交联牛皮纸浆组合物和方法技术

根据某些实施方案的纸浆包含交联纤维素纤维并且具有高的亮度、反应性和特性粘度，且因此可非常适合用作低色度、高粘度纤维素衍生物的制备中的前体。根据本技术的方法包括由纤维素原料形成纸浆，漂白纸浆，在纸浆具有高稠度时交联纸浆中的纤维素纤维，并干燥纸浆。交联纤维素纤维可以包括将纤维暴露于具有两个或更多个缩水甘油基并且每环氧化物的分子量在140至175的范围内的缩水甘油醚交联剂。根据本技术的另一种方法包括提供纸浆的水性悬浮液，其包含之前漂白和干燥的化学木浆纤维，用这种缩水甘油醚交联剂交联纤维，并干燥纸浆。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】交联牛皮纸浆组合物和方法相关申请的交叉引用本申请要求2016年2月25日提交的第62/299,894号美国临时申请的权益，其通过引用整体并入本文。如果前述申请和/或通过引用并入本文的任何其他内容与本公开内容冲突，则以本公开内容为准。
本技术涉及纤维素产品(例如纸浆)和纤维素衍生物(例如纤维素醚)。
技术介绍
纤维素醚(例如，羧甲基纤维素、甲基纤维素等)形成水溶液，并且可以在很大程度上根据这些溶液的粘度，以各种等级获得。形成更高粘度的水溶液的高级纤维素醚倾向于比形成更低粘度的水溶液的较低级纤维素醚更有价值。给定纤维素醚形成更粘稠的水溶液的能力与制备给定纤维素醚的纤维素前体的聚合度和/或其他性质密切相关。高级纤维素醚通常由溶解级纸浆(例如棉短绒纸浆)制备，而中级和低级纤维素醚通常由较低成本的木浆制备。在HerbertSixta，HandbookofPulp，Wiley-Vch(2006)中进一步讨论了本公开内容中提及的纸浆等级，该文献通过引用整体并入本文。大多数木浆的聚合度不超过约1,500。相比之下，溶解级纸浆通常具有2,400或更高的聚合度。不幸地，溶解级纸浆往往昂贵。现有技术试图改性低成本纸浆用于制备高级纤维素衍生物的尝试仅取得了有限的成功。因此，在该领域需要进一步创新。附图简述参考图1和图2可以更好地理解本技术的许多方面。图1是示出根据本技术的实施方案的用于制备纸浆的方法的流程图。图2是示出根据本技术的另一实施方案的用于制备纸浆的方法的流程图。专利技术详述根据本技术的实施方案的用于制备纸浆的方法和相关系统和组合物可以至少部分解决与常规技术相关的一个或多个问题，无论这些问题是否在本文中指出。例如，根据本技术的至少一些实施方案的方法允许低成本纸浆充当制备高级纤维素醚和/或其他纤维素衍生物(例如纤维素酯)的前体。例如，牛皮纸浆比溶解级纸浆便宜得多且可更广泛地可得。然而，当标准牛皮纸浆用作制备纤维素醚的前体时，所得纤维素醚往往是低级的。用于制备纤维素衍生物的纸浆的理想性质包括高亮度和高粘度。纸浆的高亮度可导致由纸浆制备的纤维素衍生物具有很少颜色或没有颜色。在许多用纤维素衍生物制成的产品(例如医用织物、食品、石膏板(drywall)等)中，不希望纤维素衍生物赋予产品颜色。类似地，在这些和其他应用中，纤维素衍生物具有高粘度同时仍然保持可溶于水，这往往是有用的。因此，具有很少颜色或没有颜色和高粘度的纤维素衍生物往往比具有显著颜色和低粘度的纤维素衍生物更昂贵。纸浆的高反应性提高了用于将纸浆转化为纤维素衍生物的官能化反应(例如醚化)的效率。纸浆的反应性与纸浆中纤维素纤维的表面与水分子接触的程度密切相关，其中官能化剂分布到这些表面。这些表面与水分子之间的更大接触也增加了纸浆保持水的程度。因此，具有较高保水值的纸浆往往也是具有较高反应性的纸浆。在某种程度上，几种常规方法已经成功地增加了牛皮纸浆制备形成高粘度水溶液的纤维素醚的能力。不幸地，这些常规方法总是这样做，其以纤维素醚的其它所需性质为代价和/或以工艺产率为代价。例如，一些常规方法包括减少或消除牛皮纸工艺中的漂白。由这些方法得到的纸浆倾向于具有高木质素含量，并且相应地具有低亮度。这导致由这些纸浆制备的纤维素醚中的不希望的颜色。作为另一个实例，一些常规方法包括增加半纤维素从牛皮纸浆中的去除。然而，由于去除了半纤维素提供的本体(bulk)，所以这些方法的产率低。此外，由于成分纤维素从纤维素-I转化为纤维素-II，所以由这些方法得到的纸浆倾向于具有低反应性。常规的交联反应通常还降低纸浆的保水值(和反应性)。即使允许低亮度、低产率和/或低反应性，但是用于改性低成本纸浆的常规方法仍然不能制备适用于制备以下纤维素醚的纸浆，所述纤维素醚形成的水溶液的粘度与由高粘度溶解级醚纸浆制备的纤维素衍生物的粘度一样高。根据本技术的至少一些实施方案的方法包括在相对高的稠度(例如，大于或等于12％的稠度)下交联纸浆。这些方法可以进一步包括用选择以增加纸浆的保水值的交联剂交联纸浆。非常适合于此目的的交联剂包括，例如，有两个或更多个缩水甘油基和每环氧化物的分子量在140至175的范围内的缩水甘油醚交联剂。令人惊讶地发现在相对高的稠度下和使用这种类型的交联剂交联纸浆使低成本纸浆(例如，牛皮纸浆)变得适用于制备高级纤维素衍生物，而很少或没有亮度、产率、反应性和/或其它期望的纸浆性质的相关的降低。常规的非交联牛皮纸浆倾向于具有比其他化学纸浆，例如亚硫酸盐纸浆(即，主要使用亚硫酸盐从木材中提取木质素制成的纸浆)更低的反应性。然而，在本技术的至少一些实施方案中，交联的牛皮纸浆具有相对高的反应性。仅仅通过理论并且不希望受限于这种理论，这可能是由于在纤维素链之间均匀地增加了额外空间的交联的存在。在相似的交联条件下，较长链的交联剂(例如，聚缩水甘油醚)可以比较短链的交联剂(例如1,3-二氯-2-羟基丙醇(DCP))产生具有更高反应性的交联纸浆。用较长链的交联剂交联的纸浆的结晶度指数可以低于起始纸浆的结晶度指数，并且远低于溶解级亚硫酸盐木浆和棉短绒纸浆的结晶度指数。在至少一些情况下，将交联牛皮纸浆代替亚硫酸盐纸浆用于高粘度醚应用可能是有利的，因为牛皮纸是主要的制浆工艺，具有更高的产率(更高的半纤维素含量)、更低的成本并且比亚硫酸盐制浆工艺更环境友好。在常规的牛皮纸加工中，纸浆保持在相对低的稠度(例如，稠度小于或等于10％)下。随着纸浆稠度增加，使纸浆流过管道和混合纸浆变得更加困难。因此，在常规方法中用于改性牛皮纸浆以增加其制备高级纤维素衍生物的可能性的任何交联也一直在相对低的稠度下进行。与本技术的至少一些实施方案相关的令人惊讶的发现之一是，在交联期间增加纸浆的稠度可以增加交联纸浆的保水值。通过与本技术的至少一些实施方案相关的这一和/或其他发现，最终可以制备以下牛皮纸浆，其是制备高级纤维素衍生物中的昂贵溶解级纸浆的真正替代品和/或合适的增量剂。本文参考图1和图2描述了根据本技术的几个实施方案的用于制备纸浆的方法和相关系统和组合物的的具体细节。尽管本文中可在改性牛皮纸浆用于制备纤维素衍生物的情况下主要或完全公开所述方法和相关系统和组合物，但是除了本文公开的那些之外的其他情况也在本技术的范围内。例如，所述方法、系统和组合物的合适特征可以在亚硫酸盐纸浆的情况下或甚至在溶解等级纸浆的情况下实施。作为另一个实例，所述方法、系统和组合物的合适特征可以在改性牛皮纸或其他纸浆的情况下实施，用于除制备纤维素衍生物之外的用途，例如制备特种纸产品。应当理解，一般而言，除了本文公开的那些之外的其他方法、系统和组合物也在本技术的范围内。例如，根据本技术的实施方案的方法、系统和组合物可具有与本文公开的那些不同的和/或另外的操作、组件、配置等。此外，本领域普通技术人员将理解，根据本技术的实施方案的方法、系统和组合物可以没有本文公开的某些操作、组件、配置等，而不偏离本技术。测试方法和缩略语AOX：可吸附的有机卤化物，如通过EPA方法1650A确定。灰分含量：由TAPPIT211om-07确定。ASTM：美国测试和材料协会亮度：由TAPPIT525om-12确定。毛细管粘度：由TAPPIT230om-99确定。羧基含量：由TAPPIT23本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，其包括：由纤维素原料形成纸浆；漂白所述纸浆；在所述纸浆的稠度大于或等于12％时交联所述纸浆内的纤维素纤维；和在漂白所述纸浆之后和交联所述纤维素纤维之后干燥所述纸浆，其中所述干燥的纸浆具有大于或等于60厘泊的最终羧甲基纤维素粘度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.25 US 62/299,8941.一种方法，其包括：由纤维素原料形成纸浆；漂白所述纸浆；在所述纸浆的稠度大于或等于12％时交联所述纸浆内的纤维素纤维；和在漂白所述纸浆之后和交联所述纤维素纤维之后干燥所述纸浆，其中所述干燥的纸浆具有大于或等于60厘泊的最终羧甲基纤维素粘度。2.权利要求1所述的方法，其中交联所述纤维素纤维包括在所述纸浆具有大于或等于15％的稠度时交联所述纤维素纤维。3.权利要求1所述的方法，其中漂白所述纸浆包括根据牛皮纸漂白工艺漂白所述纸浆。4.权利要求1所述的方法，其中漂白所述纸浆包括氧漂白所述纸浆。5.权利要求1所述的方法，其中漂白所述纸浆包括在氧漂白所述纸浆之后二氧化氯漂白所述纸浆。6.权利要求1所述的方法，其中漂白所述纸浆包括将所述纸浆的亮度增加至大于或等于75％的亮度。7.权利要求1所述的方法，其中漂白所述纸浆包括将所述纸浆的木质素含量降低至以交联纤维素纤维的烘干重量计小于或等于0.09％。8.权利要求1所述的方法，其中交联所述纤维素纤维包括通过交联所述纤维素纤维增加所述纸浆的保水值。9.权利要求1所述的方法，其中交联所述纤维素纤维包括将所述纤维素纤维暴露于具有两个或更多个缩水甘油基的缩水甘油醚交联剂。10.权利要求1所述的方法，其中交联所述纤维素纤维包括将所述纤维素纤维暴露于至少部分不溶于水的交联剂。11.权利要求10所述的方法，其中所述交联剂的重均分子量在174至500的范围内。12.权利要求10所述的方法，其中所述交联剂的每环氧化物的分子量在140至175的范围内。13.权利要求10所述的方法，其中所述交联剂包含第一缩水甘油基、第二缩水甘油基和在所述第一和第二缩水甘油基之间的三个或四个直链碳原子。14.权利要求1所述的方法，还包括在交联所述纤维素纤维之后，将所述纸浆与纤维素含量以烘干重量计大于90％的溶解级纸浆共混，以形成共混纸浆，其中干燥所述纸浆包括干燥共混纸浆。15.权利要求1所述的方法，还包括：在交联所述纤维素纤维之后和在干燥所述纸浆之前，用温度在30℃至80℃范围内的水洗涤所述纸浆。16.权利要求15所述的方法，其中洗涤所述纸浆还包括所述纤维素纤维的高能分散。17.权利要求15所述的方法，其中：在交联所述纤维素纤维之后和在洗涤所述纸浆之前，所述纸浆具有可吸附的有机卤化物(AOX)含量，并且洗涤所述纸浆降低纸浆的AOX含量。18.权利要求17所述的方法，其中洗涤所述纸浆使所述纸浆的AOX含量降低至少90％。19.一种方法，其包括：提供纸浆的水性悬浮液，其中所述纸浆包含预先漂白并干燥的化学木浆纤维；用具有两个或多个缩水甘油基的缩水甘油醚交联剂交联所述化学木浆纤维，其中在交联过程中，纸浆的水性悬浮液具有大于或等于12％的稠度；和在交联所述化学木浆纤维之后干燥所述纸浆。20.权利要求19所述的方法，还包括：在交联所述化学木浆纤维之后和在干燥所述纸浆之前，用温度为30℃至80℃的水洗涤纸浆。21.权利要求20所述的方法，其中洗涤所述纸浆还包括所述化学木浆纤维的高能分散。22.权利要求20所述的方法，其中：在交联所述化学木浆纤维之后和在洗涤所述纸浆之前，所述纸浆具有AOX含量，和洗涤所述纸浆降低所述纸浆的AOX含量。23.权利要求22所述的方法，其中所述纸浆的AOX含量降低至少90％。24.权利要求19所述的方法，其中在所述纸浆具有大于或等于15％的稠度时交联所述化学木浆纤维使所述化学木浆纤维交联。25.权利要求19所述的方法，其中交联所述化学...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·罗，
申请(专利权)人：国际纸业公司，
类型：发明
国别省市：美国,US