專利名稱：由木料制備纖維材料的方法
由木料制備纖維材料的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種由含少量化學試劑的木質(zhì)纖維素原料制備纖維材料的 方法，本發(fā)明特別涉及一種制備含高木質(zhì)素含量的纖維材料的方法，例如按
質(zhì)素，該纖維材料大多具有所規(guī)定的強度特性。
已知多種制備含較高木質(zhì)素含量的纖維材料的方法，其含大于15%的針 葉木木質(zhì)素和大于12%的闊葉木木質(zhì)素。其產(chǎn)率4姿所用原料計為70%或更 大。這些方法是基于對木材進行化學和/或機械分解。
在對木材進行機械纖維化時，在蒸汽預處理前大多在磨碎機中分解成纖 維束。然后該纖維束通過另一研磨分離成單根纖維。其產(chǎn)率非常高，但所耗 的研磨能也很高。木質(zhì)纖維的強度甚至經(jīng)研磨后也非常低，因為該纖維含大 量天然木質(zhì)素并因此具有小的粘合能力。此外，通過才幾械碎成纖維使其受強 烈分解，這不利于其再循環(huán)可能性。
在對木材進行化學分解時，化學試劑大多在高壓和高溫下對木材起作 用。適于高產(chǎn)率-纖維材料的典型方法稱為NSSC-法(Semichemical Pulping for Corrugating Grades, S。 130 ff; in Pulp and Paper Manufature， 3rd Edition, Vol, 4， Sulfite Science and Technology-ISBN 0-919893-04-X)。在該方法的分解溶液 中，除使用亞硫酸鈉外還總使用堿性成分通常為碳酸鈉。但也可對另一些方 法如硫酸鹽-法或蘇打-法進行改性，以制備高收率-纖維材料(見"Choosing best brightening process" , N. liebergott und T. Joachimides, Pulp & Paper Canada, Vo. 80, No. 12， December 1979)。如果起始使用的木料的分解應限制 于最大30%，則所需和使用的化學試劑比制備應完全釋出木質(zhì)素的纖維素時 要少得多。為制備高收率-纖維材料，該化學試劑量的加入與所需產(chǎn)率有關。 為達按otro木料投料計的約70%的產(chǎn)率，在現(xiàn)有技術中建議使用按原料計達 10%的化學試劑。在全纖維素情況下，該化學試劑的加入按otro木料計常為 30%或更高。
化學試劑決定了方法成本，即要盡可能節(jié)約使用。CTMP-纖維素材料通 常用3—5%的化學試劑量制備。在已知的用于制備高產(chǎn)率-纖維素材料的工
5業(yè)用方法如NSSC-法中，使用按原料計的達10%的化學試劑。在如此限量使 用化學試劑的情現(xiàn)下，尚未設置化學試劑回收裝置。雖然較少的化學試劑量， 但這種纖維素材料的制備還導致了很大的環(huán)境負擔特別是對河流的影響，這 不僅是由于化學試劑的流入而且主要由于排入排水渠的有機物。
就成本而言，要說明的是，在機械制備的纖維素材料情況下，很高的能
量價格要加在制造成本中。在化學制備的高收率-纖維素材料情況下，生產(chǎn) 成本中含有損失的化學試劑的成本。
高產(chǎn)率-纖維材料為目前的應用目的要經(jīng)高研磨度磨碎。就此達到合格 的強度水平。約300 ml CSF (加拿大標準游離度)，也為41。SR (Schopper-Riegler, s.u.)，和500 ml,也為26 。SR認為是高研磨度，如在 "Choosing the best brightening process" ， N. Liebergott und T. Joachimides, Pulp & Paper Canada, Vo. 80, No. 12, December 1979中對由針形木料制備高 產(chǎn)率-纖維材料所描述的。高研磨度可通過使用機械能實觀。該纖維彼此相 互磨碎或在研磨機或研磨頭上磨碎，由此將其表面特性變?yōu)檩^好的粘合性。 該高研磨度不是本身目的。更多是基于對纖維的強度特性的要求。
以機械和/或化學方法制備的高產(chǎn)率纖維材料特別是用于非絕對需要高 的最終白度和高白度要求的場合。如果該強度水平可提高，其還可擴展到大 量其它使用領域。
本發(fā)明的目的是提供一種用于制備纖維材料的方法，用此方法可經(jīng)濟地 制備高強度的纖維材料。
該目的是通過一種由木質(zhì)纖維素原料制備纖維材料的方法實現(xiàn)的，該方 法有下列步驟
-制備含小于25。/。亞硫酸鹽(按S03計)的化學試劑溶液，其按所用木料 的otro量計，
-以規(guī)定的漂浮比使該化學試劑溶液與木料相混合，
-將化學試劑溶液和木料加熱到高于室溫，并接著(第一方案)即
-去除自由流動的化學試劑溶液，和
-在蒸汽相中分解木料，或(第二方案)即
-在有液相的化學試劑溶液存在下分解木料，和
-分離自由流動的化學試劑溶液和木料。
本發(fā)明的方法基于使用最少的化學試劑以制備高產(chǎn)率-纖維材料。盡管少的化學試劑使用量，但本發(fā)明方法可得到具有優(yōu)良產(chǎn)率和優(yōu)異強度特性的 纖維材料。如對按本發(fā)明方法的優(yōu)選方案制備的針葉木料-纖維材料，在研
磨度為12 。SR—15 。SR時其斷裂長度大于8 km，但也可為大于9 km和大于 10 km。如對按本發(fā)明方法的優(yōu)選方案制備的闊葉木料-纖維材料，在為20 。SR時其斷裂長度大于5km，但也可為大于6km和大于7km。由此達到所 需的高強度水平。
在DE 102006027006所述的認為是最新現(xiàn)有技術的方法中，人們的觀點 是，那里產(chǎn)生的高產(chǎn)率-纖維材料的質(zhì)量要歸因于高的化學試劑使用量，即 對針葉木料為大于10%(按NaOH計)，對闊葉木料為大于7%按NaOH計)。 但實驗表明，如果使用小得多的亞硫酸鹽和妖果不使用堿如NaOH或Na2C03 也可制備同樣質(zhì)量的纖維材料。與DE 102006027006中的方法相比，在本發(fā) 明方法中的亞硫酸鹽用量可減少10—50%,在大多情況下，減少20-40%， 通常減少25—35%。由此一方面在工藝成本上有大的改進。另一方面本發(fā)明 方法的運行對環(huán)境格外有利，因為總到來說使用最少量的化學試劑，以產(chǎn)生 特別優(yōu)質(zhì)和可廣泛應用的纖維材料。此外，該方法的閉合循環(huán)僅需小的和因 此是特別經(jīng)濟和環(huán)境友好的化學試劑的再處理。
按一個優(yōu)選實施方案，本發(fā)明方法可用于制備高產(chǎn)率-纖維材料。對含 大于15%的木質(zhì)素含量的針葉木-纖維材料和大于12%的木質(zhì)素含量的闊葉 木-纖維材料至今未知這種高的強度值。但對含還要更高的木質(zhì)素含量的纖 維素材料也可保持該高強度水平。本發(fā)明方法也適于制備按otro纖維物料計 大于17%,優(yōu)選大于19%，有利的是大于21%的木質(zhì)素含量的針葉木料-纖 維材料。同樣也可用本發(fā)明方法制備木質(zhì)素含量大于14%,優(yōu)選大于16。/。， 特別優(yōu)選大于18%的闊葉木料-纖維材料，并表明有高的強度水平。
上述優(yōu)點也完全適用于這種高產(chǎn)率-纖維材料。本發(fā)明方法的特別優(yōu)點 是在極低的研磨度下已可達如至今對高產(chǎn)率-纖維材料所不可具有的強度 值?，F(xiàn)有技術的纖維材料在針葉木料的研磨度為12 。SR—15 °SR時或在闊葉 木料的研磨度為20 。SR時未表明有合格的強度水平。至今已知的纖維材料 在此低研磨度下產(chǎn)生的纖維不具有足夠粘合能力并因此不能提供適于這種 纖維經(jīng)濟應用的足夠的強度特性。
相反，按本發(fā)明方法制備的纖維材料在研磨度為12 。SR—15 。SR時的 斷裂長度已大于8—11 km,按片重100 g/mH十的扯斷強度大于70 cN—大于110 cN。此外該小的研磨度可用低的比研磨能實現(xiàn)，對針葉木料小于350 kWh/t纖維材料，闊葉木料對研磨度的需要甚至小于250 kWh/t纖維材泮牛。 本發(fā)明的主要識知是在針葉木料的12 。SR—15 °SR的低研磨度和在闊葉木 料的20 。SR的低研磨度和低于此值下己達高的強i水平。
用于分解的化學試劑溶液的組成以適合于待分解的木料和所需的纖維 材料-特性決定。通常單使用亞硫酸鹽-成分。另外或為補充也可加硫化物-成組分。用硫酸鹽-成分分解不會受硫化物-成分存在的干擾。工業(yè)上大多使 用亞硫酸鈉，但也可應用亞硫酸銨或亞硫酸鉀或亞辟^酸氬鎂。
認知對本發(fā)明的高產(chǎn)率-分解使用醌-成分的優(yōu)點是有發(fā)明性的獨立業(yè) 績。醌-成分，特別是蒽醌至今用于制備含最少量木質(zhì)素含量的纖維，以防 止在近分解的終點時產(chǎn)生對碳水化物的有害侵蝕。通過加入醌-成分可4吏木 料繼續(xù)分解到接近木質(zhì)素的完全分解。這是至今未知的和末預料到的醌-成 分的特性，其明顯提高了在制備高產(chǎn)率-纖維時木質(zhì)素分解的速度。如在制 備針形木料-纖維材料時該分解的持續(xù)時間可縮短一半以上，依分解條件可 縮短3/4以上。該明顯的效果可使用最少量的醌實現(xiàn)。例如最佳是使用 0.005—0.5°/。的蒽醌。使用達1%的蒽醌也可達所需效應。使用大于3%的蒽 醌大多是不經(jīng)濟的。
由單種或多種上述化學試劑可制備化學試劑溶液。大多配制水溶液。作 為選擇也可使用或加入有機溶劑。醇特別是曱醇和乙醇與水混合可得到適于 制備優(yōu)質(zhì)的高產(chǎn)率-纖維材料的特別有效的化學試劑溶液。適于各種原料的 水和醇的混合比可用少量實驗最佳比。
本發(fā)明的方法可在寬的pH-值內(nèi)進行。堿性成分對酸成分的比或使用的 酸成分或堿成分比的調(diào)節(jié)要使開始的pH-值調(diào)節(jié)為6~11,優(yōu)選7—11，特別 優(yōu)選7.5—10。對本發(fā)明方法有利的4^性pH-值8—11也有助于醌-成分的作 用。本發(fā)明方法在pH-值方面是寬容的，需要少量化學試劑用于pH-調(diào)節(jié)。 這對化學試劑的成本是有利的。
例如對針形木料，在未另加酸或堿性成分調(diào)節(jié)下，在分解終點的自由流
8—10,大多為8.5—9.5。特別是木質(zhì)磺酸鹽屬此溶解的有機成分。
該漂浮比即otro木料或一年生植物對化學試劑溶液的用量比調(diào)節(jié)為 1:1.5—1:6。漂浮比優(yōu)選是1:3—1:5。在此范圍內(nèi)可確保待分解材料的充分及簡易混合和浸漬。對針形木料，漂浮比優(yōu)選為1:4。對有大表面的木料-碎片， 該漂浮比也可明顯較高，以可快速潤濕和浸漬。同時化學試劑溶液的濃度可 保持在要使循環(huán)的液體量不太大的程度。
木料碎片的混合或浸漬優(yōu)選在高溫下進行。將碎片和化學試劑溶液加熱 到ll(TC,優(yōu)選到120°C,特別優(yōu)選到13(TC可導致木料快速和均勻的分解。 碎片的混合和浸漬時間宜為30分鐘，優(yōu)選60分鐘，特別優(yōu)選90分鐘。各 最佳時間特別是與化學試劑量和漂浮比以及分解種類(液相或蒸汽相)有關。
用化學試劑溶液混合或浸漬的木質(zhì)纖維素材料的分解宜在120—190。C ， 優(yōu)選150—180。C下進行。對大多木料，其分解-溫度調(diào)節(jié)為155—170。C。也 可調(diào)節(jié)為更高或更低的溫度，但在該溫度范圍內(nèi)，加熱的能耗與分解的加速 在經(jīng)濟關系上是互相關聯(lián)的。此外，較高的溫度對纖維材料的強度、產(chǎn)率和 白度會產(chǎn)生不利影響。由高溫產(chǎn)生的壓力易通過蒸煮器的相應設計阻止。加 熱時間長短與蒸煮器的填料量有關，并且在小進料量即d、的漂浮比情況下僅 幾分鐘，大多達30分鐘，優(yōu)選達10分鐘，特別是在用蒸汽加熱時。如果在 液相中分解和該化學試劑溶液與碎片一起加熱，則加熱時間可達90分鐘， 優(yōu)選達60分鐘。
分解的時間長短的選擇主要與所需的纖維材料-特性有關。例如對含'J、 木質(zhì)素含量的闊葉木料的蒸汽相-分解，該分解的時間可短到2分鐘。但例 如分解溫度低和待分解的木料的天然木質(zhì)素含量高，該分解的時間也可達 180分鐘。如果分解的起始pH-值在中性范圍，則可能需長的分解時間。特 別是在針葉木料情況下，分解時間優(yōu)選達90分鐘。該分解時間特別優(yōu)選達 60分鐘，有利的是達30分鐘。達60分鐘的分解時間主要是針對闊葉木料。 使用醌-成分，特別是蒽醌可將分解時間減少到不加蒽醌情況的25%。如果 不使用醌-成分，為達相同的分解結(jié)果所需的分解時間要延長1小時以上， 例如從45分鐘延長到180分鐘。
按本發(fā)明的一個有利實施方案，該分解時間依所選的漂浮比調(diào)節(jié)。漂浮 比越小，則工藝時間可調(diào)到越短。
用于制備產(chǎn)率至少為70%到纖維材料的本發(fā)明待用的化學試劑用量對 針葉木料達25%亞硫酸鹽，對闊葉木料達18%亞硫酸鹽，其均按待分解的 otro木料量計。使對針葉木料和闊葉木料，制備的纖維材料的質(zhì)量有最好結(jié) 果的化學試劑用量對針葉木料和闊葉木料達15%亞硫酸鹽時有最好結(jié)果。按所用otro針葉木料計，優(yōu)選加達20%亞硫酸鹽，特別優(yōu)選達15%亞硫酸鹽。 對闊葉木料化學試劑使用量更低些，優(yōu)選達12%亞硫酸鹽，特別優(yōu)選達10% 亞硫酸鹽。為達到具有按本發(fā)明的高的強度特性，亞疏酸鹽-使用量按待分 解的木料量計需至少7°/0。
另一些實驗表明，在部分分解木質(zhì)纖維素原料時僅用去一部分化學試
而排出?；瘜W試劑的耗量低于加到分解-溶"^中的i::'
化學試劑耗量視為按原始使用的化學試劑的量計在分離化學試劑溶液 后測定的化學試劑量或需要時收集分解成纖維后的化學試劑溶液或與收集 的化學試劑溶液一起測定的化學試劑量。該化學試劑耗量與按待分解的otro 木材物料計的用于分解的化學試劑的絕對量有關。使用的分解化學試劑量越 高，化學試劑的直接反應就越低。按otro木材物料計使用25%的化學試劑時， 例如僅約耗去40%的所使用的化學試劑。但如實驗室試驗所證實的，按otro 木材物料計使用16%的化學試劑時卻耗去約40—50%所使用的化學試劑。
在分解時的亞硫酸鹽的消耗與起始-原料的木質(zhì)素含量有關。為制備噸 量級纖維材料，由木質(zhì)素分解和其它化學反應引起的化學試劑的耗量為
-對按otro原料計含大于25%木質(zhì)素含量的木質(zhì)纖維素原料，達13%亞 硫酸鹽(典型為針葉木料、大量闊葉木料)，
-對按otro原料計含20—25°/。木質(zhì)素含量的木質(zhì)纖維素原料，達10%亞 硫酸鹽(典型為一年生植物或合少量木質(zhì)素含量闊針木料如楊樹或歐洲山毛 櫸)，
-對按otro原料計含明顯低于20%的木質(zhì)素含量的木素纖維質(zhì)原料，分 解開始時所用的亞硫酸鹽的耗量也低于10%,但至少為7%。
為確保穩(wěn)定的工藝結(jié)果和需要時得到特別所需的纖維材料-特性，按本 發(fā)明僅耗去較小量的亞硫酸鹽。分解時實際耗用的7—13%的亞硫酸鹽僅是 分解時使用的亞硫酸鹽總量的一部分。例如為對反應速度有利或為抑制副反 應，含按待分解的木質(zhì)纖維素原料計的達25%亞硫酸鹽的化學試劑溶液按本 發(fā)明仍是經(jīng)濟的和有利的。在制備用于下次分解的化學試劑溶液時僅新加入 在分解中實際耗用的化學試劑量，按本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案，在已使用 過的化學試劑溶液中所含的未耗用的多余的亞硫酸鹽呈循環(huán)運行，并重新供 木質(zhì)纖維素原料的下次分解用。由上述看出，該含相當多未耗用的亞硫酸鹽的前次分解的分解溶液^是供 給用于下次分解的化學試劑溶液的加工處理或制備。此外還需使用新鮮的或 經(jīng)再處理過的化學試劑。按本發(fā)明的一個優(yōu)選方案，從已用過的化學試劑溶 液或分解溶液引出分流是合適的。該從已用過的化學試劑溶液引出的分流送 往分解化學試劑，特別是亞硫酸鹽的再處理。僅將分解后的該化學試劑溶液 的分流送入再處理是足夠的。在分解時經(jīng)用過的部分化學試劑，特別是亞硫 酸鹽可通過該化學試劑;容液的分流的再處理作為新鮮亞碌u酸鹽回收。其它的 未經(jīng)特別處理的化學試劑溶液或分解溶液直按由耗用過的化學試劑溶液循 環(huán)回路呈循環(huán)運行，并且含未耗用的亞硫酸鹽的化學試劑溶液作為更主要的 分解溶液成分通常與上述新計量加入的或前述的經(jīng)再處理的亞硫酸鹽部分 一起使用。未耗用的未經(jīng)處理進入循環(huán)的亞硫酸鹽以分解總共所需的亞硫酸
鹽的75%的總量使用。最后可在化學試劑后處理中補充計量加入或制得的新 鮮亞硫酸鹽或在制備化學試劑溶液時直接計量加入新鮮亞硫酸鹽。
按本發(fā)明的優(yōu)選方案，在制備化學試劑溶液時使用達30重量％，優(yōu)選 達50重量％,特別優(yōu)選達75重量％的從己用于分解的化學試劑溶液返回的 亞硫酸鹽，而使用達70重量％,優(yōu)選達50重量°/。，特別優(yōu)選達25重量％的 從再處理得到的新鮮的或看作是新鮮的亞硫酸鹽。
開始分解時使用這種化學試劑量產(chǎn)生有利的效果，因為以這種方式得到 的纖維材料具有至今不可得的特性，特別是高的強度特性和高的白度。特別 是至今未提供一種分解方法可在中性至堿性范圍的寬pH-范圍內(nèi)產(chǎn)生具有高 強度的纖維材料。與已知的纖維材料相比，用小得多的能耗可將本發(fā)明制備 的纖維材料研磨到規(guī)定的研磨度，這表明在經(jīng)濟上是特別有吸引力的。此夕卜， 在特別低的研磨度即對針葉木料為12 。SR—15 。SR和對闊葉木料為20 。SR 下已可實現(xiàn)高的強度。
用化學試劑溶液對木料進行混合和浸漬后或經(jīng)分解后多余的化學試劑 呈自由流動的液體存在。在分解前(第一方案)或在分解后(第二方案)時余量 排出。按本發(fā)明的一個有利擴展方案，該除去的化學試劑溶液的組成經(jīng)測知 并按著經(jīng)調(diào)節(jié)到規(guī)定的組成以重新用于制備纖維。該在木料分解前或后去除 的化學試劑溶液不再具有開始所調(diào)節(jié)的組成。如前所述，至少一部分用于分 解的化學試劑是引入到待分解的材料中和/或在分解時耗去。未用去的化學試 劑可順利地再用于下次分解中。但本發(fā)明建議，首先測定所去除的化學試劑
ii溶液的組成，然后再補足所耗用的如亞辟u酸鹽成分、石威性成分、醌-成分或 水或醇，以再配制成適于下次分解的規(guī)定組成。該補足步驟也稱為復元。
該措施的顯著優(yōu)點是，該化學試劑溶液在分解前去除時，但也在分解后 去除時正好完全不含或僅含非常少量的在重新應用該經(jīng)復元的化學試劑溶 液時對下次分解會有干擾的物質(zhì)。本發(fā)明的在浸漬時提供過量的分解-化學 試劑的方法雖然看來似乎是使用高化學試劑量的不經(jīng)濟的程序，但可特別經(jīng) 濟地運行，因為化學試劑溶液的去除或分離和復元可筒單和低成本地實施。
該措施的另一優(yōu)點是，部分返回的用過的分解溶液的固含量增加。如經(jīng)
多次再循環(huán)后固含量可從9%提高到22%。該用過的分解溶液的熱值增加 20%。特別是有機固體的含量增加。無機物(亞硫酸鹽等)含量經(jīng)第一次分解 后的56%絕對固含量降到經(jīng)分解溶液的多次再循環(huán)后的44%絕對固含量。.
本發(fā)明的方法經(jīng)有針對性地控制，以分解或溶解盡可能少的所用原料。 對針葉木料力求制備一種纖維材料，其按otro纖維物料計含至少15%的木質(zhì) 素含量，優(yōu)選至少18%的木質(zhì)素含量，特別優(yōu)選21%，有利的是至少24% 的木質(zhì)素含量。對闊葉木料力求達到按otro纖維物料計為至少12%的木質(zhì)素 含量，優(yōu)選至少14%的木質(zhì)素含量，特別優(yōu)選至少16%,有利的是至少18% 的木質(zhì)素含量。
本發(fā)明方法的產(chǎn)率按所用木質(zhì)纖維素原料計至少為70%，優(yōu)選大于 75%，有利的是大于80% 該產(chǎn)率與前面給出的纖維材料的木質(zhì)素含量相關。 木質(zhì)纖維素原料的原始木質(zhì)素含量是種類所特定的。在本方法中產(chǎn)率損失主
要是木質(zhì)素和易水解的半纖維素的損失。在非特定分解方法中，碳氫化物含 量明顯增加，例如因為分解-化學試劑以已知的不利方式也將纖維素或半纖 維素帶入溶液中。
另 一有利的措施是，在分解成纖維后和需要時對木質(zhì)纖維素材料研磨后 去除仍保留的化學試劑溶液并實施再應用。在有利的設計中該再應用包括兩
是木質(zhì)素。例如經(jīng)燃燒獲得到藝用能量。另一方面是加工處理耗用的和未耗 用的化學試劑，以使其可重新用于木質(zhì)纖維素材料的部分分解。耗用的化學 試劑的加工處理即屬于此。
按本發(fā)明的一個特別優(yōu)選的方案，特別有效地利用所用的化學試劑溶 液。在分解成纖維后和需要時的研磨后洗滌該纖維材料，以通過水盡可能擠
12出化學試劑溶液。在該洗滌和擠出過程中產(chǎn)生的濾液含大量化學試劑溶液和 有機材料。按本發(fā)明，在復元化學試劑溶液和送入下次分解前將該濾液加到 去除的或分離出的化學試劑溶液中。在濾液中所含的化學試劑和有機成分不 會干擾分解。只要其在下次分解中還有助于除木質(zhì)素，則測知其在化學試劑 溶液中的含量并在確定分解所需的化學試劑量時考慮其含量。此外，在濾液 中含有的化學試劑在適合的分解中呈惰性。不起干擾作用。在濾液中所含的 有機成分也呈惰性。在下次分解后于加工處理化學試劑溶液時再經(jīng)應用，以 產(chǎn)生工藝所需能量或以其它方式利用。
特別有利的是，通過導入濾液可在分解中應用少量新鮮水和少量化學試 劑。同時可收集最大量的溶解的有機材料。該進入溶液的有機材料的較充分 利用改進了本發(fā)明方法的經(jīng)濟性。
下面以實施例詳述本發(fā)明方法和設備的細節(jié)。
下面的實驗按下列規(guī)范評定
-通過秤重所用的原料和分解后所含的纖維素計算產(chǎn)率，其均在105°C 下干燥至恒重(絕對干燥)后秤重。
-按TAPPT T 222 om-98測定呈硫酸-木質(zhì)素的木質(zhì)素含量。按TAPPI UM 250測定酸溶性木質(zhì)素。
-按Zellcheming-Merkblatt V/3/62測知研磨度。
匿按Zellcheming陽Vorschrift V/11/57測知容重。
-按Zellcheming-Merkblatt V/12/57測知斷裂長度。
-按DIN 53128 Elmendorf測知扯斷長度。
-按TAPPI220 sp 96測知抗拉系數(shù)、撕裂系數(shù)和爆裂系數(shù)。
-通過按Zellcheming-Vorschrift V/19/63制備的檢驗片測定白度，其按
SCAN C 11:75用Datacolor elrepho 450xPhotometer測定；該白度按ISO-Norm
2470以百分lt給出。
-粘度按纖維化學家和紙化學家和纖維工程師和紙工程師聯(lián)合會的
Merkblatt (Zellchemin)測定。
-本文中的所有％數(shù)據(jù)均認為是重量百分數(shù)，只要未個別另行指出。
-本文中的"otro"指在105。C下干燥到恒重的"烘干"材料。
-用于分解的化學試劑以氫氧化鈉的重量百分數(shù)給出，只要未另行說明。
實施例1 -在液相中的分解
松木木料-碎片經(jīng)蒸汽處理(在105。C的飽和蒸汽下處理30分鐘)后加入 漂浮比為木料:分解溶液為1:3的亞硫酸鈉-分解溶液。總的化學試劑使用量 按otro松木木料-碎片計為低于23.6%。
用化學試劑溶液浸漬的松木木料-碎片在90分鐘中加熱到17CTC,并在 此最大溫度下分解180分鐘。起始-pH-值為8.0—9.5。
接著通過離心去除并收集自由流動的液體，在用于返回的裝置中分析和 復元未耗用的液體以備下次分解之用。復元意指通過加入新鮮的或經(jīng)再處理 過的亞疏石克酸鹽調(diào)節(jié)成規(guī)定的亞疏石克酸鹽濃度以重新用于下次分解。在該第 1次分解時的化學試劑消耗為82%。
該經(jīng)分解的松木木料-碎片分解成纖維。由此產(chǎn)生的部分量的纖維材料 經(jīng)不同時間研磨，以測定不同研磨度的強度。將該部分分解的松木木料-碎 片分解成纖維的能耗小于300 kWh/t纖維材料。
該產(chǎn)率按otro纖維材料計為78.6%。該斷裂長度在14 。SR下為8 km, 撕裂-系數(shù)為8.5mN*m2/g。分解后白度為41%IS0。
經(jīng)第一次分解后的分解溶液的固含量為10.2%。該分解溶液總要再次復 元到前述的亞硫酸鹽的起始含量，并總是在相同條件下進行后續(xù)的分解。經(jīng) 第5次分解后該分解溶液的固含量為20.4%。
經(jīng)第1次分解后的分解溶液的熱值為9.507 J/g。經(jīng)第5次分解后各再使 用的復元分解溶液的熱值為11.313 J/g。
在實施例1的條件下每經(jīng)5次分解后均測知亞硫酸鹽的耗量。其平均為 46%。為第5次分解，為制備該分解溶液總是收集前次溶解的廢堿液、測定 其亞硫酸鹽含量和通過加入新鮮亞硫酸鹽調(diào)節(jié)該前次的亞硫酸鹽含量，這時 是加入30%的來自前次分解的分解溶液的未耗用的亞硫酸鹽和70%的新鮮 亞碌b酸鹽。
實施例2
在實施例1的條件下，由松木-碎片制備實施例2的纖維材料，其不同 是在化學試劑溶液中除加23.6%的亞硫酸鹽外還加有按所用木料量計的
140.1%白蒽醌。分解時間縮短到45分鐘。
對實施例2的松木-纖維材料，在15 。SR時的斷裂長度為10.9 km,扯 斷強度為82cN/100g/m2紙重。白度為53.1% ISO和產(chǎn)率為76.7%。 下面所達的實施例3和4的分解涉及蒸汽相-分解。
實施例3
松木木料-碎片在12(TC和漂浮比為木料:化學試劑溶液U的條件下于 蒸汽相中經(jīng)23.6%的亞硫酸鹽浸漬120分鐘。化學試劑為亞石克酸鹽和0.1%的 蒽醌。浸漬開始的pH值為9.4。浸漬后去除化學試劑溶液。
經(jīng)化學試劑溶液浸漬過的碎片用蒸汽于約5分鐘內(nèi)加熱到170。C。該170 'C的蒸汽相保持60分鐘。然后排出蒸汽，并在30秒內(nèi)將蒸鍋冷卻到IO(TC， 并調(diào)節(jié)成環(huán)境壓力。從蒸鍋取出該碎片并分解成纖維。 一部分量如此所制得 的松木-纖維材料經(jīng)研磨，并測定該經(jīng)硏磨部分量的研磨度和纖維材料-特性。
在14 。SR時的斷裂長度為9.3 km，扯斷強度為102 cN/100 g/m2紙重。 白度為42.6% ISO和產(chǎn)率為78.9%。
對下面的闊葉木料-分解的實施例的實驗數(shù)據(jù)綜合于表1 。
實施例4，實施例5
在經(jīng)蒸汽處理(在105。C飽和蒸汽下90分鐘)后的樺木-碎片中在漂浮比 為木料:化學試劑溶液為1:3的條件下加入含0.1%蒽醌的亞硫酸鈉-分解溶 液。化學試劑的總使用量按otro樺木-碎片計為16.5%(按亞硫酸鈉計)。將該 用化學試劑溶液浸漬過的樺木-碎片加熱到17(TC，并在此最大溫度下分解 60分鐘(實施例4)或80分鐘(實施例5)。
在分解過程中，所用亞硫酸鹽的消耗量為26.32% (實施例4)或32.52% (實施例5)。
在實施例4中經(jīng)分解后產(chǎn)率為85.34%和白度為68.81% ISO。對樺木在 20 。SR時的斷裂長度為8.4 km，撕裂系數(shù)為6.9 mN* m2/g。在實施例5中經(jīng) 分解后產(chǎn)率為83.99%和白度為69.82% ISO。
實施例6,實施例7,實施例8
在經(jīng)蒸汽處理(在105。C飽和蒸汽下90分鐘)后的山毛櫸木-碎片中在漂
15浮比為木料:化學試劑溶液為1:3的條件下加入含0.1%蒽醌的亞硫酸鈉-分解 溶液?；瘜W試劑的總使用量按otro樺木-碎片計為16.5%(按亞硫酸鈉計)。將 該用化學試劑溶液浸漬過的山毛櫸木-碎片加熱到170°C (實施例6， 7)議160 。C (實施例8)，并分解60分鐘(實施例6)或48分鐘(實施例7)和55分鐘(實 施例8)。
關于亞硫酸鹽的消耗量按起始所用亞硫酸鹽計實施例6為54.3%,實施 例7為48.5%和實施例8為35.4%。
關于產(chǎn)率實施例6為74.1%，實施例7為75.2%和實施例8為82.4%。 關于白度實施例6為66.3% ISO,實施例7為62.9% ISO和實施例8為69.9% ISO。
如此產(chǎn)生的山毛櫸木-纖維材料，在20。SR時的斷裂長度為5.5km。撕 裂系數(shù)為4.8 mN* m2/g。
實施例9,實施例10
在經(jīng)蒸汽處理(在105。C飽和蒸汽下90分鐘)后的楊樹-碎片中在漂浮比 為木料:化學試劑溶液為1:4的條件下加入含0.1%蒽醌的亞硫酸鈉-分解溶 液?；瘜W試劑的總使用量按otro楊樹-碎片計實施例9為19.7%,實施例10 為16.5%,均按亞硫酸鈉計。將該用化學試劑溶液浸漬過的楊樹-碎片加熱到 170'C并分解60分鐘。
亞硫酸鹽耗量按起始所用的亞碌u酸鹽計，實施例9為47.5%,實施例10 為55.8%。
關于產(chǎn)率實施例9為76.5%,實施例10為77.2%。關于白度實施例9 為67.1% ISO,實施例10為63.5% ISO。
如此產(chǎn)生的楊樹-纖維材料，在20。SR時的斷裂長度為9.9km。撕裂系 數(shù)為6.9 mN* m2/g。
實施例11,實施例12
在經(jīng)蒸汽處理(在105。C飽和蒸汽下90分鐘)后的楊樹-碎片中在漂浮比 為木料:化學試劑溶液為1:3的條件下加入含0.1%蒽醌的亞硫酸鈉-分解溶 液?；瘜W試劑的總使用量按otro楊樹-碎片計為16.5%(均按亞硫酸鈉計)。將 該用化學試劑溶液浸漬過的楊樹-碎片加熱到170°C (實施例11)或160。C (實 施例12)并分解45分鐘(實施例ll)或90分鐘(實施例12)。亞硫酸鹽耗量按起始所用的亞硫酸鹽計實施例11為51.4%。實施例12 的亞硫酸鹽耗量未測得。
關于產(chǎn)率實施例ii為80.2%,實施例12為80.7%。關于白度實施例11 為64.1% ISO,實施例12為69.3% ISO。
權(quán)利要求
1. 一種由木質(zhì)纖維素原料制備纖維材料的方法，該方法有下列步驟-制備含小于25％亞硫酸鹽(按NaSO3計)的化學試劑溶液，其按木質(zhì)纖維素原料的otro量計，-以規(guī)定的漂浮比()使該化學試劑溶液與木料相混合，-將化學試劑溶液和木料加熱到高于室溫，并接著-(第一方案)即去除自由流動的化學試劑溶液，和在蒸汽相中分解木料，-或(第二方案)即在液相沖分解木料，和分離自由流動的化學試劑溶液和木料。
2. 權(quán)利要求1的方法，其特征在于，制備一種纖維材料，其按針葉木料的otro纖維材料計含至少15%的木質(zhì)素，優(yōu)選含至少17%的木質(zhì)素，有利地含至少19%的木質(zhì)素，特別有利地是至少含21%的木質(zhì)素，或其按闊葉木料的otro纖維材料計含至少14%的木質(zhì)素，優(yōu)選含至少16%的木質(zhì)素，特別優(yōu)選至少18%的木質(zhì)素。
3. 權(quán)利要求2的方法，其特征在于，制備一種按針葉木料的otro纖維材料計含至少15%的木質(zhì)素的纖維材料，所述纖維材料在研磨度達15 。SR時的斷裂長度大于8km，優(yōu)選大于9km，有利的是大于10km。
4. 權(quán)利要求2的方法，其特征在于，制備一種按闊葉木料的otro纖維材料計含至少12%的木質(zhì)素的纖維材料，所述纖維材料在研磨度達20 。SR時的斷裂長度大于5km,優(yōu)選大于6km，有利的是大于7km。
5. 權(quán)利要求1的方法，其特征在于，單獨或混合使用亞硫酸鹽和硫化物制備化學試劑溶液。
6. 權(quán)利要求5的方法，其特征在于，使用亞辟b酸鈉、亞硫酸鉀、亞硫酸鎂和/或亞硫酸銨制備化學試劑溶液。
7. 權(quán)利要求l的方法，其特征在于，使用醌成分制備化學試劑溶液。
8. 權(quán)利要求1的方法，其特征在于，該方法在pH-值為5.5—11，優(yōu)選 ,特別優(yōu)選7.5—8.5下進行。
9. 權(quán)利要求1的方法，其特征在于，漂浮比即木料:化學試劑溶液調(diào)節(jié)為1:1.5—1:1.6,優(yōu)選1:3—1:5。
10. 權(quán)利要求1的方法，其特征在于，將化學試劑溶液和木料加熱到130。C，優(yōu)選到12(TC,有利的是到11(TC。
11. 權(quán)利要求l的方法，其特征在于，將木料和需要時化學試劑溶液加熱持續(xù)達90分鐘，優(yōu)選達60分鐘，有利的是達30分鐘，特別有利的是達IO分鐘。
12. 權(quán)利要求l的方法，其特征在于，木料的分解在120—190'C,優(yōu)選150—180°C，特別優(yōu)選16H70。C溫度下進行。
13. 權(quán)利要求l的方法，其特征在于，該分解時間達180分鐘，優(yōu)選達90分鐘，特別優(yōu)選達60分鐘，有利的是達30分鐘，特別有利的是達2分鐘。
14. 權(quán)利要求13的方法，其特征在于，分解時間依漂浮比選定。
15. 權(quán)利要求l的方法，其特征在于，對按otro原料計含大于25%木質(zhì)素的木質(zhì)纖維素原料的分解，耗用的亞硫酸鹽按otro木質(zhì)纖維素原料計達13%，對按otro原料計含20—25。/。木質(zhì)素的木質(zhì)纖維素原料的分解，耗用的亞硫酸鹽達10%,對按otro原料計含達20%的木質(zhì)素的木質(zhì)纖維素原料的分解，耗用的亞硫酸鹽低于10%，但至少使用7%。
16. 權(quán)利要求l的方法，其特征在于，為分解針葉木料，使用達25%，優(yōu)選達20%，優(yōu)選達15%，但至少7%的亞碌^酸鹽。
17. 權(quán)利要求l的方法，其特征在于，為分解闊葉木料，使用達15%,優(yōu)選達12%,特別優(yōu)選達10%,但至少7%的亞好^酸鹽。
18. 權(quán)利要求l的方法，其特征在于，分解時亞硫酸鹽的消耗達分解開始時的亞硫酸鹽使用量的80%,優(yōu)選達60%,特別優(yōu)選達40°/0。
19. 按前述權(quán)利要求的至少一個的方法，其特征在于，在制備化學試劑溶液時使用達75重量％的從己用于分解的化學試劑溶液返回的亞硫酸鹽，并新加入至少25重量。/。的亞辟b酸鹽。
20. 權(quán)利要求19的方法，其特征在于，在制備化學試劑溶液時使用達50重量°/。的從己用于分解的化學試劑溶液返回的亞硫酸鹽，并新加入至少50重量％的亞石克酸鹽。
21. 權(quán)利要求19或20的方法，其特征在于，在制備化學試劑溶液時加入下列量的新制亞硫酸鹽在按otro原料計含大于25%木質(zhì)素的木質(zhì)纖維素原料情況下達13%，在按otro原料計含20~25%木質(zhì)素的木質(zhì)纖維素原料情況下達10%,和在按otro原料計含小于20%木質(zhì)素的木質(zhì)纖維素原料情況下小于10%，均按NaS03計。
22. 權(quán)利要求l的方法，其特征在于，測知去除或分離的化學試劑溶液的組成，并接著調(diào)節(jié)到規(guī)定的組成以重新用于制備纖維。
23. 權(quán)利要求l的方法，其特征在于，在纖維化和需要時硏磨所分解的木質(zhì)纖維素材料后去除分出的化學試劑溶液并送往繼續(xù)使用。
24. 權(quán)利要求1或23的方法，其特征在于，該在循環(huán)中運行的分解溶液的固含量經(jīng)分解溶液的循環(huán)運行增加到達5%,優(yōu)選達10%，特別優(yōu)選達15%。
25. 權(quán)利要求1、 23或24的方法，其特征在于，該在循環(huán)中運4亍的分解溶液比新加入的分解溶液的熱值高出達1.5 MJ/kg。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備纖維材料的方法，該方法有下列步驟制備含小于25％亞硫酸鹽(按NaSO₃計)的化學試劑溶液，其按木質(zhì)纖維素原料的otro量計；以規(guī)定的漂浮比使該化學試劑溶液與木料相混合；將化學試劑溶液和木料加熱到高于室溫，并接著(第一方案)即去除自由流動的化學試劑溶液，和在蒸汽相中分解木料；或(第二方案)即在液相沖分解木料，和分離自由流動的化學試劑溶液和木料。
文檔編號D21C3/00GK101466891SQ200780021326
公開日2009年6月24日 申請日期2007年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月8日
發(fā)明者埃薩-馬蒂·阿爾托, 漢斯-路德維格·舒伯特 申請人:沃依特專利有限責任公司