来自化学牛皮纸纤维的改性纤维素及其制造和使用方法技术

本发明专利技术提供一种具有独特性质的改性牛皮纸浆纤维。所述改性纤维可以是与其常规的对应物几乎不可区分的改性漂白牛皮纸纤维，不同的是其具有低聚合度(DP)。本发明专利技术还提供了用于制造所述改性纤维的方法和由其制造的产品。所述方法可以是可合并为多段漂白工艺的单段的单步酸性、铁催化过氧化物处理工艺。所述产品可以是化学纤维素原料、微晶纤维素原料、绒毛浆和由其制造的产品。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利
本公开涉及纤维素纤维的化学改性。更具体地讲，本公开涉及来源于表现出一系列独特特性的漂白牛皮纸浆的化学改性纤维素纤维，将其性能改善至超越来源于牛皮纸浆的标准纤维素纤维并且使其可用于迄今局还限于昂贵纤维(例如，棉花或高α含量亚硫酸盐纸浆)的应用。具体地讲，所述化学改性漂白牛皮纸纤维可表现出一种或多种以下有益特性，包括但不限于改进的气味控制性、改善的可压缩性和/或增加的白度。所述化学改性漂白牛皮纸纤维可表现出一种或多种这些有益特性，同时也保持非化学改性漂白牛皮纸纤维的一种或多种其它特性，例如，保持纤维长度和/或游离度。本公开进一步涉及来源于表现出低聚合度或超低聚合度的漂白软木和/或硬木牛皮纸浆的化学改性纤维素纤维，使其适于用作吸收性产品的绒毛浆，用作包括纤维素醚和酯的纤维素衍生物生产及消费品中的化学纤维素原料。本文中使用的“聚合度”可缩写为“DP”。本公开更进一步涉及来源于具有小于约80的平衡聚合度的化学改性牛皮纸纤维的纤维素。更具体地讲，本文中描述的化学改性牛皮纸纤维表现出低聚合度或超低聚合度(本文中称为“LDP”或“ULDP”)，可通过酸性或碱性水解处理以进一步将其聚合度降低至小于约80(例如降低至小于约50)，以使其适于多种下游应用。本公开也涉及用于制造所描述的改性纤维的方法。本公开部分程度上提供一种用于同时增加牛皮纸纤维的羧基和醛官能度的方法。所描述纤维经历催化氧化处理。在一些实施方案中，将所述纤维用铁或铜氧化，然后再进一步漂白以提供具有有益的白度特性的纤维，所述有益的白度为例如可与标准漂白纤维相比的白度。此外，本专利技术公开至少一种工艺，其可提供上述改善的有益特性而不引入用于对漂白纤维进行后处理的成本增加的步骤。在这个低成本的实施方案中，所述纤维可在牛皮纸工艺(诸如牛皮纸漂白工艺)的单段中处理。另一个实施方案涉及包括D0E1D1E2D2工序的五段漂白工艺，其中第四(E2)段包括催化氧化处理。最后，本公开涉及使用所描述的化学改性纤维素纤维制造的所有消费品、纤维素衍生物(包括纤维素醚和酯)和微晶纤维素。专利技术背景纤维素纤维和衍生物广泛用于纸张、吸收性产品、食品或食品有关应用、药物和工业应用。纤维素纤维的主要来源是木纸浆和棉花。纤维素源和纤维素处理条件通常决定了纤维素纤维的特性，并且因此决定了所述纤维对于某些目标用途的适用性。对处理成本相对较低但用途非常广泛且从而使其能够用于多种应用的纤维素纤维存在需求。纤维素通常以包含数百至成千上万个葡萄糖单位的聚合物链存在。氧化纤维素的各种方法是已知的。在纤维素氧化中，纤维素链的糖苷的羟基可被转化成(例如)诸如醛基或羧基的羰基。根据使用的氧化方法和条件，羰基修饰的类型、程度和位置可能不同。已知某些氧化条件可使纤维素链本身降解，例如通过使纤维素链中的糖苷环裂解导致解聚。大多数情况下，解聚纤维素不仅粘度降低，而且纤维长度比起纤维素原料更短。当纤维素降解时(诸如通过解聚和/或显著地降低纤维长度和/或纤维强度)，其可能难以处理和/或可能不适于许多下游应用。对于可增加羧酸和醛官能度两者的改性纤维素纤维的方法仍有需求，这些方法不会使纤维素纤维广泛地降解。本公开提供解决一个或多个这些不足的独特方法。已做出各种尝试来氧化纤维素以向纤维素链提供羧基和醛官能度而不使纤维素纤维降解。在传统的纤维素氧化方法中，当在纤维素上存在醛基时，可能难以控制或限制纤维素的降解。先前解决这些问题的尝试包括使用多步氧化工艺，例如在一个步骤中，以位点特异性方式修饰某些羰基并且在另一个步骤中氧化其它羟基，和/或提供调节剂和/或保护剂，所有步骤都可能对纤维素氧化工艺带来额外费用和副产物。因此，需要节约成本的和/或可在单步工艺(诸如牛皮纸工艺)中进行的对纤维素进行改性的方法。本公开提供新颖的方法，其相比现有技术中尝试的方法提供了巨大的改善。通常，纤维素牛皮纸纤维的氧化(在现有技术中)是在漂白工艺之后进行。意外的是，本专利技术人发现可使用现有漂白工序的各段(特别是五段漂白工序的第四段)来氧化纤维素纤维的氧化。此外，意外的是，本专利技术人发现金属催化剂(特别是铁催化剂)可用于漂白工序中来完成这种氧化而不影响成品，例如，因为催化剂不会在纤维素中保持结合，使得在漂白工序终点之前除去至少一些残留的铁比基于本领域知识的预期更加容易。此外，出乎意料地，本专利技术人发现可进行此类方法而基本上不使纤维降解。纤维素纤维(包括牛皮纸浆)可用金属和过氧化物和/或过酸氧化在本领域是已知的。例如，纤维素可用铁和过氧化物(芬顿试剂(Fenton′s reagent))氧化。参见Kishimoto等人，Holzforschung，52卷，第2期(1998)，180-184页。金属和过氧化物(诸如芬顿试剂)是相对廉价的氧化剂，使它们一定程度上适于诸如牛皮纸工艺的大规模应用。就芬顿试剂而言，众所周知这种氧化方法在酸性条件下可降解纤维素。因此，本来就不期望在牛皮纸工艺中使用芬顿试剂而不广泛地降解纤维，例如在酸性条件下伴有纤维长度的损失。为了防止纤维素的降解，芬顿试剂经常在碱性条件下使用，不过芬顿反应被显著地抑制。然而，在碱性条件下使用芬顿试剂可能还存在其它缺点。例如，纤维素仍然可能会降解或褪色。在牛皮纸浆处理中，纤维素纤维通常在多段工序中漂白，其通常包含强酸性和强碱性漂白步骤，包括在漂白工序终点或终点附近的至少一个碱性步骤。因此，与本领域所已知的相反，在牛皮纸漂白工艺的酸性段用铁氧化的纤维可产生具有增强的化学性质的纤维，但没有物理降解或褪色，这是相当惊人的。因此，需要一种可向纤维素纤维(诸如来源于牛皮纸浆的纤维)引入醛和羧基官能度而不广泛地降解纤维素和/或使纤维素变得不适于许多下游应用的低成本和/或单步氧化。此外，还有向纤维素纤维引入高含量的羰基(诸如羧酸、酮和醛基)的需求。例如，希望在不抑制氧化反应的条件下使用氧化剂(不同于例如在碱性pH使用芬顿试剂)以引入高含量的羰基。为了提供满足这些需求的方法，专利技术人克服了现有技术的许多困难。除了在控制纤维素氧化产物的化学结构以及那些产物的降解中的困难之外，已知氧化方法可影响其它性质，包括化学和物理性质和/或成品中的杂质。例如，氧化方法可影响结晶度、半纤维素含量、颜色和/或成品中的杂质含量。最后，氧化方法可影响处理用于工业或其它应用的纤维素产品的能力。通常进行木纸浆漂白的目的是有选择地增加纸浆的白色或白度(一般通过除去木素和其它杂质)，而不负面地影响物理性质。漂白化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.05.28 US 61/182,0001.一种化学改性牛皮纸纤维，其包含纤维素，所述纤维素已经通过催化氧化处
理以增加所述纤维素上的醛基数目，从而改善了气味控制性同时保持至少约85的ISO
白度。
2.根据权利要求1所述的纤维，其中所述ISO白度是至少约87。
3.根据权利要求1所述的纤维，其中所述ISO白度是至少约90。
4.根据权利要求1所述的纤维，其具有约350至约1860的聚合度。
5.根据权利要求4所述的纤维，其具有约350至约910的聚合度。
6.根据权利要求4所述的纤维，其具有约1160至约1860的聚合度。
7.根据权利要求1所述的纤维，其具有1meq/100g至约9meq/100g范围的醛
含量。
8.根据权利要求7所述的纤维，其具约1meq/100g至约3meq/100g范围的醛含
量。
9.根据权利要求1所述的纤维，其比标准牛皮纸纤维降低的大气氨气浓度多至
少40％。
10.根据权利要求1所述的纤维，其比标准牛皮纸纤维降低的大气氨气浓度多至
少50％。
11.根据权利要求1所述的纤维，其中所述纤维每克吸收约5ppm至约10ppm
的氨气。
12.根据权利要求1所述的纤维，其中所述纤维每克吸收约7ppm至约10ppm
的氨气。
13.根据权利要求1所述的纤维，其具有小于约13mPa·s的粘度。
14.根据权利要求1所述的纤维，其具有小于约10mPa·s的粘度。
15.根据权利要求1所述的纤维，其具有小于约8mPa·s的粘度。
16.根据权利要求1所述的纤维，其具有小于约5mPa·s的粘度。
17.根据权利要求1所述的纤维，其具有小于约4mPa·s的粘度。
18.根据权利要求1所述的纤维，其具有约2meq/100g至约8meq/100g范围的
羧基含量。
19.根据权利要求1所述的纤维，其具有约2meq/100g至约6meq/100g范围的
羧基含量。
20.根据权利要求1所述的纤维，其具有大于约2的铜价。
21.根据权利要求1所述的纤维，其具有大于约2.5的铜价。
22.根据权利要求1所述的纤维，其具有大于约3的铜价。
23.根据权利要求1所述的纤维，其具有约0.9至约1.6范围的总羰基与醛的比
例。
24.根据权利要求1所述的纤维，其具有至少约690mis的加拿大标准游离度(“游
离度”)。
25.根据权利要求1所述的纤维，其具有至少约700mis的加拿大标准游离度(“游
离度”)。
26.根据权利要求1所述的纤维，其具有至少约710mis的加拿大标准游离度(“游
离度”)。
27.根据权利要求1所述的纤维，其具有约14％至约30％范围的S10苛性碱溶解
度。
28.根据权利要求1所述的纤维，其具有约14％至约20％范围的S10苛性碱溶解
度。
29.根据权利要求1所述的纤维，其具有约14％至约22％范围的S18苛性碱溶解
度。
30.根据权利要求1所述的纤维，其具有约14％至约18％范围的S18苛性碱溶解
度。
31.根据权利要求1所述的纤维，其具有约1.3至约2.3范围的扭结指数。
32.根据权利要求1所述的纤维，其具有约1.7至约2.3范围的扭结指数。
33.根据权利要求1所述的纤维，其具有约2.0至约2.3范围的扭结指数。
34.根据权利要求1所述的纤维，其具有约1.1至约0.2范围的加权卷曲指数。
35.根据权利要求1所述的纤维，其具有约1.5至约0.2范围的加权卷曲指数。
36.根据权利要求1所述的纤维，其具有约65％至约85％范围的R10值。
37.根据权利要求1所述的纤维，其具有约70％至约85％范围的R10值。
38.根据权利要求1所述的纤维，其具有约75％至约85％范围的R10值。
39.根据权利要求1所述的纤维，其具有约75％至约90％范围的R18值。
40.根据权利要求1所述的纤维，其具有约80％至约90％范围的R18值。
41.根据权利要求1所述的纤维，其具有约2.9或更大的ΔR。
42.根据权利要求1所述的纤维，其具有约3.0或更大的ΔR。
43.根据权利要求1所述的纤维，其具有约6.0或更大的ΔR。
44.根据权利要求1所述的纤维，其中所述纤维是软木纤维并且具有约16％至约
18％的半纤维素含量。
45.根据权利要求1所述的纤维，其中所述纤维是软木纤维并且具有至少约2mm
的纤维长度。
46.根据权利要求1所述的纤维，其中所述纤维是软木纤维并且具有至少约2.2
mm的纤维长度。
47.根据权利要求1所述的纤维，其中所述纤维是软木纤维并且具有至少约2.4
mm的纤维长度。
48.根据权利要求1所述的纤维，其中所述纤维是硬木纤维并且具有约18％至约
25％的半纤维素含量。
49.根据权利要求1所述的纤维，其中所述纤维是硬木并且具有至少约0.75mm
的纤维长度。
50.根据权利要求1所述的纤维，其中所述纤维是硬木纤维并且具有至少约0.85
mm的纤维长度。
51.根据权利要求1所述的纤维，其中所述纤维是硬木纤维并且具有至少约0.95
mm的纤维长度。
52.根据权利要求1所述的纤维，其中所述纤维是可压缩的并且可压缩至比标准
牛皮纸纤维大至少约8％的密度。
53.根据权利要求1所述的纤维，其中所述纤维是可压缩的并且可压缩至比标准
牛皮纸纤维大约8％至约16％的密度。
54.一种牛皮纸纤维，其具有至少约87的ISO白度，具有约350至约1860的聚
合度，具有1meq/100g至约9meq/100g的醛含量，并且其比标准牛皮纸纤维降低的
大气氨气浓度多至少40％。
55.一种化学改性牛皮纸纤维，其表现出至少约690mis的加拿大标准游离度(“游
离度”)，并且其可压缩至比标准牛皮纸纤维大至少约8％的密度。
56.根据权利要求55所述的纤维，其具有至少约700mis的加拿大标准游离度
(“游离度”)。
57.根据权利要求55所述的纤维，其具有至少约710mis的加拿大标准游离度
(“游离度”)。
58.根据权利要求55所述的纤维，其中所述纤维是可压缩的并且可压缩至比标
准牛皮纸浆纤维大约8％至约16％的密度。
59.根据权利要求55所述的纤维，其具有约350至约1860的聚合度。
60.根据权利要求59所述的纤维，其具有约350至约910的聚合度。
61.根据权利要求59所述的纤维，其具有约1160至约1860的聚合度。
62.根据权利要求55所述的纤维，其中所述ISO白度是至少约85。
63.根据权利要求55所述的纤维，其中所述ISO白度是至少约87。
64.根据权利要求55所述的纤维，其中所述ISO白度是至少约90。
65.根据权利要求55所述的纤维，其中所述纤维是软木纤维并且具有约16％至
约18％的半纤维素含量。
66.根据权利要求55所述的纤维，其中所述纤维是软木纤维并且具有至少约2
mm的纤维长度。
67.根据权利要求55所述的纤维，其中所述纤维是软木纤维并且具有至少约2.2
mm的纤维长度。
68.根据权利要求55所述的纤维，其中所述纤维是软木纤维并且具有至少约2.4
mm的纤维长度。
69.根据权利要求55所述的纤维，其中所述纤维是硬木纤维并且具有约18％至
约25％的半纤维素含量。
70.根据权利要求55所述的纤维，其中所述纤维是硬木并且具有至少约0.75mm
的纤维长度。
71.根据权利要求55所述的纤维，其中所述纤维是硬木纤维并且具有至少约0.85
mm的纤维长度。
72.根据权利要求55所述的纤维，其中所述纤维是硬木纤维并且具有至少约0.95
mm的纤维长度。
73.根据权利要求55所述的纤维，其具有1meq/100g至约9meq/100g范围的
醛含量。
74.根据权利要求73所述的纤维，其具有约1meq/100g至约3meq/100g范围的
醛含量。
75.根据权利要求55所述的纤维，其比标准牛皮纸浆纤维降低的大气氨气浓度
多至少40％。
76.根据权利要求55所述的纤维，其比标准牛皮纸浆纤维降低的大气氨气浓度
多至少50％。
77.根据权利要求55所述的纤维，其中所述纤维每克吸收约5至约10ppm的氨
气。
78.根据权利要求55所述的纤维，其中所述纤维每克吸收约7至约10ppm的氨
气。
79.根据权利要求55所述的纤维，其具有小于约13mPa·s的粘度。
80.根据权利要求55所述的纤维，其具有小于约10mPa·s的粘度。
81.根据权利要求55所述的纤维，其具有小于约8mPa·s的粘度。
82.根据权利要求55所述的纤维，其具有小于约5mPa·s的粘度。
83.根据权利要求55所述的纤维，其具有小于约4mPa·s的粘度。
84.根据权利要求55所述的纤维，其具有约2meq/100g至约8meq/100g范围
的羧基含量。
85.根据权利要求55所述的纤维，其具有约2meq/100g至约6meq/100g范围
的羧基含量。
86.根据权利要求55所述的纤维，其具有大于约2的铜价。
87.根据权利要求55所述的纤维，其具有大于约2.5的铜价。
88.根据权利要求55所述的纤维，其具有大于约3的铜价。
89.根据权利要求55所述的纤维，其具有约0.9至约1.6范围的总羰基与醛的比
例。
90.根据权利要求55所述的纤维，其具有约14％至约30％范围的S10苛性碱溶
解度。
91.根据权利要求55所述的纤维，其具有约14％至约20％范围的S10苛性碱溶
解度。
92.根据权利要求55所述的纤维，其具有约14％至约22％范围的S18苛性碱溶
解度。
93.根据权利要求55所述的纤维，其具有约14％至约18％范围的S18苛性碱溶
解度。
94.根据权利要求55所述的纤维，其具有约1.3至约2.3范围的扭结指数。
95.根据权利要求55所述的纤维，其具有约1.7至约2.3范围的扭结指数。
96.根据权利要求55所述的纤维，其具有约2.0至约2.3范围的扭结指数。
97.根据权利要求55所述的纤维，其具有约1.1至约0.2范围的加权卷曲指数。
98.根据权利要求55所述的纤维，其具有约1.5至约0.2范围的加权卷曲指数。
99.根据权利要求55所述的纤维，其具有约65％至约85％范围的R10值。
100.根据权利要求55所述的纤维，其具有约70％至约85％范围的R10值。
101.根据权利要求55所述的纤维，其具有约75％至约85％范围的R10值。
102.根据权利要求55所述的纤维，其具有约75％至约90％范围的R18值。
103.根据权利要求55所述的纤维，其具有约80％至约90％范围的R18值。
104.根据权利要求55所述的纤维，其具有约2.9或更大的ΔR。
105.根据权利要求55所述的纤维，其具有约3.0或更大的ΔR。
106.根据权利要求55所述的纤维，其具有约6.0或更大的ΔR。
107.一种牛皮纸纤维，其表现出至少约690mis的加拿大标准游离度(“游离度”)、
约350至约1860的聚合度、至少约85的ISO白度，并且其可压缩至比标准牛皮纸浆
纤维大至少约8％的密度。
108.一种牛皮纸纤维，其表现出至少约690mis的加拿大标准游离度(“游离度”)
和约350至约1860的聚合度。
109.根据权利要求108所述的纤维，其具有至少约700mis的加拿大标准游离度
(“游离度”)。
110.根据权利要求108所述的纤维，其具有至少约710mis的加拿大标准游离度
(“游离度”)。
111.根据权利要求108所述的纤维，其具有约350至约910的聚合度。
112.根据权利要求108所述的纤维，其具有约1160至约1860的聚合度。
113.根据权利要求108所述的纤维，其中所述ISO白度是至少约85。
114.根据权利要求108所述的纤维，其中所述ISO白度是至少约87。
115.根据权利要求108所述的纤维，其中所述ISO白度是至少约90。
116.根据权利要求108所述的纤维，其中所述纤维是可压缩的并且可压缩至比
标准牛皮纸纤维大约8％至约16％的密度。
117.根据权利要求108所述的纤维，其中所述纤维是软木纤维并且具有约16％
至约18％的半纤维素含量。
118.根据权利要求108所述的纤维，其中所述纤维是软木纤维并且具有至少约2
mm的纤维长度。
119.根据权利要求108所述的纤维，其中所述纤维是软木纤维并且具有至少约
2.2mm的纤维长度。
120.根据权利要求108所述的纤维，其中所述纤维是软木纤维并且具有至少约
2.4mm的纤维长度。
121.根据权利要求108所述的纤维，其中所述纤维是硬木纤维并且具有约18％
至约25％的半纤维素含量。
122.根据权利要求108所述的纤维，其中所述纤维是硬木并且具有至少约0.75
mm的纤维长度。
123.根据权利要求108所述的纤维，其中所述纤维是硬木并且具有至少约0.85
mm的纤维长度。
124.根据权利要求108所述的纤维，其中所述纤维是硬木纤维并且具有至少约
0.95mm的纤维长度。
125.根据权利要求108所述的纤维，其具有1meq/100g至约9meq/100g范围
的醛含量。
126.根据权利要求125所述的纤维，其具有约1meq/100g至约3meq/100g范围
的醛含量。
127.根据权利要求108所述的纤维，其比标准牛皮纸纤维降低的大气氨气浓度
多至少40％。
128.根据权利要求108所述的纤维，其比标准牛皮纸纤维...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·J·诺尼，C·E·库尔切尼，C·M·斯隆，P·R·阿比茨，
申请(专利权)人：GP纤维素股份有限公司，
类型：发明
国别省市：