用于处理木质纤维素材料的方法技术

本发明专利技术提供了一种用于生产改性纤维素材料的方法，其包括用酸和/或碱然后用多元醇处理木质纤维素材料。本发明专利技术还提供了从所述改性纤维素材料生产纸基产品或纤维素衍生物的方法。本发明专利技术还提供了通过这样的方法生产的改性纤维素材料、纸基产品和纤维素衍生物。本发明专利技术还提供了用于例如通过前述方法生产改性纤维素材料的设备。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于处理木质纤维素材料的方法
本专利技术涉及用于生产改性纤维素材料的方法，所述改性纤维素材料随后可用于生产有用的产品，如纸基产品和/或纤维素衍生物。
技术介绍
木质纤维素材料可用于生产可以用于各种各样的下游用途(如纸、纸板和织物生产)的纤维素材料，如纤维素浆。而且，纤维素材料可用于生产纤维素衍生物，如羧甲基纤维素(CMC)和微晶纤维素。然而，纤维素来源和纤维素加工条件通常决定了纤维素材料特性，并因此决定了其对于某些终端用途的适用性。为了从木质纤维素材料有效生产纤维素材料，通常需要除去木质纤维素材料的一部分木质素和/或半纤维素组分。这通常通过将木质素和/或半纤维素降解成小的水溶性分子而实现，所述小的水溶性分子随后可以从纤维素纤维分离而不使纤维素纤维解聚。但是，在纤维素降解时(例如通过解聚或者通过显著降低纤维长度和/或强度)，其随后可能不适合于众多下游应用。因此，仍然需要处理木质纤维素材料从而生产具有用于纸基产品和/或纤维素衍生物的下游生产的特性如改善的羧酸和醛官能性的纤维素浆或纤维，但同时避免大量降解其中的纤维素纤维的方法。传统上，可用于生产纸基产品的纤维素源并不适合于生产下游纤维素衍生物，如纤维素醚和纤维素酯。从高粘度纤维素原料生产低粘度纤维素衍生物需要额外的制造步骤，其会增加大量成本而同时给予不想要的副产物并降低纤维素衍生物的整体质量。棉短绒、牛皮纸和高α纤维素含量的亚硫酸盐浆通常用于制造纤维素衍生物，如纤维素醚和酯。然而，由于原材料的成本、高能耗、化学品以及制浆和漂白的环境成本和/或所需要的大量纯化过程，具有高聚合度(DP)和/或粘度的棉短绒、牛皮纸和亚硫酸盐纤维的生产是昂贵的。除了高成本以外，市场上可获得的亚硫酸盐浆的供应还逐渐萎缩。因此，这些浆非常昂贵，并且在浆和纸应用中适用性有限，例如，在可能需要更高纯度或更高粘度的浆的情况下。对于纤维素衍生物制造者，这些浆构成了他们的总体制造成本的很大一部分。因此，存在对于这样的纤维素材料的需要：生产相对廉价，而又是高度多功能性的，使其能够用于各种各样的下游应用，如纸基产品和/或纤维素衍生物的生产。
技术实现思路
本专利技术部分地基于这一出人意料的发现：用酸和/或碱然后用多元醇特别是甘油顺序处理木质纤维素材料产生了改性纤维素材料，所述改性纤维素材料保留可以使其用作用于生产纸基产品的纤维浆的纤维浆性质。另外地或可选地，这种纤维素材料可以用于生产纤维素衍生物，如CMC。在第一方面，本专利技术提供了一种用于生产改性纤维素材料的方法，其包括以下步骤：(i)用酸和/或碱处理木质纤维素材料；(ii)用试剂处理步骤(i)的所述木质纤维素材料，所述试剂包含多元醇、由多元醇组成或者基本上由多元醇组成；由此产生改性纤维素材料。在某些实施方式中，在步骤(i)中，(a)单独用酸处理；(b)单独用碱处理；(c)用酸然后用碱顺序处理；或者(d)用碱然后用酸顺序处理所述木质纤维素材料。适合地，所述酸选自硫酸、盐酸、磷酸、氢氟酸、氢溴酸、硝酸、酸性金属盐及其任意组合。优选地，所述酸是硫酸。适合地，所述碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵、碱金属盐及其任意组合。优选地，所述碱是氢氧化钠。在一个优选实施方式中，步骤(i)包括将所述酸和/或碱蒸汽浸渍到所述木质纤维素材料中和/或所述木质纤维素材料上。在一个优选实施方式中，所述酸按所述木质纤维素材料重量计以约0.1％至约5％的量存在。在一个优选实施方式中，所述碱按所述木质纤维素材料重量计以约0.1％至约15％的量存在。适合地，所述多元醇选自甘油、乙二醇及其任意组合。优选地，所述多元醇是甘油。在一个实施方式中，所述甘油是或包含粗甘油。适合地，步骤(i)在约20℃至约99℃或优选约25℃至约75℃的温度下进行。适合地，步骤(ii)在约120℃至约200℃的温度下进行。优选地，步骤(ii)在约160℃的温度下进行。适合地，步骤(i)进行约5分钟至约30分钟的时间段。适合地，步骤(ii)进行约15分钟至约60分钟的时间段。适合地，步骤(ii)进行约30分钟的时间段。在一个特别的实施方式中，步骤(i)进一步包括在用所述酸和/或碱处理之后洗涤所述木质纤维素材料，从而在步骤(ii)开始之前至少部分地除去所述酸和/或碱。适合地，所述多元醇按所述木质纤维素材料重量计以约10％至约200％的量存在。在第二方面，本专利技术提供了一种通过第一方面的方法生产的改性纤维素材料。在一个实施方式中，所述改性纤维素材料按该处理产生的固体材料的干重计具有约50％至约60％的纤维素收率。在一个实施方式中，所述改性纤维素材料具有约50至约150的卡伯值。在一个实施方式中，所述改性纤维素材料具有约5至约35mPa的溶液粘度。在第三方面，本专利技术提供了一种生产纸基产品的方法，其包括处理根据第一方面的方法生产的改性纤维素材料以由此产生纸基产品的步骤。在某些实施方式中，处理所述改性纤维素材料的步骤至少部分通过使所述改性纤维素材料与选自填充剂、上浆剂、漂白剂、漂白添加剂、螯合剂、湿强度添加剂、干强度添加剂、光学增白剂、着色剂、助留剂、涂层粘合剂及其任意组合的一种或多种试剂接触而进行。在第四方面，本专利技术提供了一种生产纤维素衍生物的方法，其包括处理根据第一方面的方法生产的改性纤维素材料以由此产生所述纤维素衍生物的步骤。在特别的实施方式中，所述纤维素衍生物选自纤维素醚、纤维素酯、粘胶纤维(viscose)和微晶纤维素。在一个实施方式中，所述纤维素衍生物是或包含纤维素醚，所述纤维素醚选自乙基纤维素、甲基纤维素、羟丙基纤维素、羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟乙基甲基纤维素及其任意组合。在其中所述纤维素衍生物是或包含纤维素醚的一个实施方式中，处理所述改性纤维素材料的步骤包括使所述改性纤维素材料与选自氯甲烷、氯乙烷、环氧乙烷、环氧丙烷、氯乙酸及其任意组合的一种或多种试剂接触以由此产生所述纤维素醚。在一个实施方式中，所述纤维素衍生物是或包含纤维素酯，所述纤维素酯选自乙酸纤维素、三乙酸纤维素、丙酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、硫酸纤维素和硝酸纤维素。在其中所述纤维素衍生物是或包含纤维素酯的一个实施方式中，处理所述改性纤维素材料的步骤包括使所述改性纤维素材料与选自乙酸、乙酸酐、丙酸、丁酸、硝酸、硫酸及其任意组合的一种或多种试剂接触以由此产生所述纤维素酯。在其中所述纤维素衍生物是或包含微晶纤维素的一个实施方式中，处理所述改性纤维素材料的步骤包括使所述改性纤维素材料与酸和/或碱接触以由此产生微晶纤维素。在其中所述纤维素衍生物是或包含粘胶纤维的一个实施方式中，处理所述改性纤维素材料的步骤包括使所述改性纤维素材料与选自氢氧化钠和二硫化碳的一种或多种试剂接触以由此产生粘胶纤维。在第五方面，本专利技术提供了一种用于生产改性纤维素材料的设备，其包括：用于用酸和/或碱处理木质纤维素材料的处理室，所述处理室与用于用试剂处理所述木质纤维素材料的消化室连通，所述试剂包含多元醇、由多元醇组成或者基本上由多元醇组成。适合地，所述处理室能够用所述酸和/或碱浸渍所述木质纤维素材料。在某些实施方式中，所述设备还包括能够汽蒸所述木质纤维素材料，例如以使所述木质纤维素材料润湿和/或预热的预处理室。在一些实施方式中，所述设备还包括用于从液体部分分离至少部本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生产改性纤维素材料的方法，其包括以下步骤：(i)用酸和/或碱处理木质纤维素材料；(ii)用试剂处理步骤(i)的所述木质纤维素材料，所述试剂包含多元醇、由多元醇组成或者基本上由多元醇组成；由此产生改性纤维素材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.10 AU 2014902666;2014.10.29 AU 20149043341.一种用于生产改性纤维素材料的方法，其包括以下步骤：(i)用酸和/或碱处理木质纤维素材料；(ii)用试剂处理步骤(i)的所述木质纤维素材料，所述试剂包含多元醇、由多元醇组成或者基本上由多元醇组成；由此产生改性纤维素材料。2.权利要求1所述的方法，其中在步骤(i)中，所述木质纤维素材料(a)单独用酸处理；(b)单独用碱处理；(c)用酸然后用碱顺序处理；或者(d)用碱然后用酸顺序处理。3.权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述酸选自硫酸、盐酸、磷酸、氢氟酸、氢溴酸、硝酸、酸性金属盐及其任意组合。4.权利要求3所述的方法，其中所述酸是硫酸。5.权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵、碱金属盐及其任意组合。6.权利要求5所述的方法，其中所述碱是氢氧化钠。7.前述权利要求中任一项所述的方法，其中步骤(i)包括将所述酸和/或碱蒸汽浸渍到所述木质纤维素材料中和/或所述木质纤维素材料上。8.前述权利要求中任一项所述的方法，其中(i)所述酸按所述木质纤维素材料重量计以约0.1％至约5％的量存在；和/或(ii)所述碱按所述木质纤维素材料重量计以约0.1至约15％的量存在。9.前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述多元醇选自甘油、乙二醇及其任意组合。10.权利要求9所述的方法，其中所述多元醇是甘油。11.前述权利要求中任一项所述的方法，其中步骤(i)在约20℃至约99℃的温度下进行。12.前述权利要求中任一项所述的方法，其中步骤(ii)在约120℃至约200℃的温度下进行。13.权利要求12所述的方法，其中步骤(ii)在约160℃的温度下进行。14.前述权利要求中任一项所述的方法，其中步骤(i)进行约5分钟至约30分钟的时间段。15.前述权利要求中任一项所述的方法，其中步骤(ii)进行约15分钟至约60分钟的时间段。16.权利要求15所述的方法，其中步骤(ii)进行约30分钟的时间段。17.前述权利要求中任一项所述的方法，其中步骤(i)进一步包括在用所述酸和/或碱处理之后洗涤所述木质纤维素材料，从而在步骤(ii)开始之前至少部分地除去所述酸和/或碱。18.前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述多元醇按所述木质纤维素材料重量计以约10％至约200％的量存在。19.一种生产纸基产品的方法，其包括处理根据前述权利要求中任一项所述的方法生产的改性纤维素材料以产生纸基产品的步骤。20.权利要求19所...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·贝克，L·A·埃戴，
申请(专利权)人：利芙科学私人有限公司，
类型：发明
国别省市：澳大利亚,AU