專利名稱：生產(chǎn)改性纖維素漿料的方法，因此得到的纖維素漿料以及生物聚合物用于生產(chǎn)纖維素漿 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過向所述有差異的纖維素漿料的生產(chǎn)工藝配方中摻入專門開發(fā)的生物聚合物作為添加劑來生產(chǎn)纖維素漿料的方法，用于增強(qiáng)所述漂白的漿料的品質(zhì)和適用性，尤其是它們的機(jī)械強(qiáng)度和排水能力性質(zhì)。
背景技術(shù)：
除了森林開發(fā)和涉及用于開發(fā)機(jī)械強(qiáng)度和其它同樣重要的性質(zhì)的造紙過程的處理以夕卜，在過去的幾年，部門的研究者一直致力于添加劑關(guān)聯(lián)作為最有希望的方式來增強(qiáng)在纖維素制造過程本身中的這些性質(zhì)。用于造紙的添加劑為較長(zhǎng)的纖維、膠、干和濕強(qiáng)度劑、淀粉等。文件WO 00/28141描述了一種用于處理木質(zhì)纖維素纖維質(zhì)材料的方法，用于增強(qiáng)最終產(chǎn)品的機(jī)械強(qiáng)度和濕度性質(zhì)，該產(chǎn)品包含纖維質(zhì)材料，其中紙為主要的實(shí)例。該處理包括在含有輔助添加劑的溶劑系統(tǒng)中應(yīng)用木質(zhì)素衍生物，該輔助添加劑由寬范圍的糖和天然聚合物組成。該文件描述了在造紙機(jī)行進(jìn)流(approach flow)中，在造紙機(jī)的所謂的濕端，加入添加劑，其中大多數(shù)添加劑包括在造紙中。在該專利申請(qǐng)中提及的一些添加劑由于用于生產(chǎn)一些類型(級(jí)別)的紙的配方時(shí)它們所提供的性質(zhì)而廣泛已知。此外，在該文件中描述的方法需要使用木質(zhì)素的組合以得到期望的結(jié)果，這實(shí)際上相應(yīng)于該發(fā)明的新的方面，并且任選包括其它輔助的天然聚合物用于推進(jìn)期望的性質(zhì)的開發(fā)。在用于生產(chǎn)纖維素的方法中描述使用生物聚合物淀粉的另一個(gè)文件為PI9803764，該文件涉及一種通過加入淀粉、聚乙烯醇或酶的增白化學(xué)物質(zhì)來漂白纖維素漿料的方法。該文件明確說明具有多于5%木質(zhì)素的漿料的處理，強(qiáng)調(diào)較高收率漿料，例如機(jī)械漿料、熱機(jī)械漿料和化學(xué)熱機(jī)械漿料；因此，漿料沒有以實(shí)例證實(shí)的漂白過程，例如化學(xué)漿料的漂白過程。該發(fā)明的目的僅是提高漿料的白度，并且輔助添加劑(例如酶和淀粉)僅旨在提高光學(xué)增白劑的效率，因此增強(qiáng)它們?cè)诮?jīng)處理的漿料纖維的表面上的吸收。用于增強(qiáng)漿料白度的這些產(chǎn)品在干燥漿料之前在最后一步加入，并且不增進(jìn)漿料的機(jī)械性質(zhì)。文件US49267498涉及一種造紙方法，其中添加劑作為助留劑要求保護(hù)。因此，該文件教導(dǎo)將聚合物加入到最終的纖維素漿料中必須非常接近造紙機(jī)，以保持大的形成的絮凝物并改進(jìn)排水。該文件的實(shí)施例2和3提及compozil添加劑，也就是，兩種產(chǎn)品的組合，來單獨(dú)改進(jìn)絮凝。文件US4756801教導(dǎo)特別是向造紙過程中加入陽(yáng)離子淀粉，以得到結(jié)合劑，以便在紙生產(chǎn)中使用不同種類的漿料和填料。在該文件中包含的實(shí)施例再次提及添加劑作為助留劑，這是它在造紙過程中用于聚合物的眾所周知的應(yīng)用。文件EP1080271專門涉及造紙方法和多糖作為助留劑的用途，其中輔助效果可為強(qiáng)度。除此以外，這些多糖必須具有芳族疏水基團(tuán)。該專利還涉及最小傳導(dǎo)懸浮液。文件EP0148647也是這種情形，該文件公開了一種造紙方法。在實(shí)施例1中，對(duì)軟木(長(zhǎng)纖維)應(yīng)用聚合物，并且在恰好紙張形成之前加入淀粉。根據(jù)該實(shí)施例得到的結(jié)果為在紙張形成期間保留漿料懸浮液。實(shí)施例2進(jìn)而提及產(chǎn)品的組合以改進(jìn)保留，也使用軟木作為纖維供應(yīng)。因此，該文件涉及聚合物用作添加劑來連接細(xì)屑和填料以形成絮凝物和改進(jìn)保留。文件W02004/046464提及使用粘土和輔助使用淀粉或其它產(chǎn)品作為助留劑來處理纖維素材料。該文件的主要目的是使用填料生產(chǎn)纖維素，輔助添加劑只是使其變?yōu)榭赡?。鑒于以上所述，可見現(xiàn)有技術(shù)已知在生產(chǎn)紙中使用聚合物(例如淀粉)，但作為助留劑。因此，本發(fā)明的目的是在生產(chǎn)纖維素漿料過程期間使用生物聚合物，其能促進(jìn)漿料的機(jī)械性質(zhì)以及其它重要的性質(zhì)(例如排水、干燥、多孔性和漿料精制)的變化。發(fā)明概述
在第一實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)酸性或堿性纖維素漿料的方法，所述方法包括在所述漿料的制備過程期間加入至少一種生物聚合物的步驟，其中所述生物聚合物為通過醚化反應(yīng)改性的淀粉。在第二實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及一種通過使用至少一種生物聚合物處理的過程得到的纖維素漿料，所述生物聚合物為通過醚化反應(yīng)改性的淀粉。在第三實(shí)施方案中，本發(fā)明還涉及通過醚化的化學(xué)反應(yīng)改性的生物聚合物淀粉用于處理酸性或堿性纖維素漿料的用途，所述生物聚合物淀粉能使聚合鏈之間連接，并且一些通過水解反應(yīng)降低聚合鏈。此外，本發(fā)明涉及一種通過使用由上述方法改性的纖維素漿料來制備紙的方法，例如印刷、書寫、裝飾、特殊或紙巾型紙。附圖簡(jiǎn)述


圖1顯示關(guān)于向堿性漿料中加入本發(fā)明的生物聚合物在拉伸指數(shù)和體積之間的關(guān)系中的效果(考慮在PFI磨機(jī)中的精制效果)的數(shù)據(jù)圖。圖2顯示關(guān)于向堿性漿料中加入本發(fā)明的生物聚合物在拉伸指數(shù)和SchopperRiegler值(° SR)之間的關(guān)系中的效果(考慮在PFI磨機(jī)中的精制效果)的數(shù)據(jù)圖。圖3顯示關(guān)于向堿性漿料中加入本發(fā)明的生物聚合物在拉伸指數(shù)和Gurley值之間的關(guān)系中的效果(考慮在PFI磨機(jī)中的精制效果)的數(shù)據(jù)圖。圖4顯示關(guān)于向酸性漿料中加入本發(fā)明的生物聚合物在拉伸指數(shù)和體積之間的關(guān)系中的效果(考慮在PFI磨機(jī)中的精制效果)的數(shù)據(jù)圖。圖5顯示關(guān)于向酸性漿料中加入本發(fā)明的生物聚合物在拉伸指數(shù)和SchopperRiegler值之間的關(guān)系中的效果(考慮在PFI磨機(jī)中的精制效果)的數(shù)據(jù)圖。圖6顯示關(guān)于向酸性漿料中加入本發(fā)明的生物聚合物在拉伸指數(shù)和Gurley值之間的關(guān)系中的效果(考慮在PFI磨機(jī)中的精制效果)的數(shù)據(jù)圖。圖7和8顯示關(guān)于分別向堿性和酸性漿料中加入本發(fā)明的生物聚合物在拉伸指數(shù)和能耗之間的關(guān)系中的效果(考慮在PFI磨機(jī)中的精制效果)的數(shù)據(jù)圖。圖9顯示關(guān)于向堿性漿料中加入本發(fā)明的生物聚合物在拉伸指數(shù)和體積之間的關(guān)系中的效果(考慮在中試裝置中的精制效果)的數(shù)據(jù)圖。圖10顯示關(guān)于向堿性漿料中加入本發(fā)明的生物聚合物在拉伸指數(shù)和SchopperRiegler值之間的關(guān)系中的效果(考慮在中試裝置中的精制效果)的數(shù)據(jù)圖。圖11顯示關(guān)于向堿性漿料中加入本發(fā)明的生物聚合物在拉伸指數(shù)和Gurley值之間的關(guān)系中的效果(考慮在中試裝置中的精制效果)的數(shù)據(jù)圖。圖12顯示關(guān)于向酸性漿料中加入本發(fā)明的生物聚合物在拉伸指數(shù)和體積之間的關(guān)系中的效果(考慮在中試裝置中的精制效果)的數(shù)據(jù)圖。圖13顯示關(guān)于向酸性漿料中加入本發(fā)明的生物聚合物在拉伸指數(shù)和SchopperRiegler值之間的關(guān)系中的效果(考慮在中試裝置中的精制效果)的數(shù)據(jù)圖。圖14顯示關(guān)于向酸性漿料中加入本發(fā)明的生物聚合物在拉伸指數(shù)和Gurley值之間的關(guān)系中的效果(考慮在中試裝置中的精制效果)的數(shù)據(jù)圖。圖15顯示使用經(jīng)生物聚合物處理的纖維素漿料生產(chǎn)的紙巾型紙和使用一般纖維素漿料生產(chǎn)的紙巾型紙之間的機(jī)械抗性的比較。圖16顯示使用經(jīng)生物聚合物處理的纖維素漿料生產(chǎn)的紙巾型紙和使用一般纖維素漿料生產(chǎn)的紙巾型紙的柔軟度和機(jī)械抗性的比較圖。圖17顯示當(dāng)與使用一般纖維素漿料生產(chǎn)的紙巾型紙相比較時(shí)，使用經(jīng)生物聚合物處理的纖維素漿料生產(chǎn)的紙巾型紙的機(jī)械抗性和厚度損失的改進(jìn)。圖18顯示在生產(chǎn)紙巾型紙期間在壓機(jī)之后測(cè)量的紙平均干含量。圖19顯示使用經(jīng)生物聚合物處理的纖維素漿料生產(chǎn)的不含木漿(woodfree)的未經(jīng)涂布的紙和使用一般纖維素漿料(標(biāo)準(zhǔn)物)生產(chǎn)的不含木漿的未經(jīng)涂布的紙之間的機(jī)械抗性的比較。圖20顯示使用經(jīng)生物聚合物處理的纖維素漿料生產(chǎn)的不含木漿的未經(jīng)涂布的紙和使用一般纖維素漿料(標(biāo)準(zhǔn)物)生產(chǎn)的不含木漿的未經(jīng)涂布的紙之間的伸長(zhǎng)率的比較。圖21顯示使用經(jīng)生物聚合物處理的纖維素漿料生產(chǎn)的不含木漿的未經(jīng)涂布的紙和使用一般纖維素漿料(標(biāo)準(zhǔn)物)生產(chǎn)的不含木漿的未經(jīng)涂布的紙之間的固含量的比較。發(fā)明詳述
開發(fā)用于本發(fā)明的生物聚合物為天然來源的聚合物，其經(jīng)受醚化的化學(xué)反應(yīng)。更具體地，其為改性淀粉，其方式使得分子反應(yīng)性基團(tuán)的氫原子被另一個(gè)基團(tuán)取代:2，3-環(huán)氧丙基-N-烷基-N，N- 二甲基氯化銨。該生物聚合物可由玉米淀粉、木薯淀粉或淀粉的任何其它植物來源生產(chǎn)。優(yōu)選地，用于使天然淀粉改性的醚化反應(yīng)在堿性介質(zhì)中，在固含量為20%_65%的水性懸浮液中，在20-50°C的受控溫度條件下，進(jìn)行約8-16小時(shí)。在該反應(yīng)介質(zhì)中并且使用堿性催化劑來促進(jìn)羥基(oxydryl)活化，該過程使得淀粉分子對(duì)與來自(3-氯-2-羥基丙基-三甲基銨)酰胺的環(huán)氧化物反應(yīng)性試劑(2，3-環(huán)氧丙基-N-烷基-N，N 二甲基氯化銨)在堿的化學(xué)計(jì)量加入下的取代反應(yīng)敏感。以上提及的化學(xué)改性在具有不同電荷的生物聚合物中證實(shí)，包含正、負(fù)、中性或混合電荷，其中相同的生物聚合物鏈具有至少兩種類型的不同的電荷，并且可用取代度(DS)表征。該值通過作為生物聚合物一部分的每個(gè)D-吡喃葡萄糖基單元的羥基取代基的平均數(shù)(基于摩爾表示)來確定。評(píng)價(jià)若干生物聚合物，其中該組的DS在0.020-0.065范圍變化。該改性方法賦予生物聚合物特殊的特性，該特性有利于它們與纖維和其它纖維素漿料組分(例如容器和細(xì)屑元件)的相互作用。作為由該較高的相互作用所得到的益處，生物聚合物與纖維素漿料的若干級(jí)分之間的結(jié)合量提高。該程序的結(jié)果是，可獲得纖維素物理抗性和排水性質(zhì)的提高。由于形成氫鍵，生物聚合物通過增加在纖維之間的結(jié)合和幫助保留細(xì)屑而對(duì)纖維素起作用，這改進(jìn)在將來生產(chǎn)的紙的機(jī)械強(qiáng)度和排水。氫鍵為離子性的并且認(rèn)為是弱的；然而，它們代表對(duì)纖維素和紙性質(zhì)的顯著的貢獻(xiàn)。其中，生物聚合物分子可形成結(jié)合，產(chǎn)生在纖維和細(xì)屑之間具有高結(jié)合能力的結(jié)晶區(qū)域，均勻形成在纖維素和在紙中分布的高抗性簇。除了通過其它反應(yīng)促進(jìn)的化學(xué)改性以外，該現(xiàn)象的強(qiáng)度可隨著具體的生物聚合物構(gòu)造、尺寸分布和分子分散而變。其它相互作用可存在于本發(fā)明的生物聚合物與纖維素和紙組分之間的接觸，例如靜電吸引和范德華力。生物聚合物相互作用的該多樣性確保其對(duì)紙最終特性的永久的影響，即使在經(jīng)歷纖維素和造紙過程之后。用于本發(fā)明的改性生物聚合物根據(jù)待處理的纖維素漿料的每一種類型，因此，根據(jù)具體的生產(chǎn)過程的每一種類型來選擇，取決于反應(yīng)條件和期望的結(jié)果所需的取代度。本發(fā)明人已注意到加入特別開發(fā)用于本發(fā)明方法的這些生物聚合物可使?jié){料性質(zhì)差異化，特別是桉樹的纖維素漿料，能實(shí)質(zhì)提高拉伸強(qiáng)度、抗撕裂性、排水能力和透氣性，以及其它重要的和期望的性質(zhì)。這能夠進(jìn)行有差異的和創(chuàng)新的應(yīng)用，并且可能使用更多短纖維來代替長(zhǎng)纖維，并且由于其在干燥階段中促進(jìn)漿料脫水，可導(dǎo)致改進(jìn)設(shè)備生產(chǎn)率或節(jié)倉(cāng)泛。由于根據(jù)本發(fā)明的方法處理的纖維素的性質(zhì)在短纖維和長(zhǎng)纖維纖維素之間，那些性質(zhì)中的一些重要的關(guān)系好于初始桉樹纖維纖維素的那些，由樣得到的有差異的纖維素也可認(rèn)為是新的長(zhǎng)纖維替代產(chǎn)品。由于對(duì)用于本發(fā)明的生物聚合物得到的差異，它們可用于在制造不同類型的紙中應(yīng)用的漿料，例如印刷、書寫、裝飾、特殊或紙巾型紙。因此，必須強(qiáng)調(diào)本發(fā)明的方法不涉及在造紙過程期間的較后階段使用生物聚合物。而是，本發(fā)明的方法涉及在生產(chǎn)過程期間使用所述生物聚合物，以便因?yàn)閷?duì)纖維素過程的這種改性得到具有改進(jìn)的機(jī)械和干燥性質(zhì)的改性纖維素。隨后將由此生產(chǎn)的纖維素干燥，再漿化，隨后經(jīng)歷造紙的全部過程。本發(fā)明方法的目標(biāo)在于使聚合物與纖維素纖維緊密結(jié)合，以提高纖維與纖維結(jié)合的數(shù)量和強(qiáng)度。最終的目的是提高纖維素的機(jī)械強(qiáng)度。因此，本發(fā)明依賴于以下證實(shí):在本申請(qǐng)要求保護(hù)的方法中涉及的機(jī)理為在纖維和生物聚合物之間形成結(jié)合，所述結(jié)合經(jīng)歷干燥和造紙過程將保持。因此，在將所述漿料送至造紙過程之前，將改性生物聚合物加入到纖維素漿料中，將所得到的纖維素通過干燥和包裝過程。當(dāng)纖維素后來進(jìn)入造紙過程時(shí)，在纖維素纖維中吸附的這些生物聚合物可經(jīng)歷分解和精制過程。它們?nèi)员Ａ粼诶w維素制造過程中的改性中得到的特殊特性，能夠節(jié)省一些對(duì)于某些種類的紙典型的添加劑，可降低或消除這些添加劑。換言之，通過使用生物聚合物的處理過程得到的漿料的改進(jìn)的性質(zhì)(例如，抗拉伸性、抗撕裂性、抗排水性和透氣性)是重要的，因?yàn)樗鼈兇龠M(jìn)造紙過程。這些改進(jìn)的性質(zhì)迅速地轉(zhuǎn)移至所得到的紙，尤其是紙巾型紙和印刷紙。因此，克服由造紙過程中提高含量的短纖維引起的機(jī)械缺陷，并且鑒于短纖維的高含量，得到重要的性質(zhì)，例如吸收和柔軟度。根據(jù)漿料制造過程并根據(jù)本發(fā)明，鑒于工藝變量，可采用若干方式和在不同的時(shí)間加入生物聚合物，所述工藝變量進(jìn)而鑒于漿料期望的特性而變。這些條件中的一些可在使用氧的去木質(zhì)作用階段中，在漂白階段之間或甚至恰好在將漿料漂白之后得到。本發(fā)明的方法還可適用于高收率漿料，其為不經(jīng)歷更激烈的蒸煮和漂白過程的漿料，例如化學(xué)漿料，并且保持它們的收率超過65%，條件是它們滿足生物聚合物應(yīng)用條件。在最眾所周知的高收率漿料中，可提及機(jī)械、熱機(jī)械和化學(xué)熱機(jī)械漿料。在經(jīng)歷漂白過程之后，在使生物聚合物改性所述漿料所需的條件下，可將另外的處理應(yīng)用于纖維素漿料。在該階段(即，在漂白后)中加入的生物聚合物應(yīng)在根據(jù)所用生物聚合物的具體特性確定的條件下通過蒸煮過程活化。在接受堿性條件的生物聚合物的情況下，例如，它們可在該過程的若干點(diǎn)，在合適的溫度、pH和停留時(shí)間條件下加入，例如:氧去木質(zhì)作用和漂白的堿性階段。在兩種情況下，使生物聚合物與漿料固定，隨后將其送至紙生產(chǎn)過程，經(jīng)歷所得纖維素干燥、打包和再拍打過程，而不失去增加的特性。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案，用于處理纖維素漿料的過程包括具有順序ADo (Eop)PP的漂白堿性漿料的過程，其中漂白階段的縮寫是指:A，酸性階段；Do，二氧化氯的短階段；Eop，使用少量氧和過氧化氫劑量的堿性提取階段；和P，過氧化氫劑量階段，并且其中生物聚合物在漂白的堿性步驟之一之間或在漂白之前在堿性步驟中加入。還在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，以基于衆(zhòng)料總量5，O kg/adt-20.0 kg/adt的量在處理過程期間向纖維素漿料加入生物聚合物，溫度范圍為45°C -95°C，優(yōu)選70-90°C，其中生物聚合物與漿料之間的接觸時(shí)間在10分鐘-360分鐘范圍，優(yōu)選30-90分鐘。優(yōu)選地，在加入生物聚合物期間，對(duì)于堿性漿料，PH為8-11，對(duì)于酸性漿料，pH為3-6。在涉及使用本發(fā)明的生物聚合物改性的纖維素的性質(zhì)的纖維素制造過程中，應(yīng)對(duì)每一個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行常規(guī)變量的性能評(píng)價(jià)。此外，對(duì)于用生物聚合物改性的纖維素的應(yīng)用，應(yīng)仔細(xì)開發(fā)該新改性纖維素產(chǎn)品在不同類型的紙的性質(zhì)和制造過程中的干擾的評(píng)價(jià)，并且這些參數(shù)可迅速地由專業(yè)人員確定，并且不代表本發(fā)明的本質(zhì)的和決定性的特性。
實(shí)施例以下實(shí)施例將更好地說明本發(fā)明，并且描述的具體的條件和參數(shù)代表本發(fā)明的優(yōu)選的和非限制性的實(shí)施方案。用于處理纖維素漿料的過程 實(shí)施例1
對(duì)于堿性漿料處理過程，使用在本文中稱為"AlcBiol"的生物聚合物，是指在以下條件中被醚化化學(xué)改性的雜化玉米多糖:pH為8.5，在具有30%的固體濃度的水性懸浮液中，并且受控溫度為30°C，時(shí)間期間為8小時(shí)。其物理方面相應(yīng)于不溶于水和有機(jī)溶劑的具有特征淀粉氣味的細(xì)白色粉末。關(guān)于其化學(xué)特性，所述生物聚合物AlcBiol的取代度為
0.025-0.045，氫離子勢(shì)(pH)為5.5-6.5，最大濕度為14%。實(shí)施例2
對(duì)于堿性漿料處理過程，使用在本文中稱為〃AlcBio2〃的生物聚合物，是指在以下條件中被醚化化學(xué)改性的玉米多糖:pH為8.5，在具有40%固體濃度的水性懸浮液中，并且受控溫度為40°C，時(shí)間期間為6小時(shí)。其物理方面相應(yīng)于不溶于水和有機(jī)溶劑的細(xì)白色粉末。關(guān)于其化學(xué)特性，所述生物聚合物AlcBio2具有兩性電荷(正和負(fù))，取代度為0.025-0.042，氫離子勢(shì)(pH)為5.5-6.5，最大濕度為14%。實(shí)施例3
對(duì)于堿性漿料處理過程，使用在本文中稱為〃AlcBio3〃的生物聚合物，是指在以下條件中被醚化化學(xué)改性的玉米多糖:pH為9.0，在具有35%的固體濃度的水性懸浮液中，并且受控溫度為30°C，時(shí)間期間為8小時(shí)。其物理方面相應(yīng)于不溶于水和有機(jī)溶劑的細(xì)白色粉末。關(guān)于其化學(xué)特性，所述生物聚合物AlcBio3具有陰離子電荷，氫離子勢(shì)(pH)為5.5-6.5，最大濕度為14%。實(shí)施例4
對(duì)于酸性漿料處理過程，由于工藝條件需求，使用在本文中稱為〃AcBio2〃的生物聚合物，其為如前所述通過淀粉多糖化學(xué)改性形成的水性溶液，取代度在0.022-0.040范圍，pH為5.0-6.0，并且含有基于苯并異噻唑啉酮的防腐劑。需要該防腐劑以避免產(chǎn)品降解，該產(chǎn)品對(duì)微生物的攻擊非常敏感。生物聚合物AcBio2具有以下物理特征:奶油色粘性溶液，特征淀粉氣味，最大堆積密度為1.13 g/cm3，固含量為24.0%-27.5%，最大粘度為2000 cP，并且氫離子勢(shì)(pH)為5.5-7.5。比較測(cè)試結(jié)果
使用生物聚合物AlcBiol (堿性方法)和AcBio2 (酸性方法)的這些實(shí)施例，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室測(cè)試、中間和工業(yè)規(guī)模測(cè)試。在這些情況中得到的結(jié)果顯示對(duì)改性纖維素性質(zhì)的重要的發(fā)展。在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模中，所用的設(shè)備為具有300g干燥纖維容量的纖維素漂白反應(yīng)器，并且全部自動(dòng)化控制工藝條件。在該過程的預(yù)先工業(yè)規(guī)模測(cè)試中，所用的反應(yīng)器具有100 kg干燥漿料容量，也自動(dòng)化控制工藝變量。然而，在這種情況下，由于泵送操作和在纖維素運(yùn)輸期間載荷損失，加入和剪切條件與工業(yè)條件更接近。開發(fā)使用堿性pH漿料的優(yōu)化的程序來使用生物聚合物，而不會(huì)干擾纖維素制造過程。為此，在用于纖維素漂白的順序內(nèi)在過氧化氫的兩個(gè)階段之間加入生物聚合物。在該階段中，與用于應(yīng)用生物聚合物相容的漂白條件為:pH 11.0，溫度901:，稠度10%和保留時(shí)間80分鐘。對(duì)于這些條件，選擇生物聚合物AlcBiol?？紤]優(yōu)化其劑量，關(guān)于干燥纖維的百分比，該生物聚合物以若干量給料。在漂白階段之間進(jìn)行向堿性纖維素的生物聚合物應(yīng)用，因?yàn)檫@些技術(shù)條件對(duì)于活化它們的期望的貢獻(xiàn)最為有利。然而，關(guān)于堿性漿料，其它堿性階段也可以同樣有利的結(jié)果接受所述生物聚合物劑量。還進(jìn)行較大規(guī)模的其它研究，包括評(píng)價(jià)所得漿料的精制能力，以證實(shí)使用本程序得到的優(yōu)點(diǎn)。如預(yù)期的，相對(duì)于給料量，結(jié)果成比例地提高。然而，由于劑量效果不是線性的，成本/益處分析顯示，在工業(yè)規(guī)模中使用該過程可優(yōu)化劑量，但是目前為約0.5-1.5%。在本文件后面顯示的部分結(jié)果涉及在這些條件中1.5%劑量的生物聚合物AlcBiol。使用生物聚合物的纖維素改性發(fā)展在第二步中使用酸性漿料的改性來補(bǔ)充，如在實(shí)施例2中說明的。該研究的目的是改進(jìn)在適用于在纖維素生產(chǎn)過程中注意到的許多酸性PH條件的生物聚合物的開發(fā)。該劑量需要其它生物聚合物類型，因?yàn)楣に嚄l件不同并且與在以前的過程(為堿性)中使用的生物聚合物不相容。在酸性PH中將加入到纖維素的生物聚合物應(yīng)在纖維素生產(chǎn)過程之外，在它們加入之前被活化。在這種情況下，得到生物聚合物AcBio2，并且適用于在漂白過程結(jié)束時(shí)應(yīng)用于漿料中的纖維素生產(chǎn)過程。所述生物聚合物AcBio2在以下條件中應(yīng)用:pH 5.5 ;溫度70°C ;稠度10% ;和保留時(shí)間30分鐘。生物聚合物劑量與在堿性漿料中描述的類似，并且結(jié)果也和使用這些漿料實(shí)現(xiàn)的那些一樣令人滿意。如果漂白的最后階段為酸性的，可促進(jìn)該條件。在這種情況下，在后期操作過程中可能的纖維素稀釋之前，與漿料的有效混合物顯著有助于生物聚合物的效果。使用本發(fā)明的生物聚合物進(jìn)行的研究顯示，雖然結(jié)果不是線性的，但是性質(zhì)增加與加入的添加劑的量直接成比例，添加劑的加入量有利地可為5.0 kg/adt-20.0 kg/adt。由對(duì)于中試測(cè)試所選的樣品，根據(jù)在纖維素制造過程內(nèi)使用這些生物聚合物處理的可能的成功率，一個(gè)應(yīng)用于堿性條件，另一個(gè)應(yīng)用于酸性條件。本發(fā)明的初始實(shí)驗(yàn)工作包括僅應(yīng)用于在堿性pH中生產(chǎn)的漿料的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，因?yàn)檫@種纖維素的工藝條件似乎最適用于所需的開發(fā)。實(shí)際上，在對(duì)生物聚合物多次測(cè)試和改性后，在這些條件下結(jié)果為肯定的。在這些最早的結(jié)果之后，用于具有酸性PH的漿料的生物聚合物開發(fā)不太昂貴，并且得到的結(jié)果同樣為肯定的。在限定工藝條件之后，產(chǎn)品劑量也優(yōu)化。不過加入的量也與開發(fā)規(guī)模聯(lián)系，這可在中試裝置中進(jìn)行的測(cè)試看到。在中試裝置中進(jìn)行的測(cè)試，在實(shí)驗(yàn)室所用的條件下，但是在具有100 kg干燥漿料容量的反應(yīng)器中，顯示關(guān)注的性質(zhì)的相同的改進(jìn)趨勢(shì)。在這種情況下，生物聚合物應(yīng)在飲用水或漂白階段的洗滌水中稀釋，具有最大分布和與接受它的漿料的混
口 O測(cè)試的兩種情況增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度和排水性質(zhì)，盡管應(yīng)用的生物聚合物的特性不同。不管涉及本發(fā)明中加入的生物聚合物的成本，當(dāng)明顯需要該操作時(shí)，在用于紙生產(chǎn)的漿料精制中檢測(cè)到補(bǔ)償。精制顯示，在所有測(cè)試的工藝條件下，對(duì)于含有生物聚合物的該有差異的漿料，達(dá)到相同的排水能力程度和機(jī)械強(qiáng)度所需的能量低于在不存在生物聚合物下使用相同的纖維的漿料所需的能量。明顯地，當(dāng)應(yīng)用該纖維素時(shí)，該優(yōu)點(diǎn)應(yīng)根據(jù)所用的精制技術(shù)和紙類型而變。首先，對(duì)于在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模中得到的堿性漿料，呈現(xiàn)一些重要的結(jié)果。示于圖1的結(jié)果證明拉伸指數(shù)之間的關(guān)系，拉伸指數(shù)是作為參考的第一待開發(fā)性質(zhì)，也就是，目的是提高漿料的機(jī)械強(qiáng)度，還提供與其它重要性質(zhì)的正性關(guān)系。根據(jù)本發(fā)明的生物聚合物加入顯示，在研究的研磨曲線內(nèi)，拉伸強(qiáng)度和體積(bulk)提高；對(duì)于相同的體積，拉伸指數(shù)的提高非常顯著，反之亦然。基于待處理的物質(zhì)的干重，在實(shí)驗(yàn)中加入的生物聚合物AlcBiol的量為1.5%生物聚合物。示于圖2的拉伸指數(shù)和Schopper Riegler值(° SR)(衡量稀釋的衆(zhòng)料懸浮液可脫水的速率)之間的關(guān)系證明，使用生物聚合物AlcBiol，對(duì)于干燥相同量的漿料，得到具有更高機(jī)械強(qiáng)度和更低能量成本的漿料，或者設(shè)備使用相同能耗的產(chǎn)量提高。測(cè)量的其它參數(shù)為拉伸指數(shù)和Gurley值(衡量在標(biāo)準(zhǔn)壓力下限定體積的空氣多快可通過限定面積的膜)之間的關(guān)系，其表征纖維素漿料片材的透氣性。結(jié)果示于圖3。由于在PFI實(shí)驗(yàn)室磨機(jī)中在研磨過程期間的發(fā)展，該性質(zhì)尤其令人感興趣。提高透氣性也可暗示改進(jìn)干燥過程，尤其是在纖維素已經(jīng)歷精制過程的造紙機(jī)中。在酸性纖維素的情況下，使用在以前的情況下獲得的知識(shí)進(jìn)行類似的分析。對(duì)于該研究，使用生物聚合物AcBio 2，其規(guī)格為取代度為0.022-0.040，并且pH為5.0-6.0。基于待處理的物質(zhì)的干重，在實(shí)驗(yàn)中加入的生物聚合物的量為1.5%生物聚合物。由結(jié)果可觀察到，考慮在被研究的漿料中在生物聚合物和劑量點(diǎn)之間的大的差異，所有性質(zhì)的增加類似。拉伸指數(shù)和體積之間的關(guān)系顯示，在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)中研究的整個(gè)研磨范圍內(nèi)，拉伸指數(shù)和體積提高。在酸性漿料的情況下，顯然的是，對(duì)于相同量的施用的能量，與初始漿料(白色)相比，含有生物聚合物的漿料的拉伸增加更高(圖4)。對(duì)于示于圖5的含有和不含生物聚合物的酸性漿料，拉伸指數(shù)和SchopperRiegler值(° SR)之間的關(guān)系高于堿性漿料的結(jié)果。然而，由于它們更高的較大排水困難，該益處在堿性漿料中非常重要。圖6顯示對(duì)酸性漿料應(yīng)用生物聚合物降低耐空氣性。這些為在所研究的那些性質(zhì)中最令人感興趣的性質(zhì)，它們顯示了本發(fā)明在開發(fā)短纖維纖維素消費(fèi)者不斷要求的重要性質(zhì)中的效力。其它性質(zhì)(例如抗撕裂性和不透明性)也顯示應(yīng)用本發(fā)明的生物聚合物的優(yōu)點(diǎn)。為了證實(shí)在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模中得到的值，在具有100 kg漿料容量的設(shè)備中進(jìn)行中試測(cè)試，考慮空氣干燥的纖維。其中纖維素使用根據(jù)本發(fā)明方法生產(chǎn)的生物聚合物處理的中試裝置由稀釋儲(chǔ)罐和混合機(jī)組成，漿料在所需的條件下在稀釋儲(chǔ)罐中制備，而混合機(jī)接受所需的試劑。在這種情況下，試劑和工藝條件與在實(shí)驗(yàn)室中所用的那些類似。試劑僅為在10%稠度下加入到漿料中的生物聚合物，并且工藝條件完全相同:停留時(shí)間為60分鐘，溫度為60°C，且反應(yīng)器旋轉(zhuǎn)為約28 rpm。在經(jīng)過混合機(jī)后，漿料進(jìn)入反應(yīng)器，在這里保持反應(yīng)條件和保留時(shí)間。在反應(yīng)器之后，漿料經(jīng)過排放儲(chǔ)罐和能使?jié){料達(dá)到最多35%干燥的脫水臺(tái)。在受控溫度和濕度條件下在干燥室中結(jié)束干燥，使得漿料性質(zhì)不受傳統(tǒng)的纖維素干燥以外的角質(zhì)化影響。所得到的漿料在具有12英寸直徑圓盤的中試裝置精制機(jī)中精制。采用的圓盤能使用非常低強(qiáng)度精制技術(shù)，這對(duì)于桉樹纖維素是適當(dāng)?shù)?。與通常的桉樹漿料相比，這種精制的結(jié)果顯示含有本發(fā)明的生物聚合物的漿料實(shí)質(zhì)節(jié)能，作為基礎(chǔ)，使用相同的機(jī)械強(qiáng)度，用纖維素拉伸指數(shù)表示，由附圖可見。這些附圖涉及在造紙過程中精制的堿性和酸性漿料，在兩種情況下，代表使用生物聚合物對(duì)造紙商的能量收益。附圖還清楚地說明，在中試裝置中在精制期間施用的能量應(yīng)與在順序中顯示的性質(zhì)量級(jí)相關(guān)。圖7比較參比漿料與應(yīng)用1.0%生物聚合物AlcBiol的另一種漿料，并且相同的能量用于兩種漿料。這些漿料的比較顯示，通過精制可節(jié)省能量以得到相同的機(jī)械強(qiáng)度。在類似的比較條件下，圖8顯示在中試裝置中對(duì)于酸性漿料的精制結(jié)果。在順序中分析的性質(zhì)涉及在中試裝置中得到和精制的漿料，因此，比起在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模中得到和處理的漿料，經(jīng)受不同的處理和應(yīng)力。得到的結(jié)果也確證了實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的結(jié)果，顯示分析的相同性質(zhì)的相同增加趨勢(shì)。在這種情況下，還改進(jìn)機(jī)械強(qiáng)度和排水性質(zhì)，這些是使該改性纖維素的應(yīng)用加強(qiáng)的兩個(gè)特性。圖9顯示在堿性漿料中加入1.0%生物聚合物的小的體積增加，在工業(yè)應(yīng)用中的結(jié)果由于更好的工藝條件應(yīng)與這些結(jié)果類似或甚至更好。對(duì)于纖維素，提高體積效果總是有利的。示于圖10的對(duì)于堿性漿料的排水能力效果也遵循正趨勢(shì)，重復(fù)了實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的結(jié)果。圖11顯示使用本發(fā)明的生物聚合物應(yīng)用實(shí)現(xiàn)的正效果，纖維素的透氣性提高，當(dāng)精制效果加強(qiáng)時(shí)，該效果增長(zhǎng)。在酸性漿料的情況下，在中試裝置中的整個(gè)精制曲線中存在生物聚合物時(shí)，趨勢(shì)也是體積提高。該結(jié)果與堿性漿料效果一致，并且實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的結(jié)果顯示這些增加可以更好(圖12)。圖13顯示在中試裝置中在精制發(fā)展期間Schopper Riegler值的增加。這代表了以更低能耗性質(zhì)增加，或甚至可能提高纖維素干燥機(jī)器和造紙機(jī)的生產(chǎn)率，而具有相同的機(jī)械強(qiáng)度性質(zhì)。圖14顯示Gurley值的精制曲線，遵循堿性纖維素和實(shí)驗(yàn)室規(guī)模測(cè)試的相同的趨勢(shì)，顯示作為生物聚合物貢獻(xiàn)的抗透氣性降低，抗透氣性使用Gurley設(shè)備測(cè)量。該優(yōu)點(diǎn)隨著精制的發(fā)展而提聞。所有呈現(xiàn)的結(jié)果為纖維素改性的證據(jù)，不僅如此，它們還顯示在重要的性質(zhì)之間的相互關(guān)系正性變化，為纖維素應(yīng)用帶來更大的益處。這些改性導(dǎo)致在短纖維和長(zhǎng)纖維纖維素的性質(zhì)之間的中間應(yīng)用的可能性，具有大的替代潛力，在紙配方中具有長(zhǎng)纖維的百分比優(yōu)點(diǎn)，尤其是在紙巾紙和在印刷和書寫紙中。使用經(jīng)處理的纖維素漿料造紙的方法
為了證明根據(jù)以上公開的處理過程，由通過生物聚合物改性的纖維素漿料生產(chǎn)的紙的優(yōu)異性，制備紙巾紙型紙的樣品，更具體地，衛(wèi)生紙以及印刷和書寫紙。然而，在描述實(shí)施例的細(xì)節(jié)之前，需要提供一些重要的定義以支持本發(fā)明的描述:
“短纖維漿料”是指源自木材例如桉樹的漿料，但是也可包括其它物類，例如阿拉伯橡膠樹、樺樹、槭樹等，因?yàn)樵诒景l(fā)明中可影響相關(guān)的紙性質(zhì)的短纖維特性與這些木材類似。“漂白的化學(xué)漿料”是指通過蒸煮和漂白的化學(xué)過程得到的漿料。該漿料特別用于制造紙巾型紙?！拌駱涮烊焕w維”是指通過制漿和漂白的化學(xué)過程得到的天然纖維，而不使用與過程無關(guān)的添加劑。“改性桉樹纖維”是指通過改性生物聚合物改性的桉樹纖維。“纖維質(zhì)結(jié)構(gòu)”是指通過先前制備纖維和隨后沉積一定量的纖維，由于纖維的纏繞通過纖維質(zhì)網(wǎng)形成的結(jié)構(gòu)，通常在篩網(wǎng)或毛氈上，以形成結(jié)構(gòu)。通常在造紙中，無論哪種類型，在篩網(wǎng)上形成該結(jié)構(gòu)，干燥并滾壓成卷。在紙巾型紙的制造過程中，生產(chǎn)結(jié)構(gòu)化的頁(yè)，所述頁(yè)具有帶有較小的高密度面積的區(qū)域和具有較大的高體積、柔軟度和液體吸收容量面積區(qū)域的其它區(qū)域。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為平面的，其中僅在平面篩網(wǎng)上形成頁(yè)。在傳統(tǒng)的長(zhǎng)網(wǎng)造紙機(jī)(Fourdrinier machine)中，書寫和印刷紙的結(jié)構(gòu)也在平面結(jié)構(gòu)中形成。生產(chǎn)紙巾型紙的描述
使用改性纖維素生產(chǎn)的紙巾型紙為在具有標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的機(jī)器上的紙巾(紙密度為21 g/m2)和衛(wèi)生紙(紙密度為16 g/m2)。這些紙的制劑對(duì)于大多數(shù)高品質(zhì)紙生產(chǎn)者是典型的，衛(wèi)生紙具有75%的短纖維和25%的長(zhǎng)纖維，而紙巾具有70%的短纖維和30%的長(zhǎng)纖維。通常將長(zhǎng)纖維精制以確保機(jī)械強(qiáng)度和提高短纖維含量，但是相同程度的精制用于所有制造的紙。選擇用于該紙生產(chǎn)的添加劑也通常用于生產(chǎn)這些類型的紙巾紙，例如濕強(qiáng)度劑和干強(qiáng)度劑。用于該造紙的機(jī)器為中試規(guī)模，寬度為1，000 mm,速度為1,000 m/min,具有Crescent Former和傳統(tǒng)的壓機(jī)，針對(duì)Yankee圓筒抽吸，并且每日生產(chǎn)3噸紙。將紙?jiān)赮ankee圓筒上干燥并滾壓成卷。該機(jī)器使得樣品起縐(起縐具有角度變化)或滾壓的平面。 在大量制備中，短纖維和長(zhǎng)纖維的樣品在碎漿機(jī)中分解，在碎漿機(jī)中它們還接受必要的化學(xué)添加劑。對(duì)于衛(wèi)生紙制備，加入淀粉作為干強(qiáng)度劑，對(duì)于紙巾制備，加入得自Ahsland的Kymene 產(chǎn)品、陽(yáng)離子樹脂(以改進(jìn)濕強(qiáng)度)和羧甲基纖維素。將長(zhǎng)纖維精制，并與短纖維混合，以進(jìn)入機(jī)器。表I顯示在所述中試機(jī)器中在衛(wèi)生紙制造期間的主要變量。
權(quán)利要求
1.一種用于生產(chǎn)改性纖維素漿料的方法，所述方法包括在制備和處理所述漿料的過程期間加入至少一種生物聚合物的步驟，其特征在于所述生物聚合物為通過醚化的化學(xué)反應(yīng)改性的淀粉。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述生物聚合物為玉米淀粉。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于所述生物聚合物以相對(duì)于漿料的總量5.0kg/adt-20.0 kg/adt 的量加入。
4.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的方法，其特征在于為包括順序ADo(Eop) PP的堿性漿料漂白方法且生物聚合物在堿性漂白步驟之間或在漂白之前在堿性步驟中加入。
5.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的方法，其特征在于其為酸性漿料漂白方法，并且在漂白階段期間或在該階段之后加入生物聚合物。
6.權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)的方法，其特征在于大致在45°C_95°C下加入所述生物聚合物，其中生物聚合物與漿料之間的接觸時(shí)間在10-360分鐘范圍。
7.一種改性纖維素漿料，其特征在于通過權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)限定的方法處理。
8.通過醚化的化學(xué)反應(yīng)改性的淀粉的用途，其特征在于在生產(chǎn)纖維素的過程中輸入作為纖維素漿料的處理。
9.權(quán)利要求7限定的改性纖維素漿料的用途，其特征在于為用于造紙的過程。
10.權(quán)利要求9的用途，其特征在于所述紙為紙巾型紙。
11.權(quán)利要求9的用途，其特征在于所述紙為印刷和書寫紙。
12.—種造紙的方法，其特征在于包括使用權(quán)利要求7限定的纖維素漿料。
13.權(quán)利要求12的方法，其特征在于所述紙為紙巾型紙。
14.權(quán)利要求12的方法，其特征在于所述紙為印刷和書寫紙。
15.一種紙，其特征在于包含權(quán)利要求7限定的改性纖維素漿料。
16.權(quán)利要求15的紙，其特征在于為紙巾型紙。
17.權(quán)利要求15的紙，其特征在于為印刷和書寫紙。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)化學(xué)纖維素漿料的改進(jìn)的方法，其中在漂白步驟之前、期間或之后，即刻加入生物聚合物，這取決于漿料特性和所用的工藝條件。本發(fā)明的生物聚合物為通過醚化反應(yīng)的淀粉。當(dāng)與通過傳統(tǒng)方法得到的纖維素漿料相比，該處理導(dǎo)致具有改進(jìn)的物理、化學(xué)和機(jī)械性質(zhì)的有差異的漿料。使用所述生物聚合物改變重要的漿料性質(zhì)之間的關(guān)系，使得它們應(yīng)用于造紙過程是有利的。該區(qū)別提高使用以及新應(yīng)用的可能性，包括用于取代由其它纖維素來源生產(chǎn)的漿料。因此，通過使用由上述方法改性的纖維素漿料，本發(fā)明還涉及一種用于制備紙的方法，例如印刷、書寫、裝飾、特殊或紙巾型紙。
文檔編號(hào)D21C9/10GK103109014SQ201180024832
公開日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2011年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月19日
發(fā)明者R.拉諾奇亞, A.馬索奎特, D.奧亞卡瓦 申請(qǐng)人:菲布里亞塞魯洛斯有限公司