由纸浆组合物制备的制品的制作方法

由纸浆组合物制备的制品的制作方法【专利摘要】本发明的一个方面涉及一种由包含ARF纸浆的纸浆组合物制备的制品。在一个实施方案中，由农业可再生纤维（ARF）制备的纸浆组合物具有低κ数，并具有足以造纸的出乎意料的品质（例如高强度参数和高游离度）。在另一实施方案中，所述ARF纸浆具有60%或更高的ISO白度和足以造纸的出乎意料的品质（例如高强度参数和高游离度）。在另一实施方案中，所述ARF纸浆由包括使用高浓度的蒽醌（AQ）的制浆方法制备。【专利说明】由纸浆组合物制备的制品【
技术领域：
】[0001]本公开涉及由纸浆组合物制备的制品。【
背景技术：
】[0002]纸浆为通过从木材或非木材纤维源中以化学或机械方式分离纤维素纤维而制得的木质纤维素纤维材料。[0003]“制浆”通常指将本体纤维源材料还原至其组分纤维。用于制备纸浆的木材和其他植物材料通常含有三种主要组分(除了水之外):纤维素纤维(造纸所需)、木质素(将纤维素纤维粘结在一起的三维聚合物)和半纤维素(较短的支化碳水化合物聚合物)。制浆的目的是将纤维源(其为小木片、茎杆或其他植物部分)的本体结构分解成组成纤维。[0004]化学制浆通过如下方式实现此:将木质素降解成小的水溶性分子，该小的水溶性分子可从纤维素或半纤维素纤维中洗去而不使纤维素或半纤维素纤维解聚。使纤维素解聚弱化纤维，并降低所获得的纸浆的强度。尽管纸浆中的木质素可提高强度，具有高的脱木质化程度的纸浆可使漂白过程容易。[0005]通常，在不使用多个脱木质化过程的情况下和/或无不可接受地破坏或弱化纸浆中的纤维素的情况下，现有的纸浆方法不提供K(Kappa)足够降低的纸浆。因此，需要一种改进的制浆方法，其可获得具有所需特性的纸浆，并同时消除目前技术中所需的步骤中的许多步骤。[0006]另外，农业可再生纤维(ARF)是使用木材作为纤维源的一种环境友好的替代方案。ARF代表非木材纤维的经济上有前途的来源。然而，由于农业残余物的易碎性质，目前市场上可得的ARF纸浆对于许多工业用途(例如制造印刷书写级纸张)不具有足够的强度。因此，需要用于制备制品的高品质的一致的ARF纸浆，其可替代由木材纤维制得的纸浆。【
发明内容】[0007]本公开的一个方面涉及一种由包含ARF纸浆的纸浆组合物制备的制品。[0008]在一个实施方案中，所述ARF纸浆具有约15或更低的未漂白κ数(Kappanumber)和足以造纸的强度参数。[0009]在另一实施方案中，ARF纸浆由这样的制浆方法制得，该制浆方法包括以足以形成第一纸浆的蒸煮(cook)时间和蒸煮条件蒸煮包含纤维、水、碱和脱木质化选择性提高化学品的第一混合物，所述第一纸浆具有约15或更低的所需K数和足以造纸的强度参数。【专利附图】【附图说明】[0010]图1:对于高H-因子和低H-因子处理，用于蒸煮处理中的蒽醌(AQ)浓度对所获得的纸浆的K数的影响。[0011]图2:根据本公开的一个实施方案的制浆方法的流程图。【具体实施方式】[0012]本公开的一个方面涉及由包含ARF纸浆的纸浆组合物制备的制品。[0013]由包含ARF纸浆的纸浆组合物制备的制品的例子包括但不限于薄纸、印刷书写纸、通信纸、漂白纸板、食物接触包装纸(如0GR、漂白包装纸(bleachedpackaginggrades)、液体包装纸)、更不寻常的纸(如湿强度纸和剥离衬垫)、再生挂面纸板和模制包装女口广叩ο[0014]ARF纸浆可为漂白的或未漂白的纸浆。由包含漂白的ARF纸浆的纸浆组合物制备的制品的例子包括但不限于薄纸、印刷书写纸、通信纸、漂白纸板、食物接触包装纸(如耐油脂纸(oilandgreaseresistant“OGR”)漂白包装纸、液体包装纸)和更不寻常的纸(如湿强度纸和剥离衬垫)。由包含未漂白的ARF纸浆的纸浆组合物制备的制品的例子包括但不限于再生挂面纸板和模制包装产品。在某些实施方案中，漂白的或未漂白的ARF纸浆的使用可改善制品的性能。[0015]ARF包括获自农业生产的纤维。ARF的例子包括但不限于蔗渣、小麦秸杆、稻杆、玉米秸杆(茎、叶和壳)、大豆残余物、椰子组织、棉杆、葵篮、洋麻、工业大麻、种子亚麻杆、纺织物亚麻杆、剑麻、晚芦荟(hesperaloe)、黑麦草和它们的混合物。在一个实施方案中，ARF为蔗渣或玉米秸杆。[0016]本文公开的ARF纸浆显示出优异的粘结特性。尽管ARF纸浆中的纤维通常为短纤维，但由于优异的粘结特性，该纤维出乎意料地表现得更像长纤维，显示出类似于硬木纤维的物理尺寸，并具有使得它们部分(如果不是完全的话)替代北方漂白软木牛皮纸浆(NBSK)等的强度。这些粘结特性产生突出的最终纸片材强度以满足如今的高要求订货规格。该片材强度使用木材纤维所需的通常的精制能量的一部分来实现，这是薄纸应用和需要精制木纸浆来产生强度的其他应用的显著成本节约。在某些实施方案中，每毫克的纤维支数为19，000。[0017]满足北美优质规格的优质级卫生纸已通过直接用ARF纸浆代替最少量的NBSK而并进行任何进一步的精制而制得。[0018]在一个实施方案中，所述ARF纸浆具有约15或更低的未漂白κ数和足以造纸的强度参数。[0019]K数反映了硬度、可漂白性或纸浆的脱木质化的程度。通常，K数为约5或更低的纸浆可由二氧化氯(无元素氯(ECF)技术)或在无氯化合物(完全无氯(TCF)技术)的情况下漂白，以提供具有所需白度(例如小于50%的ISO白度、约60%或更高、约70%或更高、约80%或更高、约84%或更高、约88%或更高、约80至约90%、或约90%或更高的ISO白度)。通常，需要花费超过一个制浆步骤(有时称为蒸煮或脱木质化)来降低K数而同时保持纸浆的强度参数。具有更高K数的纸浆将使得ECF或TCF漂白困难，从而需要氧脱木质化和/或臭氧，和/或多得多的过氧化物。或者，具有更高K数的纸浆可由氯漂白。因此，具有足够低的K数和足够高的强度参数的ARF纸浆是本领域所需的。[0020]本领域已开发测量脱木质化程度的许多方法，但大多数为高锰酸盐测试的变型。当量高锰酸盐测试可提供高锰酸盐或“K数”，其为在指定条件下由I克烘箱干燥的纸浆所消耗的十分之一当量(0.1N)高锰酸钾溶液的立方厘米数。例如，其可通过TAPPI标准测试Τ-236测定。可接受的K数范围将取决于纸浆的预期用途而不同(例如，棕纸板的K数要求可为约50至约90，而白纸浆的要求可小于5)。[0021]断裂长度(tensile)、撕裂指数(tearindex)和耐破指数(burstindex)为待用于制造制品(例如纸料或纸产品)的纸浆的强度参数的例子。通常，需要较高的纸浆强度参数来提供由其制得的制品的较高强度。相比于获自非木材纤维(例如ARF，如蔗渣)的纸浆，获自木材纤维的纸浆通常显示具有更好的强度参数。然而，本文公开的纸浆组合物的强度参数中的一些(例如断裂长度)出乎意料地类似于或优于由木材制得的纸浆的那些(参见例如实施例9，表2)。[0022]足以造纸的纸浆的强度参数的例子包括但不限于至少约5.50km的断裂长度、至少约6.0OmN.m2/g的撕裂指数、至少约3.0OkPa.m2/g的耐破指数以及它们的组合。[0023]在某些实施方案中，纸浆组合物具有约15或更低、约10或更低\或约5或更低的K数。[0024]在某些实施方案中，纸浆组合物也具有高游离度(freeness)。[0025]本文所用的术语“游离度”指“纸浆游离度”，是指纸浆的滤水速率，或纸浆排出其水的自由程度。游离度在造纸中的重要性在于，如果游离度过低，则不可能在造纸机上去除足够的水而获得良好的片材结构和强度。通常，机械纸浆由于施加至原料的苛刻作用而具有低游离度，该苛刻作用产生堵塞滤水纸垫的细小纤维(fines)和粒子。使用全茎杆(韧皮和芯)非木材纤维源材料的许多化学制浆处理具有由于芯部的特性而导致的差游离度的问题。[0026]一些实施方案不遭受现有技术处理的游离度问题。实际上，本文公开的一些ARF纸浆具有高游离度。该游离度比常规非木材纸浆高得多，从而消除了关于替代基于木材的纸衆时在造纸机上的台容量(tablecapacity)的问题。如本文所用，术语“高游离度”意在指至少约400mLCSF和以上的游离度。[0027]在某些实施方案中，本文公开的ARF纸浆具有至少约400、425、450、475、500、525或550mLCSF的游离度。[0028]在某些实施方案中，ARF纸浆具有约60%或更高的ISO白度和足以造纸的强度参数。[0029]存在许多测量纸浆白度的方法。该参数通常为反射率的量度，且其值通常表示为某种标度的百分比。在本文使用国际标准组织(InternationalStandardsOrganization,ISO)白度测试。在某些实施方案中，本公开的ARF纸浆具有小于50%的ISO白度。在某些实施方案中，本公开的ARF纸浆应该具有约60%或更高的ISO白度(适合用于制造印刷书写级纸)。[0030]在某些实施方案中，ARF纸浆具有约60%或更高、约70%或更高、约80%或更高、约84%或更高、约88%或更高、约80至约90%、或约90%或更高的ISO白度。[0031]在另一实施方案中，ARF纸浆由这样的制浆方法制得，该制浆方法包括以足以形成第一纸浆的蒸煮时间和蒸煮条件蒸煮包含ARF纤维、水、碱和脱木质化选择性提高化学品的第一混合物，所述第一纸浆具有约15或更低的所需K数和足以造纸的强度参数。蒸煮步骤可包括单个蒸煮步骤以获得所需纸浆。[0032]在一个实施方案中，在所述制浆方法中所用的纤维为ARF。在另一实施方案中，ARF为蔗渣或玉米秸杆。在另一实施方案中，在所述制浆方法中所用的纤维为木材纤维，例如硬木纤维或软木纤维。[0033]足以造纸的强度参数的例子包括但不限于至少约5.50km的断裂长度、至少约6.0OmN.m2/g的撕裂指数、至少约3.0OkPa.m2/g的耐破指数,其中在蒸煮之前原料具有约60或更高的K数，以及它们的组合。[0034]在所述第一混合物中的碱的浓度可为纤维进料(烘箱干燥)的约10重量％至30重量％、约15重量％至约25重量％、约20重量％至约22重量％、约20重量％至约22.5重量％、约20重量％、约21重量％、约22重量％、约22.5重量％、约24重量％、或约27重量％。碱的例子不限于氢氧化钠或氢氧化钾，其也可含有硫化学。如本文所用，“0D”和“0.D.”为烘箱干燥。合适的碱添加剂的其他例子包括氨和乙醇胺或其衍生物。[0035]脱木质化选择性提高化学品的例子包括但不限于蒽醌(AQ)或其衍生物。第一混合物中AQ或其衍生物的浓度可为OD纤维进料的约0.2重量％至约1.0重量％、至少约0.1重量％、至少约0.17重量％、至少约0.2重量％、至少约0.25重量％、至少约0.27重量％、至少约0.3重量％、至少约0.35重量％、至少约0.4重量％、至少约0.45重量％、至少约0.5重量％、至少约0.55重量％、至少约0.6重量％、至少约0.65重量％、至少约0.7重量％、至少约0.75重量％、至少约0.8重量％、或至少约0.85重量％。[0036]第一混合物的液体/干燥纤维比(L/W)为相比于完全干燥的纤维的总液体量，例如施用至单位重量的烘箱干燥的蒸煮器(digester)进料的液体重量。其包括蒸煮涉及的所有液体，并可为约4、5、6、7、8或9至约10、约7或约8。[0037]本文用于指代“反应稠度”、“混合物稠度”和“纸浆稠度”的术语“稠度”表示反应混合物、混合物或纸浆浆料的百分比(％)固形物，例如在纸浆/水浆料中的纤维(通常为纸浆而非粗纤维)的重量％。[0038]蒸煮条件可为在蒸煮温度和蒸煮压力下。蒸煮温度可为约120°C至约200°C、约150°C至约190°C、或约165°C至约185°C、约175°C、低于约175°C、不高于175°C、约165°C、低于约165°C、或不高于165°C。蒸煮压力可为约60psi/g至约150psi/g、120psi/g至约150psi/g、或约130psig至约140psig。[0039]在蒸煮条件下足以形成第一纸浆的蒸煮时间取决于条件，并且在最高蒸煮温度下可为约15分钟至约180分钟、约15分钟至约120分钟、约15分钟至约90分钟、约30至约90分钟、约30至约60分钟、约53分钟、约50分钟、约40分钟、约35分钟、或约34分钟。[0040]在某些实施方案中，在第一蒸煮时间过程中将第一混合物从较低的温度加热至所需温度，并在所需温度下保持达到第二蒸煮时间。例如，所需温度可为约90°C至约200°C、约120°C至约200°C、约150°C至约190°C、或约165°C至约185°C、约185°C、约175°C、或约165°C。较低的温度可为约室温、约90°C、约120°C、约150°C、或约165°C。第一蒸煮时间可为约I分钟至约120分钟、约I分钟至约90分钟、约I分钟至约60分钟、约5分钟至约120分钟、约5分钟至约90分钟、约5分钟至约60分钟、或约60分钟。第二蒸煮时间可为约15分钟至约180分钟、约15分钟至约120分钟、约15分钟至约90分钟、约30至约90分钟、约30至约60分钟、约53分钟、约50分钟、约40分钟、约35分钟、或约34分钟。在某些实施方案中，蒸煮条件为在约130psi/g至约140psi/g的蒸煮压力下，且所需温度为约175°C。较低的温度为约90°C，第一蒸煮时间为60分钟，且第二蒸煮时间为约40分钟。[0041]在某些实施方案中，蒸煮温度为约120°C至约200°C，蒸煮时间为约15、20或30至约45、50、60、70、80或90分钟。在某些实施方案中，蒸煮温度为约150°C至约190°C，且蒸煮时间为约30至60分钟。在某些实施方案中，蒸煮温度为约165°C至约185°C，且蒸煮时间为约35至约45分钟。[0042]在某些实施方案中，第一混合物的温度降低至在所需温度下的蒸煮器模拟。例如，具有除了ARF之外的第一混合物的每种成分的第二混合物可在所需温度下制得，然后将ARF添加至第二混合物中以形成第一混合物。在所需温度下的蒸煮时间可为约15分钟至约180分钟、约15分钟至约120分钟、约15分钟至约90分钟、约30至约90分钟、约30至约60分钟、约53分钟、约50分钟、约40分钟、约35分钟、或约34分钟。[0043]在现有技术中，由第一蒸煮步骤制得的纸浆通常具有更高的K数，或者已损坏或破坏纤维素的所需性质。例如，由本领域已知的蔗渣制得的纸浆具有约20或更高的K数。这种纸浆必须进一步脱木质化以降低K数(例如氧气脱木质化和/或臭氧处理)，和/或通过氯漂白。这种脱木质化和/或氯处理有可能损害所获得的纸浆的强度和其他参数以及增加过程成本。[0044]第一纸浆的K数为约5或更低、约7或更低、约10或更低、或约15或更低。κ数为5或更低的第一纸浆可由TCF或ECF漂白，以获得适于制备具有所需白度(例如小于50%、约60%或更高、约70%或更高、约80%或更高、约84%或更高、约88%或更高、约80至约90%、或约90%或更高的ISO白度)的纸张的纸浆。[0045]在某些实施方案中，第一纸浆的K数随着应用于蒸煮处理的AQ的量的增加而减小(图1)。[0046]H-因子表示木质素溶解的相对速度。其取决于蒸煮时间和温度。由于脱木质化的温度依赖性，H-因子对温度的依赖性极强。甚至蒸煮温度的几度的差异也可产生纸浆品质的显著差异。已对H-因子进行了限定，使得在100°C中I小时等同于H-因子I。通常，蒸煮处理中较高的H-因子更有可能提供第一纸浆的较高的K数。[0047]H-因子可由t1011Sf4a_f.^____IW%^Ιτ|βι_I[0048]H=JeTcltAw[0049]计算，其中t为时间，T为温度(开氏度)。[0050]在某些实施方案中，制浆处理在约20或更高、约50或更高、约100或更高、约200或更高、约300或更高、约400或更高、约1000或更高、约200，约300，约400，约1000，约1100或更高、约1400或更高、约1700或更高、约2000或更高、约2500或更高、约3000或更高、约2000至约3000的H-因子下进行。[0051]在另一实施方案中，蒸煮条件为加压蒸煮条件。制浆方法还包括在将第一纸浆从加压蒸煮条件释放之前，将第一纸浆冷却至低于其沸点。被释放至大气压而仍高于稀黑液(weakblackliquor)的沸点的碱性基质中的纤维素纤维将遭受损坏。损坏可能是严重的。为了避免这种损坏，在从加压蒸煮条件释放第一纸浆之前，可将第一纸浆冷却至约70至约950C的温度范围内。在某些实施方案中，在从加压蒸煮条件释放第一纸浆之前，将喷放管线(blowline)冷却至低于其沸点。在某些实施方案中,在从加压蒸煮条件释放第一纸衆之前，用冷却洗涤水稀释第一纸浆以将其温度降低至低于其沸点。[0052]在另一实施方案中，制浆方法还包括清洁步骤。在清洁步骤中，从将纤维添加至第一混合物之前的纤维中、从第一混合物中、或从制浆处理的一个或多个步骤之后获得的纸浆(例如第一纸浆、经漂白的纸浆和/或获自漂白的每个阶段(例如螯合、富氧碱性过氧化物漂白)的纸浆)中去除不希望的材料(例如不希望的矿物材料、不希望的纤维素材料以及燃烧或部分燃烧的纤维)。[0053]不希望的矿物材料的例子包括但不限于岩石、砂石、锈、污垢、夹杂的金属、废物和极细的(硅酸盐)粒子。这些粒子可磨损设备、降低白度、影响游离度以及促成高的灰分含量。可从添加至第一混合物之前的纤维中、从第一混合物中和/或从纸浆中去除不希望的矿物材料。[0054]不希望的纤维素材料的例子包括但不限于木髓(薄壁细胞和其他非纤维细胞)。不希望的纤维素材料具有极少的结构纸制造价值，但它们可用尽化学品并堵塞片材。不希望的纤维素材料可能难以从纸浆中去除。因此，需要从纤维中和/或从第一混合物中尽可能多地去除不希望的纤维素材料。[0055]燃烧或部分燃烧的蔗渣粒子的例子包括但不限于碳和焦炭。如果碳、焦炭和部分燃烧的蔗渣粒子的尺寸为微观的，则它们可降低最终纸浆白度。如果这些粒子较大，则它们将显示为灰尘。希望从添加至第一混合物之前的纤维中、从第一混合物中和/或从纸浆中去除这些粒子。[0056]粗纤维的清洁步骤可包括单个或多个清洁阶段。例如，在第一清洁阶段中，将轻柔的搅拌施加至粗纤维，以提供剪切并释放附在纤维上的木髓中的一些。[0057]在第二清洁阶段中，通过离心清洁器从粗纤维中去除岩石和粗砂石。[0058]在第三清洁阶段中，以在水中的第一清洁稠度混合粗纤维持续第一清洁时间，以形成第一清洁混合物，然后用第一清洁筛过滤。任选将轻柔的搅拌应用于混合步骤。第一清洁稠度可为低的至中等的，例如约0.5重量％至约10重量％、约I重量％或约2重量％。水可在约20°C至约100°C、约80°C至约100°C、或约60°C的温度下。第一清洁时间可为I分钟至约I小时、或约10分钟。任选地，可使用少量洗涤剂来加速润湿。第一清洁筛可为粗筛(约0.5cm或更大)。可将第一清洁混合物倾倒通过所述筛。通常去除保留在筛顶部的纤维，以防止形成厚层(厚度为约Icm或更小)。高很多的稠度和厚得多的层可阻止分离。[0059]用于第一纸浆的纤维纯化步骤涉及在称为洗涤的处理中分离消耗的化学品和溶解的非纸浆材料。洗涤也用于表示使用表面活性剂，然后用水冲洗，从而去除肉眼可见的小的不希望的粒子和尺寸为微观的那些粒子。清洁涉及从非期望的纤维和其他材料(如砂石、焦炭或使用称为筛和清洁器的系统在制浆步骤中未完全加工的材料)中分离所需的纤维。第一类处理设备的例子为转鼓真空洗涤器、洗浆压榨机和扩散洗涤单元。第二类处理设备的例子为压力纸浆筛和离心清洁器。[0060]另外，例如，可通过用清洁水主动冲洗纸浆而从纸浆中去除不希望的纤维素和/或矿物材料。在冲洗之前可任选地稀释纸浆以形成更低的稠度(例如约1.0%)。冲洗步骤可在具有筛网孔底板的箱中进行，其中不允许在网孔上形成的纸浆垫积聚。一旦开始在网孔上形成一层经洗涤的纸浆，就将其移出并保存。[0061]扩散洗涤器为在蒸煮条件下操作的多级扩散单元以改进洗涤效率。在某些实施方案中，扩散单元具有5个或更多个洗涤阶段。任选地，在每个洗涤步骤之后使用压力扩散器，以通过从不冷却该处理而允许能量降低。[0062]为了在清洁过程中获得良好的分离，优选保持在筛上形成的较薄的纸浆垫。在某些实施方案中，在从筛上移出纸浆垫之前，纸浆垫具有小于I英寸、或小于0.5英寸的厚度。筛上的孔的尺寸可为约1/8英寸、或约3/8英寸。[0063]任选地，在分离过程中，可振动筛。例如(但不限制于)，振动可为约0.1至约2英寸、约0.1至约I英寸、约0.1至约0.5英寸、约0.25至约0.5英寸。[0064]在某些实施方案中，在消化粗纤维之前，通过滴落至用于分离不希望的材料的筛上而清洁第一混合物或纸浆。粗纤维、第一混合物或纸浆以除了90°之外的角度滴落，以防止堵塞。所述角度可为约45°或更大。希望具有一致的倾倒速度以对筛供料，从而在整个筛表面上保持更平坦和一致的材料分布。[0065]在某些实施方案中，通过立式锤片粉碎机或通过圆筒筛而从粗纤维、第一混合物或纸浆中分离不希望的材料。这是将粗蔗渣准备用于装载至纸浆磨机的第一加工步骤，并称为半干法除髓。[0066]在另一实施方案中，制浆方法还包括漂白第一纸浆以提供漂白的纸浆。在某些实施方案中，纸浆组合物具有约60%或更高、约70%或更高、约80%或更高、约84%或更高、约88%或更高、约80至约90%，或约90%或更高的ISO白度。[0067]漂白步骤可涉及氯、二氧化氯(ECF技术)或无氯化合物(TCF技术)。漂白步骤包括一个或多个阶段。每个阶段可包括或不包括漂白剂。每个阶段可独立地进行或同时与另一阶段组合进行。任选地，在每个阶段之后进行清洁步骤(例如经由洗浆压榨机、扩散洗涤器或扩散片洗涤器)。例如，在C阶段，施加氯。在PO、Ep、P、Pl或P2阶段，施加过氧化氢。在E阶段，应用使用氢氧化钠的提取。在D、Dl或DlOO阶段，施加二氧化氯。在Eop阶段，施加氢氧化钠，并添加过氧化氢和少量氧气。在O阶段，施加氧气。在Q阶段，施加螯合剂以去除金属。在PO阶段，同时施加碱性过氧化物和氧以改善过氧化物效率。[0068]任选地，在每个反应阶段完成之后进行洗涤。[0069]螯合是用于保护在下一阶段中用作漂白化学品的过氧化物的步骤。螯合剂的例子包括但不限于乙二胺四乙酸(EDTA)、二亚乙基三胺五醋酸(DTPA)和二亚乙基三胺五亚甲基膦酸(DTPMPA)。在某些实施方案中，将待处理的纸浆的pH调节至4.0以去除钙和其他金属。在80°C或更高的螯合温度下用螯合剂(例如EDTA、DTPA)和酸(例如H2SO4)处理纸浆达10分钟至30分钟或更长的螯合时间。当使用DTPMPA时，不需要pH调节。所有螯合剂的目标主要为Mn，其导致过氧化氢的催化损失。化学品经由高剪切化学混合器或本领域已知的任何其他合适的设备/方法添加。在某些实施方案中，在螯合处理之前，将纸浆调节至约5至约30%、约10至约30%、约15至约20%、约10%、约15%、或约20%的稠度。在某些实施方案中，在进行下一阶段之前，洗涤获自螯合阶段的纸浆。洗涤可在洗浆压榨机中进行，该洗浆压榨机压制然后稀释并再压制纸浆以用于洗涤。洗涤可通过本领域已知的其他方法和设备进行。[0070]在某些实施方案中，例如若第一纸浆具有高于约5?15的K数，可首先将氯漂白方法应用于第一纸浆以将k值降低至低于约5?15(C阶段)，然后(如果需要)有害性较低的过氧化氢可替代次氯酸盐。例如，C/Eop/PO或C/Ep/PO漂白顺序可应用于取代现有技术顺序C/E/H或C/EOP/H或C/EP/H的漂白步骤。[0071]在某些实施方案中，第一纸浆具有约5-15或更低的K数，ECF或TCF方法是适用的。[0072]ECF方法包括选自D、D100、Dl、Ep、D、P0和Eop的一个或多个阶段。ECF意指使用至少一些二氧化氯。ECF中的“E”表示“元素”，意味着不使用氯气本身。这些取代了通常为C/E/H或其变体的更老的顺序。[0073]TCF方法通常包括选自Q、P、P0和O的一个或多个阶段。TCF中的“T”表示总共。TCF顺序也可包括多种其他化学，如臭氧“Z”、过乙酸、卡罗酸、亚硫酸氢钠等。[0074]在某些实施方案中，TCF方法包括Q阶段，之后为多个大气过氧化物阶段或者单个大气P阶段和之后的PO阶段。在Q阶段中，螯合使用0.5%的螯合剂和0.4%的H2SO4在80°C下如上所述进行30分钟，如果使用DTPMPA，则不使用H2SO4但应用相同的条件。在PO阶段中，漂白在单个极碱性过氧化物漂白阶段中完成，该阶段富含氧以改善过氧化物效率。大多数或甚至所有的白度增益可在Ρ/Ρ0阶段中实现。在某些实施方案中，在约120°C的温度下将纸浆(例如约5至约30%、约10至约30%、约15至约20%、约10%、约15%或约20%)与蒸汽、苛性碱(NaOH，干燥纸浆的约2.6重量％)、氧(60psi/g的压力)、过氧化氢(干燥纸浆的约6.0重量％至约9.0重量％、约6.0重量％或约7.0重量％)、硅酸钠(干燥纸浆的约4.0重量％)、硫酸镁(magsulfate)(干燥纸浆的约0.3重量％)混合约120分钟。该阶段可在高剪切纸浆/蒸汽/化学品混合物中，或本领域已知的任何其他合适的设备/方法中进行。漂白的纸浆的ISO白度为约60%或更高、约70%或更高、约80%或更高、约84%或更高、约88%或更高、约80至约90%、或约90%或更高。产率可为进料纤维的约90%或更高、进料纤维的约94%或更高、进料纤维的约95%或更高。[0075]在某些实施方案中，TCF方法具有Q/P1/Q/P2和Q/P1/P0和Q/P1/Q/P0，以及Q/P0的顺序，其中Q阶段和P和PO阶段与上述相同。在P和PO阶段中，在约80°C的温度下用苛性碱(NaOH，干燥纸浆的约0.7重量％)、过氧化氢(干燥纸浆的约1.0重量％)、硅酸钠(干燥纸浆的约4.0重量％)、硫酸镁(干燥纸浆的约0.3重量％)处理获自第一Q阶段的纸浆(任选经洗涤的，稠度为约5至约30%、约10至约30%、约15至约20%、约10%、约15%，或约20%)约30分钟，最终pH为约10.6。漂白的纸浆的ISO白度为约60%或更高。然后用另一Q阶段和如前所述的P2/P0阶段处理所获得的纸浆。[0076]在另一实施方案中，制浆方法如图2的流程图中所示进行。在蔗渣洗涤步骤中，蔗渣原料用白水(即获自造纸系统的工艺水，如获自如图所示的不同洗涤的工艺水)洗涤，以提供经洗涤的蔗渣(其用于蒸煮器步骤中的蒸煮)和蔗渣洗涤水流出物(其被引至排水管)，如上所述。在消化之后，将所得制浆混合物送往通过如上所述的不同洗涤方法的洗涤。将所获得的洗涤水流出物送往进一步的处理。将经洗涤的蔗渣如上所述进行螯合，如上所述进行洗涤，然后在漂白步骤中漂白。尽管图中仅显示一个漂白框，但可引入单个或多个漂白阶段，如上所述。在某些实施方案中，步骤之间的洗涤可为任选的。在漂白纸浆之后，将其进行洗涤、清洁以及干燥并捞出纸浆。[0077]实施例[0078]实施例1.耜.纤维的清洁[0079]蔗渣用作粗纤维的例子。首先在0.5%至2.0%的稠度下，在适度搅拌下，用热的清洁的水(水温在室温以上,约40°C或60°C)水合蔗渣10分钟。在Trammel筛中从纤维中分离木髓和砂石，Trammel筛为转鼓，其提升和滴落材料，并通过第1/8英寸的孔直至1/2"孔接收水和木髓。收集阻隔的材料并从筛上移除以防止积聚，并进行处置，在添加至制浆处理中之前干燥。取决于蔗渣原料的品质，洗涤产率为约80%或更高、或约85.9%。_0]实施例2.蔗渣的苏打AQ制衆[0081]在约175°C的最大温度下，以液体/干燥纤维比7(稠度为约12.5%)，用氢氧化钠(0D蔗渣的20重量％)和AQ(0D蔗渣的干重的0.3重量％)处理OD蔗渣(如实施例1所述进行清洁，K数为89)35或40分钟。达到最大温度的时间为60分钟。[0082]目标H-因子为1060、低至20、高至3000，并且制浆反应的温度为120°C至185°C。所获得的纸浆的K数为4.5。[0083]实施例3.纸浆的洗涤[0084]将获自实施例2的纸浆在压力扩散片洗涤器中洗涤，所述压力扩散片洗涤器特别设计为使用单个单元完成所有洗涤而不在纸浆中引入不希望的改变。选择洗涤水的温度以将纸浆温度冷却至约100°c、95°C、90°C、85°C、80°C或更低。输出物转到漂白步骤，并冷却至100°C或更低以防止闪蒸。[0085]实施例4.纸浆的螯合阶段(Q阶段)[0086]通过H2SO4(纸浆的干重的约0.4重量％)将获自实施例3的纸浆调节至15%的稠度和PH4，然后在80°C下用DTPA(纸浆的干重的0.5重量％)处理10分钟。在继续下一阶段之前在洗浆压榨机中洗涤所获得的纸浆。[0087]实施例5.纸浆的碱性过氧化物漂白(P2/P0阶段)[0088]将获自实施例4的经洗涤的纸浆调节至15%的稠度，并进行至P2/P0阶段。在高剪切纸浆/蒸汽/化学品混合物中在约120°C的温度下将纸浆(15%稠度)与蒸汽、苛性碱(NaOH，干燥纸浆的2.6重量％)、氧(60psig的压力)、过氧化氢(干燥纸浆的7.0重量％)、硅酸钠(干燥纸浆的约4.0重量％)、硫酸镁(干燥纸浆的约0.3重量％)混合约120分钟。漂白的纸浆的ISO白度为86%或更高，并至多为89.2。产率为进料纤维的约94%或更高。最终pH为10.2。[0089]实施例6.漂白的纸浆的清洁和干燥[0090]将获自实施例5的漂白的纸浆稀释至〈2%稠度，并通过离心清洁器处理以去除砂石、污垢粒子和其他灰尘和不希望的材料。这些清洁器在清洁器处具有20psig差异。在该阶段出现1%的产率损失。[0091]在清洁漂白的纸浆之后，在空气喷射干燥器中干燥之前将其成型为片材并压制成50%的干燥固体。最小干燥度为92%。将片材切削成所需尺寸，并堆叠成具有所需尺寸和重量的捆。将这些捆包装、系住并储存以用于运送。[0092]实施例7.获自实施例3的纸浆的ECF漂白[0093]对K数为5或更低的纸浆进行顺序为D100/E/D的ECF漂白。[0094]DlOO阶段(低pH，约2.4，ECF阶段用以将纸浆脱木质化):在0.25的k因子下在50°C下处理稠度为10%的纸浆60分钟。最终pH为2.5，残余氯为少至不可检测。[0095]Ep阶段:在80°C下用过氧化氢(干燥纸浆重量的0.50重量％至0.8重量％)处理获自DlOO阶段的纸浆60分钟。最终pH为10.5-11.0，所获得的纸浆的最终ISO白度为约80-82%。漂白的纸浆的粘度高。[0096]D阶段:在80°C下用二氧化氯(干燥纸浆重量的1.2重量％)处理获自Ep阶段的纸浆150分钟。最终pH为3.5-4.0，残余二氧化氯为0.05%，且漂白的纸浆的最终ISO白度为约89%。漂白的纸浆的粘度高。[0097]实施例8.获自实施例3的纸浆的TCF漂白[0098]对K数为5或更低的纸浆进行具有如下反应条件的顺序为Q/P/P0的TCF漂白。[0099]Q阶段:在80°C下用DTPMPA(干燥纸浆重量的0.5-0.7重量％)处理稠度为10%的纸浆30分钟。最终pH为7。[0100]P阶段:在85°C下用过氧化氢(干燥纸浆重量的2.0重量％)、氢氧化钠(干燥纸浆重量的1.0-1.1重量％)、DTPMPA(干燥纸浆重量的0.25重量％)、MgSO4(干燥纸浆重量的0.60重量％)、NaSi03(干燥纸浆重量的0.50重量％)处理获自Q阶段的纸浆60分钟。最终pH为10.5-11.0，所获得的纸浆的最终ISO白度为约80%。残余物为约0.05%。漂白的纸浆的粘度高。[0101]PO阶段:在120°C下用过氧化氢(干燥纸浆重量的5重量％)、DTPMPA(干燥纸浆重量的0.25重量％)、MgS04(干燥纸浆重量的0.60重量％)、NaSi03(干燥纸浆重量的0.50重量％)处理获自P阶段的纸浆120分钟。漂白的纸浆的最终ISO白度可为88.00%ο漂白的纸浆的粘度高。[0102]实施例9.由蔗渣制得的纸浆产品的基准强度[0103]I)蔗渣原料的清洁[0104]通过如实施例1所述的相同工序清洁蔗渣#11，不同的是使用3/8〃筛而非1/8〃筛。[0105]II)蒸煮[0106]在约165°C的最大温度下，在液体/干燥纤维比8.0(稠度为约12%)下，用氢氧化钠(0D蔗渣的22重量％)和AQ(0D蔗渣的干重的0.2重量％)处理经清洁的蔗渣35分钟。从90°C达到最大温度的时间为60分钟。[0107]目标H-因子为452。经筛分和快速干燥的纸浆的K数为5.0，蒸煮产率为56.8%，经筛分的纸浆的产率为55.8%，总阻隔物为1.0%(+0.010〃)，纸浆的粘度为44.0mPa.S。[0108]通过首先将纸浆稀释至1.0%的稠度，然后在具有筛网孔底板的箱中冲洗纸浆而获得的纸浆为经箱洗涤(box-washed)的纸浆，其中不允许在网孔上形成的纸浆垫累积物超过I英寸。一旦经洗涤的纸浆的层开始在网孔上形成，就将其移出并保存以用于处理的下一步骤。[0109]III)漂白[0110]通过DIOO/Ep/Dl的ECF顺序漂白经洗涤的纸浆，以提供经箱洗涤的纸浆A4420-1-D1。通过Q/P1/P0的TCF顺序漂白复制的经洗涤的纸浆样品，以提供经箱洗涤的纸浆A4420-2-P0。[0111]使用如下条件进行DIOO/Ep/Dl的ECF顺序:[0112]D100阶段:使用0.25的k因子，在50°C下用ClO2(以Cl2计为1.15%)处理稠度为10%的纸浆60分钟。最终pH为2.0，残余氯为0.02g/L(以可用的Cl2计)。[0113]Ep阶段:在80°C下用过氧化氢(干燥纸浆重量的0.5重量％)、Na0H(干燥纸浆重量的0.7重量％)和MgSO4(干燥纸浆重量的0.1重量％)处理获自DlOO阶段的纸浆60分钟。最终pH为11.2，所获得的纸浆的最终ISO白度为约75.6%。漂白的粘度恰好是21.4mPa.s[0114]D阶段:在80°C下用二氧化氯(干燥纸浆重量的1.5至1.7重量％)和NaOH(干燥纸浆重量的0.70重量％)处理获自Ep阶段的纸浆150分钟。最终pH为4，残余二氧化氯为0.09%，且漂白的纸浆的最终ISO白度为约88.4%。[0115]使用如下条件进行Q/P0的TCF顺序。[0116]Q阶段:在80°C下用DTPMPA(干燥纸浆重量的0.5重量％)处理稠度为10%的纸浆30分钟。最终pH为6.6。[0117]Pl阶段。在85°C下用过氧化氢(干燥纸浆的2.0重量％)、氢氧化钠(干燥纸浆的1.1重量％)、DTPMPA(干燥纸浆的0.5重量％)、硫酸镁(干燥纸浆的0.6重量％)、硅酸钠(干燥纸浆的1.0重量％)处理获自Q阶段的纸浆60分钟。最终pH为11.2，且纸浆的ISO白度为约67.7%。残余过氧化物为1.25%。[0118]PO阶段:在120°C下用过氧化氢(干燥纸浆重量的6.0重量％)、氢氧化钠(干燥纸浆重量的2.8重量％)、DTPMPA(干燥纸浆重量的0.5重量％)、MgS04(干燥纸浆重量的0.60重量％)、NaSiO3(干燥纸浆重量的3.0重量％)处理获自Pl阶段的纸浆达120分钟。最终PH为11.2，所获得的纸浆的最终ISO白度为约86%。残余过氧化氢为约0.39%。[0119]表1示出了经箱洗涤的纸浆A4420-1-D1(纸浆9-1)和经箱洗涤的纸浆A4420-2-PO(纸浆9-2)的K数和ISO白度。[0120]表1:纸浆9-1和纸浆9-2的K数和ISO白度[0121]【权利要求】1.一种由纸浆组合物制备的制品，所述纸浆组合物包含来自农业可再生纤维源的纤维，其中所述纸浆组合物为未漂白的，并且具有约15或更低的K数、高游离度、至少约5.50km的断裂长度、至少约6.0OmN.m2/g的撕裂指数和至少约3.0OkPa.m2/g的耐破指数。2.根据权利要求1所述的制品，所述制品选自薄纸、印刷书写纸、通信纸、漂白纸板、食物接触包装纸、OGR、漂白包装纸、液体包装纸、湿强度纸、剥离衬垫、再生挂面纸板和模制包装产品。3.根据权利要求1所述的制品，其中所述K数为约10或更低。4.根据权利要求1所述的制品，其中所述K数为约5或更低。5.根据权利要求1所述的制品，其中所述农业可再生纤维源为蔗渣或玉米秸杆。6.根据权利要求2所述的制品，其中所述农业可再生纤维源为蔗渣或玉米秸杆。7.根据权利要求3所述的制品，其中所述农业可再生纤维源为蔗渣或玉米秸杆。8.一种由纸浆组合物制备的制品，所述纸浆组合物包含来自农业可再生纤维源的纤维，其中所述纸浆组合物具有约15或更低的未漂白K数、高游离度和足以造纸的强度参数。9.根据权利要求8所述的制品，其中所述纸浆组合物具有至少约5.50km的断裂长度、至少约6.0OmN.m2/g的撕裂指数和至少约3.0OkPa.m2/g的耐破指数。10.根据权利要求8所述的制品，其中所述ISO白度为小于50%的ISO。11.根据权利要求8所述的制品，其中所述ISO白度为约70%或更高。12.根据权利要求8所述的制品，其中所述ISO白度为约80%或更高。13.根据权利要求9所述的制品，其中所述ISO白度为约80%或更高。14.根据权利要求8所述的制品，其中所述ISO白度为约88%或更高。15.根据权利要求9所述的制品，其中所述ISO白度为约88%或更高。16.根据权利要求8所述的制品，其中所述ISO白度为约90%或更高。17.根据权利要求9所述的制品，其中所述ISO白度为约90%或更高。18.根据权利要求8所述的制品，其中所述农业可再生纤维为蔗渣或玉米秸杆。19.根据权利要求9所述的制品，其中所述农业可再生纤维为蔗渣或玉米秸杆。20.根据权利要求13所述的制品，其中所述农业可再生纤维为蔗渣或玉米秸杆。21.根据权利要求15所述的制品，其中所述农业可再生纤维为蔗渣或玉米秸杆。22.根据权利要求18所述的制品，其中所述农业可再生纤维为蔗渣或玉米秸杆。23.根据权利要求8所述的制品，所述制品选自薄纸、印刷书写纸、通信纸、漂白纸板、食物接触包装纸、0GR、漂白包装纸、液体包装纸、湿强度纸、剥离衬垫、再生挂面纸板和模制包装产品。24.根据权利要求9所述的制品，所述制品选自薄纸、印刷书写纸、通信纸、漂白纸板、食物接触包装纸、0GR、漂白包装纸、液体包装纸、湿强度纸、剥离衬垫、再生挂面纸板和模制包装产品。25.一种由纸浆组合物制备的制品，所述纸浆组合物包含农业可再生纤维纸浆，所述农业可再生纤维纸浆由包括如下的制浆方法制备:提供包含如下物质的反应产物的第一混合物:农业可再生纤维，水，浓度为干燥纤维的约0.1重量％或更高的蒽醌或其衍生物，和碱，其中所述混合物具有约4至约10的液体/干燥纤维比，和约60或更高的初始K数；以及在足以形成具有约15或更低的K数、高游离度和足以造纸的强度参数的第二混合物的蒸煮时间和蒸煮条件下使所述混合物反应。26.根据权利要求25所述的制品，其中所述足以造纸的强度参数选自至少约5.50km的断裂长度、至少约6.0OmN.m2/g的撕裂指数、至少约3.0OkPa.m2/g的耐破指数或它们的组合。27.根据权利要求26所述的制品，其中所述蒸煮条件和蒸煮时间提供约200或更高的H-因子。28.根据权利要求27所述的制品，其中所述H因子为约1000或更高。29.根据权利要求26所述的制品，其中所述第二混合物具有约10或更低的K数。30.根据权利要求26所述的制品，其中所述第二混合物具有约5或更低的K数。31.根据权利要求25所述的制品，其中所述农业可再生纤维包含蔗渣或玉米秸杆。32.根据权利要求26所述的制品，其中所述制浆方法还包括漂白所述第二混合物。33.根据权利要求25所述的制品，其中所述农业可再生纤维纸浆具有约60%或更高的ISO白度。34.根据权利要求25所述的制品，其中所述农业可再生纤维纸浆具有约70%或更高的ISO白度。35.根据权利要求25所述的制品，其中所述农业可再生纤维纸浆具有约80%或更高的ISO白度。36.根据权利要求25所述的制品，其中所述农业可再生纤维纸浆具有约85%或更高的ISO白度。37.根据权利要求25所述的制品，其中所述农业可再生纤维纸浆具有约90%或更高的ISO白度。【文档编号】D21C3/02GK103764904SQ201280042556【公开日】2014年4月30日申请日期:2012年8月30日优先权日:2011年8月30日【发明者】B·A·霍金斯,F·马丁申请人:嘉吉公司