专利名称：使用氨和过氧化氢的溶液从纤维质的纤维中除去半纤维素的方法
技术领域：
本发明涉及一种使木质纤维素的纤维脱胶或脱木质素的方法，JL 具体地说涉及一种生产溶解纸浆纤维的方法。
背景
造工艺生产的多种技术上不同的产物的通称。木材当前提供大约90% 的全球纸浆生产的基础；剩余10%开始为秸秆、竹子、甘蔗渣、洋麻、 亚麻、大麻、棉等。纸浆主要用作纸张和纸板制造中的主要组分。少 量纸浆用于多种产品-人造丝、感光胶片、玻璃纸和爆炸物质中。
最高级纸浆为化学级或溶解级纸浆。溶解紙浆用于制造高附加值 的产品，如
纤维胶纤维(人造丝)或膜，通过将纸浆溶解于碱性二疏化碳中 (黄原酸化)因此形成黄原酸盐作为中间产物，并迫使该溶液穿过出孔 进入酸浴中来制造。
纤维素衍生物，如乙酸纤维素、乙基纤维素、硝酸纤维素(硝化 纤维、火棉)和羧曱基纤维素(CMC)。
溶解纸浆制造通常利用木材(软木和硬木)的牛皮纸或亚硫酸盐法 制浆或棉绒的苏打法制浆。当为了溶解纸浆而对木材进行制浆时，缚 白产率仅仅为32-36°/。，以便获得更纯的纸浆。纤维素含量通常为 88-9 3% (对于商品级纤维胶来说)，但对于更多需求的最终用途(例如 轮胎帘布)来说可高达98%。提取物、木质素、铁和灰分的含量也低。 粘度(即DP)为另一重要性质，实际水平取决于纸浆的最终用途。对 于商品级纤维胶来说，粘度可为约350至约550ml/g。高级溶解纸浆可 超过600ml/g。
4为了生产溶解纸浆，将传统的牛皮纸制浆改进以在主要蒸煮之前 包括预水解阶段，在那里使半纤维素水解并将其除去。将稀酸或稀碱
或只不过是直接蒸汽用于该预水解阶段。相对于普通牛皮纸蒸煮来说， 该额外的阶段使总蒸煮时间大致加倍。漂白序列中的冷碱提取阶段进 一步除去非纤维素组分。
酸式亚硫酸盐制浆在高温和低pH下进行以实现所要的半纤维素降 解。漂白包括热碱提取阶段以进一步除去非纤维素组分。
一些研究表明，溶解纸浆可由漂白了的硬木牛皮纸商品浆或富含 硬木纤维的高品质木浆获得。该序列包括两个冷碱提取阶段，其间为 木聚糖酶处理。[Jackson, L. S.等人，使用酶由回收纸张生产溶解纸 浆(Production of dissolving pulp from recovered paper using enzymes.) TAPPI Journal, 1998年3月]。
这些生产溶解纸浆的现有技术方法消耗大量化学品和能量，且需 要复杂的黑液再循环工艺。在碱脱胶之后需要单独的漂白步骤。
因此，本领域中需要适合于生产溶解纸浆的脱胶了的纸浆的生产 方法，所述方法减轻现有技术的缺点。
发明概述
一方面，本发明包括一种使纤维质的纤维脱胶的方法，其包含以 下步骤用包含介于约5。/4至约30。/。(v: v)之间的氨水和介于约O. 5%至
3M基于OD纤维)之间的过氧化氢的脱胶液体在介于约5(TC至约200。C 之间的温度下在约3: l至约20: 1液体/固体(v/w)的稠度下处理所述纤 维。所述脱胶液体还可包含0。/。至10。/。(基于OD纤维)的氢氧化钾和0。/。至 0. 2。/fl(基于0D纤维)的蒽醌。
在一个实施方案中，所述纤维质的纤维可包括硬木；软木和韧皮 纤维植物，例如大麻、亚麻、洋麻、亚麻子、黄麻、苎麻及其它具有 纤维质韧皮部的双子叶植物，如谷物、多年生草或豆科植物。
在一个实施方案中，在脱胶之后回收所述脱胶液体，且使水性部 分再循环以提供氨，且将固体部分在废回收物流中回收。在一个实施
5方案中，回收且处理所述固体部分以形成肥料。 可将脱胶了的纤维漂白以形成溶解纸浆。
另一方面，本发明包括一种由韧皮纤维植物形成溶解纸浆的方法，
所述方法包含以下步骤
(a) 用包含氨和过氧化氢的脱胶液体将植物纤维制浆；
(b) 回收并再循环步骤(a)的水性部分；
(c) 回收浆化的纤维且将其漂白以产生溶解纸浆。 所述韧皮纤雄植物纤维可包括大麻、亚麻、洋麻、亚麻子、黄痳
或苎麻纤维。
附图
简述
在附图中，相同元件指派相同附图标记。所述附图不必按比例绘 制，而是着重按照本发明的原理而布置。另外，所描绘的各实施方秉 仅仅是利用本发明的基本概念的许多可能配置中的一个。所述附图简 短描述如下
图l为本发明的一个实施方案的示意图。
优选实施方案的详细描述 本发明涉及使纤维质的纤维脱胶的方法，且具体地说涉及一种生 产高品质溶解纸浆的方法。当描迷本发明时，本文中未定义的所有术 语具有其通用的技术公认的含义。在下列描述具有本发明的具体实施
方案或特定用途的程度上，其意图仅为说明性的，而不是限制所要求 的发明。下列描述意图涵盖包括在如附加权利要求书所限定的本发明 的精神和范围中的所有替代物、改进和等价物。
一般而言，本发明包括一种使用氨使纤维质的纤维脱胶的方法。 随后可使用本领域熟知的方法如氯漂白、无元素氯("ECF")漂白或全 无氯("TCF")漂白将脱胶了的纤维漂白。考虑到ECF和TCF漂白的环境 益处，优选的实施方案使用那些技术。
在一个实施方案中，将所述脱胶方法用于纤维质的纤维，如硬木
6软木和韧皮纤维植物，例如大麻、亚麻、洋麻、亚麻子、黄麻、苎麻 及其它具有纤维质韧皮部的双子叶植物，如谷物、多年生草或豆科植 物。在一个实施方案中，所述纤维质的纤维包括大麻或亚麻纤维。
从植物秸秆中分离韧皮纤维的方法在本领域中熟知且在本文中不
必进一步描述。一种将韧皮纤维植物剥皮的示例性方法描述于2008年5 月23日提交且题为"剥皮方法(Decortication Process)"的申请人同 时待审的美国专利申请中。
在本发明中，发明者吃惊地发现比现有技术更温和的条件仍可得 到高品质的溶解级紙浆。
在一个实施方案中，在反应器(IO)中在高温下将分离出的韧皮纤 维与氨混合。在一个实施方案中，将氢氧化铵以约5体积％至30体积％ 的浓度且在介于约50。C至约200X:之间的温度下使用。优选所述温度为 介于约90X:至约150。C之间的温度，例如90。C、 IOO'C、 120X:或150。C。
在一个实施方案中，使用一定量的无氯漂白剂如过氧化氢来同时漂白
纤维。该氨-过氧化物脱胶方法可在约3: l至约20: l液体/固体比率(v: w) 的稠度下进行约1小时至6小时。本领域的技术人员可通过改变这些参 数来确定合适条件而无需过度实验。众所周知， 一个参数的剧烈性增 加可允许降低其它参数的剧烈性。例如，使用较高温度或较高氨浓度 可允许蒸煮时间降低。或者，较低氨浓度可能需要较高温度或蒸煮时 间来实现类似结果。
过氧化氢的量小于3%，优选小于约2%，且最优选小于约1%(基于烘 干(OD)纤维的重量)。
在一个实施方案中，可将碱例如氬氧度钾(KOH)、碳酸钾或氬氧化 镁以0°/。至约10% (基于OD纤维)的浓度加到脱胶液体中。所述脱胶液体还 可包含0%至0. 2 K基于()D纤维)的蒽醌。碱金属和蒽醌两者有助于纤维
料，例如木纤维和谷物秸秆。
在反应器中制浆并脱胶之后，在一个实施方案中，将液体回收并 送到蒸发器(20)中，在那里将氨回收至用作反应器(10)的氨源的氨循
7环槽(30)中。提供氨的补给源(40)。从蒸发器(20)剩余的固体包含木 质素和半纤维素以及痕量氨，且被移动至固体回收槽(50)且可被加工 成废回收物流(60)中的肥料。
随后将浆化并脱胶了的纤维在洗涤槽(70)中用水洗涤，在一个实 施方案中，得到中性pH，且随后将得到的纤维送去漂白(80)。洗涤水 将含有氨和过氧化物且随后可被再循环到氨循环槽(30)。
在一个实施方案中，在生产溶解纸浆的方法中，随后将脱胶了的 纤维在TCF或ECF漂白工艺中漂白。例如，可将纤维在三段或四段ECF 工艺中漂白，接着进行冷碱提取。 一个实施方案的示例性条件在下表l 中示出
表l_
停留时间目标 C102NaOH H202 分钟 pH %,基于％,基于％，基于
OD纤维OD纤维 OD纤维D。10至1570-8040"902. 5l-7
EP10至1570-8060-12011
Di10至1570-8090-15040. 5-2
D210至1570-8090-15040. 5-2
E*3至150-4030-90
*在冷碱提取阶段的NaOH浓度为10 4w/w。 "D"是指使用二氧化氯。 "Ep"是指用具有过氧化氢的碱提取。 "E"是指碱提取。
在一个实施方案中，优选ECF工艺，因为认为二氧化氯溶解韧皮纤 维原料中的非韧皮纤维。
得到的溶解紙浆具有高品质。来自韧皮纤维植物如大麻的溶解纸 浆可生产大于55°/ 的产率，亮度大于约92y"SO， a纤维素含量超过9W 且用本发明的方法可实现大于650ml/g的粘度。
漂白阶紙浆浓温度 段 度°/ t:
8实施例
在以下提供的实施例中，"AP制浆"是指氨过氧化物制浆，缩写 "L:S，，是指液体与固体的比率，缩写"AQ"是指蒽醌含量且缩写"0D" 指烘干。
实施例l
大麻韧皮纤维在15(TC蒸煮温度下的AP制浆。
表1-1. AP制浆条件
蒸煮溶蒸煮温达到蒸处于蒸L:SH202画AQ
液中的度煮温度煮温度 v/w%，基于%，基于%，基于
歸H浓的时间下的时OD纤维OD纤维OD纤维
度分钟间
%w/w分钟
201504060 10:1150. 2
表1-2.ECF漂白条件漂白阶紙浆浓温度停留时目标pHC102NaOHH202
段度间%,基于%,基于%,基于
%分钟OD纤维OD纤维OD纤维
D0107060 2. 5
EP108090 110. 80. 5
D,1080120 41
D21080120 41
32560
*在冷碱提取阶段的NaOH浓度为10。/。w/w。表1-3.大麻韧皮纤维溶解纸浆的性质
a —纸浆产
亮度粘度丙酮提取物R18R10灰分
纤维素率
% ISOml/g%%%%%
92. 08658. 510. 0699. 1198. 2598. 670. 0555. 52
实施例2
大麻韧皮纤维在9Q'C蒸煮温度下的AP制浆
_表2-l.AP制浆条件
蒸煮溶蒸煮温达到蒸处于蒸L:S 液中的度 煮温度煮温度v/w
NH,0H浓的时间下的时 度 分钟 间
%w/w__
20 90 40 12010:1 1 5 0.2
H202KOH AQ %，基于％，基于％,基于 0D纤维OD纤维 OD纤维
表2-2.ECF漂白条件
漂白阶纸浆浓温度停留时目标pHC102NaOHH202
段度t:间%，基于%，基于%，基于
%分钟OD纤维OD纤维OD纤维
Do1070602. 55
EP108090110. 80. 5
D,108012042
E*32560
承在冷碱提取阶段的NaOH浓度为10%w/w。
表2-3.大麻韧皮纤维溶解纸浆的性质
亮度 % ISO粘度 ml/g丙酮提取物 %R18 °/ RIO %oc — 纤维素 %灰分 %纸浆产 率
92. 80785. 940. 0298. 5698. 1098. 540. 0656.55
10本申请引用了一些出版物或专利以更充分地描述本发明所属领域 的技术现状。在允许时，则将这些出版物中的每一者的公开内容通过 引用并入本说明书中，就如同在本文中充分阐述一样。
词语"包含"在本文中以非限制性意义使用，且将是指"包括而 不限制或排除其它备选物"。
权利要求
1.使纤维质的纤维脱胶的方法，其包含以下步骤用包含介于约5％至约30％(v∶v)之间的氨水和介于约0.5％至3％(基于OD纤维)之间的过氧化氢的脱胶液体在介于约50℃至约200℃之间的温度下在约3∶1至约20∶1液体/固体(v/w)的稠度下处理所述纤维。
2. 权利要求l的方法，其中所述脱胶液体还包含氢氧化钾。
3. 权利要求1或2的方法，其中所述脱胶液体还包含蒽醌。
4. 权利要求1的方法，其中在脱胶之后回收所述脱胶液体并对) 进行处理以将其分离为在该工艺中再使用的氨物流和周体部分。
5. 权利要求4的方法，其中回收且处理所述固体部分以形成肥料
6. 权利要求1的方法，还包括漂白所述脱胶了的纤维以形成溶海 纸浆的步骤。
7. 权利要求1的方法，其中所述纤维质的纤维包含韧皮纤维植4 纤维。
8. 权利要求7的方法，其中所述韧皮纤维植物为大麻、亚麻、^ 麻、亚麻子、黄麻或苎麻中的一种。
9. 权利要求8的方法，其中所述韧皮纤维植物为大麻。
10. 权利要求8的方法，其中所述韧皮纤维植物为亚麻。
11. 权利要求8的方法，其中所述韧皮纤维植物为洋麻。
12. 权利要求l的方法，其中所述纤维质的纤维包含木纤维、谷4 秸秆纤维、多年生草纤维或豆科植物纤维。
13. 权利要求6的方法，其中所述漂白步骤包括ECF或TCF漂白〗骤。
14. 由韧皮纤维植物形成溶解纸浆的方法，包括以下步骤(a) 用包含氨和过氧化氢的脱胶液体将植物纤维制浆；(b) 回收并再循环步骤(a)的水性部分；(c) 回收浆化的纤维且将其漂白以生产溶解纸浆。
15. 权利要求14的方法，其中所述脱胶液体包含约5%至约30%(v:的氨水和介于约0. 5%至3%(基于OD纤维)之间的过氧化氢。
16. 权利要求14的方法，其中所述脱胶步骤在介于约5(TC至约20 。C之间的温度下在约3: 1至约20: 1液体/固体(v/w)的稠度下进行。
17. 权利要求13的方法，其中所述最终漂白步骤包括ECF或TC: 漂白工艺。
全文摘要
一种提高在形成溶解纸浆中所用的纤维质的纤维的品质的方法，其中纸浆的半纤维素含量通过用包括过氧化氢和氨的液体处理所述纤维来降低。
文档编号D21C11/00GK101688361SQ200880022247
公开日2010年3月31日 申请日期2008年5月23日 优先权日2007年5月23日
发明者K·罗, W·舒特 申请人:艾伯塔研究委员会公司