170 °C。蒸煮時間為50分鐘。
按樹木料的分解表明，該物質(zhì)可用小于250 kWh/t的比能量輸入制備成 纖維。
該實-驗的產(chǎn)率按所用木料計為77%。在起始研磨度為14 。SR情況下， 該物質(zhì)在比重在2.05g/cmS時的斷裂長度己為3.5 km。該物質(zhì)可在后續(xù)的漂 白中漂白到79.6% ISO。
實l全表明，在蒸汽相中分解需短的總時間。與在液相中的分解相比，加 熱到最大分解溫度是極快的。實際的分解所需時間與在液相中的蒸煮祖同。 在蒸汽相-分解時不存在浸漬后和分解前要排出的自由流動的化學試劑溶 液。因此比在液相中分解后要排出的化學試劑溶液更少加入有機物質(zhì)。但這 對所產(chǎn)生的纖維材料的質(zhì)量無明顯影響。
在蒸汽相-分解中可達類似的產(chǎn)率，但在蒸汽相-分解中所產(chǎn)生的纖維材 料的白度卻明顯較低。將最大分解溫度從17(TC降到155。C會產(chǎn)生明顯的效 應(yīng)即白度提高。
在蒸汽相中制備的纖維材料具有突出的強度。例如斷裂長度在15 。SR 下測促為10km和llkm。扯斷強度例如測定為82.8 cN和91.0 cN。該值相 應(yīng)于含高木質(zhì)素含量的纖維材料的最好值，在液相中的分解可達到該值或可 超過。對現(xiàn)有技術(shù)的含高木質(zhì)素含量的纖維材料尚不知有相當?shù)膹姸戎怠?br> 由這些實施例特別明顯地看出，本發(fā)明的纖維材料在研磨時僅需小的能 耗，以得到高的斷裂長度，同時不降低扯斷強度。在0—10分鐘可達研磨度 12 。SR: 5—30分鐘，大多10—20分鐘達研磨度13 。SR。為達研磨度14 。SR， 該Jokro-磨需運行30一0分鐘，對研磨度15 。SR需35~40分鐘。很明顯達 研磨度約40 。SR的研磨會消耗大量的研磨能。本發(fā)明方法的特別優(yōu)點在于， 用小的能耗可制得具有高強度的待研磨的纖維材料。
權(quán)利要求
1. 一種由木料或一年生植物制備纖維材料的方法，該材料按otro纖維物料計，對針葉木料而言含至少15％的木質(zhì)素，對闊葉木料而言含至少12％的木質(zhì)素和對一年生植物而言含至少10％的木質(zhì)素，該方法有下列步驟-制備用于針形木料的含大于5％化學試劑(按NaOH計)的化學試劑溶液，或用于闊葉木料的含大于3.5％化學試劑(按NaOH計)的化學試劑溶液，或用于一年生植物的含大于2.5％化學試劑(按NaOH計)的化學試劑溶液，其均按所用木料的otro量計，-以規(guī)定的漂浮比()使該化學試劑溶液與木料或一年生植物相混合，-將化學試劑溶液和木料或一年生植物加熱到高于室溫，并接著-(第一方案)即去除自由流動的化學試劑溶液和在蒸汽相中分解木料或一年生植物或(第二方案)即在液相中分解木料或一年生植物和分離自由流動的化學試劑溶液和木料或一年生植物。
2. 權(quán)利要求1的方法，其特征在于，制備一種纖維材料，其按針葉木料 的otro纖維材料計含至少15%的木質(zhì)素，優(yōu)選含至少18%的木質(zhì)素，有利地 含至少21%的木質(zhì)素，特別是含至少24°/。的木質(zhì)素，或其按闊葉木料的otro 纖維質(zhì)物質(zhì)計含至少14%的木質(zhì)素，優(yōu)選含至少16%的木質(zhì)素，特別優(yōu)選含 至少18。/。的木質(zhì)素，或按一年生植物的otro纖維材料計含至少10%的木質(zhì)素， 優(yōu)選至少12%的木質(zhì)素，特別是含至少19°/。的木質(zhì)素。
3. 權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，使用醌成分以制備化學試劑溶液。
4. 前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，分解針葉木料使用最高15% 的化學試劑，優(yōu)選9一11%的化學試劑。
5. 前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，分解闊葉木料使用最高10% 的化學試劑，優(yōu)選4~10°/。的化學試劑，特別是6~8%的化學試劑。
6. 前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，分解一年生植物使用最高10%的化學試劑，優(yōu)選3—10%的化學試劑。
7. 前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，單獨或混合使用亞硫酸鹽和辟L化物以制備化學試劑溶液。
8. 權(quán)利要求7的方法，其特征在于，使用酸性和/或堿性成分，特別是酸、二氧化硫、氫氧化鈉和/或碳酸鹽以制備化學試劑溶液。
9. 前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，用于分解使用堿性成分和酸性成分，特別是S02,其中堿性成分S02的比調(diào)節(jié)到4:1一1.6:1的范圍，優(yōu)選2:1。
10. 前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，該方法在pH-值為6—11，優(yōu)選7—11，特別優(yōu)選7.5—10時實施。
11. 前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，漂浮比(Flottenverhaltnis)即木料:化學試劑溶液調(diào)節(jié)到1:1.5—1:6，優(yōu)選1:3—1:5。
12. 前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，將化學試劑溶液和木料或一年生植物加熱到130°C,優(yōu)選到120。C，有利的到110。C。
13. 前迷權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，將木料或一年生植物和需要時該化學試劑溶液加熱達90分鐘，優(yōu)選達60分鐘，有利的是達30分鐘，特利有利的是達10分鐘。
14. 前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，木料或一年生植物的分解在120—190。C,優(yōu)選150—180。C，特別優(yōu)選160—170。C下進行。
15，前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，木料或一年生植物的分解持續(xù)達180分鐘，優(yōu)選達90分鐘，特別優(yōu)選達60分鐘，有利是達30分鐘，特別有利是達2分鐘。
16. 權(quán)利要求15的方法，其特征在于，該分解時間依漂浮比選定。
17. 前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，分解時化學試劑的耗用量達分解開始時化學試劑使用量的80%,優(yōu)選達60%，特別優(yōu)選達40%，有利是達20%,特別有利是達10%。
18. 前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，測知去除或分離的化學試劑溶液的組成，并接著調(diào)節(jié)到規(guī)定的組成以重新用于制備纖維。
19. 前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，在纖維化和需要時硏磨所分解的木質(zhì)纖維素材料后去除分出的化學試劑溶液并送往繼續(xù)使用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種由木料或一年生植物制備纖維材料的方法，該材料按所制得的otro纖維物料計含至少15％的針葉木料、至少12％的闊葉木料和至少10％的一年生植物木質(zhì)素，該方法步驟是，制備適于針形木料的含大于5％化學試劑(按NaOH計)的化學試劑溶液或適于闊葉木料的含大于3.5％化學試劑(按NaOH計)的化學試劑溶液或適于一年生植物的含大于2.5％化學試劑(按NaOH計)的化學試劑溶液，其均按所用木料的otro量計，以規(guī)定的處理液比使該化學試劑溶液與木料或一年生植物相混合將化學試劑溶液和木料或一年生植物加熱到高于室溫，并接著(第一方案)即去除自由流動的化學試劑溶液和在蒸汽相中分解木料或一年生植物或(第二方案)即在液相中分解木料或一年生植物和分離自由流動的化學試劑溶液和木料或一年生植物。
文檔編號D21C3/00GK101466890SQ200780021316
公開日2009年6月24日 申請日期2007年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月8日
發(fā)明者埃薩-馬蒂·阿爾托, 漢斯-路德維格·舒伯特 申請人:沃依特專利有限責任公司