用于制备高强度纸产品的醛改性纤维素纸浆制造技术

本发明专利技术披露了一种具有选择醛含量的醛改性纤维素纸浆的纸张，另一实施方案包括，借助有限量的氧化剂和硝酰基介导体以及限定的反应条件进行选择性氧化作用制备纤维素醛的方法，提供具有有效醛含量的氧化纤维素材料，使之特别适用于生产具有所需湿强度、暂时湿强度和干强度性能，包括压缩强度和抗压性能的纸张。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本申请是1999年8月17日递交的流水号09/375939申请的后续部分。本专利技术涉及包含醛改性的纤维素纸浆或纤维的纸张，另外还涉及利用产生醛官能团的选择性氧化条件制备改性的纤维素和纤维素纸浆或纤维的方法。更具体地说，本专利技术涉及由包含定量醛含量的纤维素纸浆制得的纸张。选择性氧化的醛改性纤维素和纤维素纸浆的制备方法包括利用有限量的氧化剂和限定的反应条件所进行的硝酰基介导的氧化作用。在不使用其它添加剂的情况下，所述醛改性的纸浆可用于生产出显示意想不到高湿强度、暂时湿强度和干强度性能、包括压缩强度和抗压性能以及高湿强度/干强度比的薄页纸/毛巾纸以及其它纸产品。在此使用的术语“纸张”包括由天然源得到的纸浆或纤维状纤维素材料制得的片状物质和模塑产品。另外纸张也可以由合成纤维素纤维和再生纤维素以及回用废纸制得。此外，在本专利技术中也可以使用由纤维素材料和合成材料的混合物制得的纸张。纸板也包括在所述的广义术语“纸张”中。正如通常已知的那样，造纸是一种将纸浆或木质纤维素纤维的水浆液引至网或类似装置上的方法，以便除去水份，借此形成固态纤维的纸页，在压榨和干燥之后所述纸页可加工成为干燥的纸卷或平板纸；其中为使纤维取得一定量的水合度所述纸张或纤维进行打浆或精磨并可向其中添加多种功能添加剂。在造纸中，造纸机的进料通常是纸浆纤维的含水浆液或水悬浮液，所述纸浆纤维由所谓的“湿部”体系提供。在湿部中，使纸浆和其它添加剂混合成含水浆液并经受如打浆或精浆等机械和其它的操作。通常添加各种添加剂，以有利于在纸产品中提供不同的性能。含醛淀粉的制备以及在造纸工业中将所述醛衍生物用作湿强度和干强度添加剂是熟知的。对于将醛基引入淀粉中而言，氧化法和非氧化法均是已知的。在造纸中使用这些产品以便提供湿和干强度性能时涉及单独添加该淀粉添加剂组分。为了由伯醇和仲醇生产醛和羧酸，在有机化学中将硝酰基和亚硝鎓离子盐用作氧化途径披露于杂环中的标题为“有机化学中作为氧化剂的有机亚硝鎓盐”的文章中(J.M.Bobbitt和C.L.Flores，第27卷，第2册，1988，第509-533页)。近年来，在披露于四面体中的标题为“借助水溶液中硝酰基介导的伯醇选择性氧化，动力学和机理”文章中(A.E.J.de Nooy和A.C.Bessemer，第51卷，第29册，1995，第8023-8032页)，将这种化学应用延伸至使各种碳氢化合物中的伯醇选择性氧化成羧酸。1995年3月16日申请的WO95/07303进一步披露了该技术的应用，其中，在含水条件下使带有伯羟基基团的碳水化合物氧化成羧基含量高于90％的产物。涉及伯醇氧化的该项技术一般性地描述了高羧酸含量的聚葡糖醛酸的制备。同样地，该氧化方法已用来制备各种高羧基含量的多糖，如由P.S.Chang和J.F.Robyt在“碳水化合物化学杂志”(J.Carbohydrate Chemistry)中的文章“利用2,2,6,6-四甲基-1-哌啶氧代铵离子的天然多糖伯醇基团氧化作用”(15(7),1996，第819-830页)所述。应指出的是，在某些应用中，不希望高羧酸含量。最近的专利申请WO99/23240和99/23117(均于1999年5月14日申请)分别披露了在酶氧化剂存在下，利用产生氧代铵离子的试剂使淀粉和纤维素氧化的方法。尽管上面已描述了各种方法，但仍需要适宜于纸张用途，提供希望的高湿强度，暂时湿强度和干强度性能，以及改善压缩强度和抗压性能，并且不涉及使用单独添加剂组分的纤维素纸浆。本专利技术涉及具有湿强度、暂时湿强度和干强度性能，包括改善的压缩强度和抗压性能，并且包含醛改性的纤维素纸浆的纸张，其中，每100克纤维素中，该纸浆包含1-20毫摩尔醛。本专利技术的另一实施方案包括，利用硝酰基介导的含水氧化法，在限定的氧化条件下，选择性地制备纤维素醛和纤维素纸浆醛，以便提供特别适用于造纸的含有有效醛含量的衍生物。更具体地说，本专利技术涉及每100克纤维素采用相当于至多5.0克活性氯等同氧化力的氧化剂和有效介导量的硝酰基，使纤维素或纤维素纸浆于水溶液中的氧化反应；所述氧化反应在约8.0-10.5的pH和约5-50℃的温度下进行；最终产物的醛含量为约1-20毫摩尔/100克纸浆。另外，本专利技术还涉及醛改性的纤维素或具有限定醛含量的纤维素纸浆。另一实施方案涉及具有湿强度、暂时湿强度和干强度性能，包括压缩强度和抗压性能的纸张的制备方法，包括将借助上述选择性氧化步骤制得的纤维素醛纸浆用作纸或纸浆原料或其组分。本专利技术的纤维素或纤维素纸浆醛衍生物具有有效的醛官能度，或每100克纤维素材料，即纤维素或纤维素纸浆有约1-20毫摩尔，优选约5-20毫摩尔的醛含量。本专利技术的纤维素醛衍生物可借助下述方法制备利用有限量的由硝酰基介导的氧化剂，在限定的条件下使纤维素和纤维素纸浆或纤维选择性氧化，以便提供含有有效醛含量的衍生物，使之特别适用于生产具有所希望的湿强度、暂时湿强度和干强度性能，包括压缩强度和抗压性能的纸张。在此使用的所述硝酰基介导体是具有如下结构式之一的二叔烷基硝酰基基团 式中A表示优选两个或三个原子的链，特别是碳原子链，或者一个或两个碳原子与氧或氮原子组合的链，而R表示相同或不同的烷基基团。链A可以被一个或多个基团，如烷基烷氧基芳基芳氧基，氨基，酰氨基或桥氧基取代，或者可以被连接至一个或多个结构式Ⅰ的其它基团上的二价基团或多价基团取代。特别有用的硝酰基基团是下式的二叔烷基硝酰基基团 式中，Y为H,OH或NH-C(O)-CH3，并且各个R基团表示相同或不同的1-18碳原子的烷基，更具体地说是甲基。这种硝酰基包括其中a)R基团均为甲基(或一个碳原子的烷基)且Y为H，即2,2,6,6-四甲基-1-哌啶氧基(TEMPO)；b)R基团为甲基，且Y为OH，即4-羟基TEMPO；c)R基团为甲基且Y为NH-C(O)-CH3，即4-乙酰氨基TEMPO。优选的硝酰基为TEMPO或4-乙酰氨基-TEMPO。硝酰基以介导氧化作用的有效量使用，更具体地说其用量以纤维素，纤维素纸浆或纤维的重量计，为约0.001-20％重量，优选0.01至0.1％重量。可将硝酰基添加至反应混合物中，或由相应的羟胺或氧代铵离子就地产生。在本专利技术中使用的氧化剂可以是能将硝酰基转化成其相应的氧代铵盐的任何物质。特别有用的氧化剂是碱金属或碱土金属次氯酸盐，如次氯酸钠，次氯酸锂，次氯酸钾或次氯酸钙。另外也可以使用碱金属或碱土金属次溴酸盐，并且可以次溴酸盐本身的形式、如次溴酸钠添加，或者可以借助添加合适的氧化剂，如次氯酸钠和碱金属或碱土金属溴化物盐，如溴化钠，而就地形成。溴化物离子通常为溴化钠形式。能在本专利技术方法中使用的另外的氧化剂包括与过渡金属催化剂，如甲基三氧基铼(Ⅶ)结合的过氧化氢；与酶结合的过氧化氢；与过渡金属催化剂结合的氧；与酶结合的氧；过酸；如过乙酸和3-氯过苯甲酸；过硫酸的碱金属或碱土金属盐，如过硫酸钾和过硫酸钠；过氧-硫酸的碱金属盐或碱土金属盐，如过氧-硫酸钾；氯代胺，如1,3,5-三氯-1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)三酮，1,3-二氯-1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)三酮钠盐，1,3-二氯-5,5-二甲基乙内酰脲，1-溴-3-氯-5,5-二甲基乙内酰本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有湿强度、暂时湿强度和干强度性能的纸张，其中包含醛改性的纤维素纸浆，所述纤维素纸浆具有约１－２０毫摩尔醛／１００克纤维素。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：AL奇梅奇奥格鲁，DE哈金斯，
申请(专利权)人：国家淀粉及化学投资控股公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]