專(zhuān)利名稱：能降低木質(zhì)纖維物質(zhì)紙漿化過(guò)程中蒽醌需求量的添加劑組合物及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用堿性牛皮紙漿制法或硫酸鹽法的堿性制漿液將木質(zhì)纖維物質(zhì)(例如木材)去木質(zhì)化的一種改良添加劑組合物及其方法。更特別的是，本發(fā)明涉及一種用含有環(huán)酮化合物(以蒽醌為較佳)的牛皮紙漿制法的制漿液將木質(zhì)纖維物質(zhì)去木質(zhì)化，使產(chǎn)率提高。更明確地來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及所述添加劑組合物及方法的改良，其中所述產(chǎn)率的提高系藉添加含有至少一種烷氧化烷基醇與至少一種聚亞烷氧基二醇醚與選自篦麻油酸與12-羥基硬脂酸的酸形成的酯的表面活性劑混合物，在較低的蒽醌含量下所達(dá)成的。
在1970年代中期，因發(fā)現(xiàn)在堿性紙漿化液中加入蒽醌作為紙漿化添加劑的優(yōu)點(diǎn)，因此使制造木材紙漿的木質(zhì)纖維物質(zhì)的去木質(zhì)化過(guò)程得到明顯的改進(jìn)。在美國(guó)第3,888,727號(hào)專(zhuān)利案件中最早公開(kāi)揭露蒽醌的此種用途，其中揭露了以含蒽醌磺酸的堿性紙漿化液處理木質(zhì)纖維物質(zhì)后，再以氧去木質(zhì)化。然而更顯著的是，在美國(guó)第4,012,280號(hào)專(zhuān)利案件中指出，較環(huán)保的堿法紙漿化過(guò)程其較差的經(jīng)濟(jì)效益可藉將并入紙漿化添加劑而獲得改善，并能與較不環(huán)保(依氣味的觀點(diǎn)而言)的牛皮紙漿制法競(jìng)爭(zhēng)。雖然前者具增加纖維紙漿的產(chǎn)率與增進(jìn)去木質(zhì)化的速率(使能量消耗降低并提高產(chǎn)量)的優(yōu)點(diǎn)，但此經(jīng)改良，污染潛力較低的堿法制紙漿方法的使用卻未有進(jìn)展。第一，為了能在產(chǎn)量上與不用硫酸鹽的制紙漿法不相上下，堿法制紙漿方法中需使用相當(dāng)昂貴的蒽醌，如此會(huì)降低其經(jīng)濟(jì)上的競(jìng)爭(zhēng)力。第二，蒽醌的益處亦可由其他(商業(yè)上已較常使用)制紙漿方法達(dá)到，例如那些采用牛皮紙紙漿化液或多硫化紙漿化液的過(guò)程。
不久，如美國(guó)第4,213,821號(hào)專(zhuān)利案件中所揭露的，在中性硫酸鹽紙漿化液中(于美國(guó)第5,139,617號(hào)專(zhuān)利中所披露的特殊案例)，或是于堿性紙漿化液中蒸煮木屑，也發(fā)現(xiàn)了蒽醌的益處。將蒽醌的益處推廣至極的方法則可見(jiàn)于美國(guó)第4,127,439；4,178,861；與4,310,383號(hào)專(zhuān)利案件中。同時(shí)，由于蒽醌難以處理、不溶于水、細(xì)粉末形式的特性，美國(guó)第4,248,663，4,384,921與4,574,032號(hào)專(zhuān)利案件中揭露了將蒽醌加速分散于紙漿化液中的方法。使用蒽醌的一缺點(diǎn)為易在蒸煮容器中形成覆垢的問(wèn)題。在美國(guó)第4,481,073與4,561,935號(hào)專(zhuān)利案件中對(duì)此問(wèn)題提出了解決之道。最后，由于相當(dāng)高的售價(jià)，美國(guó)第4,197,168與4,310,383號(hào)專(zhuān)利案件中提出對(duì)于此化合物的回收與再利用的方法。
盡管有前述的進(jìn)展，但仍亟需增進(jìn)紙漿化(主要在增進(jìn)產(chǎn)量的同時(shí)降低能量與化合物的需求量)的效益并減少其缺點(diǎn)(主要為成本與設(shè)備的覆垢)。其一解決之道即為將部分的蒽醌以一種具有某些優(yōu)點(diǎn)但使用時(shí)卻無(wú)其缺點(diǎn)的添加劑來(lái)取代。
因此，本發(fā)明的目標(biāo)為在木質(zhì)纖維原料的去木質(zhì)化過(guò)程中提供一改良的紙漿化添加劑組合物與方法，此過(guò)程乃是以含蒽醌的紙漿化液供作制造預(yù)定產(chǎn)率的纖維紙漿，此纖維紙漿的組成與過(guò)程可達(dá)所述的產(chǎn)率，及前述的效益，并減少至少10％蒽醌需求量。
上述目標(biāo)可由本發(fā)明而達(dá)成，本發(fā)明為用于使木質(zhì)纖維原料(如木屑)去木質(zhì)化以生產(chǎn)制備紙張或厚紙板所需的纖維紙漿的改良的添加劑組合物及改良的方法，其中在一個(gè)密閉反應(yīng)容器中用含有一定量環(huán)酮化合物(如蒽醌)的紙漿化液處理木屑，以達(dá)到既定紙漿產(chǎn)率。其中的改良包括除減少了量的環(huán)酮化合物以外在堿性紙漿化液中添加一種含有至少一種烷氧化烷基醇和至少一種由聚亞烷氧基二醇醚與選自篦麻油酸與12-羥基硬脂酸的酸形成的酯的表面活性劑混合物，以降低可達(dá)到上述產(chǎn)率所需的蒽醌量。
本發(fā)明的改良方法至少包含下述步驟(1)在一個(gè)密閉反應(yīng)容器中，用含有環(huán)酮化合物添加劑的堿性紙漿化液處理木質(zhì)纖維原料，所述的化合物添加劑可擇自下列物質(zhì)萘醌、蒽醌、蒽酮、菲醌、此類(lèi)醌類(lèi)的烷基、烷氧基與氨基的衍生物、6，11-二酮-1H-蒽[1，2-c]吡唑、蒽醌-1，2-萘吖啶醌、7，12-二酮-7，12二氫蒽-[1，2-b]吡嗪、1，2-苯并蒽醌、與10-亞甲基蒽酮，該處理在約150℃至200℃的最高溫度下進(jìn)行約0.5至480分鐘以達(dá)既定的紙漿產(chǎn)率，和(2)用水或一種不與木質(zhì)纖維原料反應(yīng)的含水液體替代木質(zhì)纖維原料中的紙漿化液，以達(dá)到去木質(zhì)纖維原料的既定產(chǎn)率，其中所作的改良包括除減少了量的環(huán)酮化合物以外在堿性紙漿化液中加入一種表面活性劑混合物以降低為達(dá)到上述的產(chǎn)率所需的環(huán)酮化合物添加劑的量，此表面活性劑混合物含有至少一種烷氧化烷基醇與至少一種聚亞烷氧基二醇醚和選自篦麻油酸與12-羥基硬脂酸的酸形成的酯。
由上述二步驟所制造的去木質(zhì)化的纖維原料不需進(jìn)一步處理即可使用或可直接用于傳統(tǒng)的漂白步驟。
當(dāng)欲處理的纖維原料為木材時(shí)，需先將其形成屑狀。而當(dāng)纖維原料已經(jīng)是纖維狀時(shí)則不需此步驟。
纖維原料可于步驟(1)與(2)之間予以切細(xì)。切細(xì)可使用已知的機(jī)器進(jìn)行，如一單碟或雙碟切細(xì)機(jī)。
本發(fā)明方法可用于球果類(lèi)或落葉性的木材。此中球果類(lèi)意指如松樹(shù)，云杉，與香樅。落葉性意指如樺樹(shù)，白楊，東方白楊，楓樹(shù)，杉毛櫸，與橡樹(shù)。
表面活性劑混合物中的烷氧化烷基醇成分較好是C4-C30烷氧化烷基醇，此烷氧化烷基醇可由醇(可以是直鏈或支鏈醇，也可以是伯醇或仲醇)與約5摩爾至100摩爾選自環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷、環(huán)氧丁烷及它們混合物的環(huán)氧化物反應(yīng)而成。其中優(yōu)選的烷氧化烷基醇為用23摩爾環(huán)氧乙烷制得的油醇乙氧化物。
聚亞烷氧基二醇醚與選自篦麻油酸與1，2-羥基硬脂酸的酸形成的酯是由選自甘油、新戊二醇、三羥甲基乙烷、三羥甲基丙烷、季戊四醇及其聚合物、甘露糖醇、山梨糖醇的二醇的酯與約5摩爾至100摩爾選自環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷、環(huán)氧丁烷及它們的混合物的環(huán)氧烷烴反應(yīng)而成。由于篦麻油酸是篦麻油的主要成分(約90％)，篦麻油酸雖然是以三酸甘油酯而非自由酸的形式存在，仍可直接烷氧化形成所需的篦麻油酸聚亞烷基二醇酯。因此較佳的成員是篦麻油酸甘油酯乙氧化物。
在美國(guó)第5,298,120與5,501,769號(hào)專(zhuān)利案件中揭露了以脂肪酸聚亞烷氧基二醇酯來(lái)制造木材紙漿可增進(jìn)紙漿化的均勻度與紙漿的產(chǎn)率。雖然這些酯類(lèi)可賦予所需的性能，但在強(qiáng)堿溶液中與加熱至高溫的情況下它具有一個(gè)潛在的弱點(diǎn)。這些酯類(lèi)可被分解而形成一脂肪酸皂和聚亞烷基二醇。因此，它不再是所聲稱的酯類(lèi)。并且，所發(fā)現(xiàn)的化合物也沒(méi)有產(chǎn)生益處，事實(shí)上，分解所得的產(chǎn)物反會(huì)減低前述的效果。
要求保護(hù)的烷基醇聚亞烷基二醇醚與(篦麻油的)篦麻油酸三酸甘油酯的聚亞烷基二醇醚則與上述不同，它在用于制造木材紙漿的高溫，強(qiáng)堿溶液中具有極佳的性能。當(dāng)篦麻油酸三酸甘油酯的聚亞烷基二醇醚中的酯分解時(shí)，所得的分子為篦麻油酸的聚亞烷基二醇醚的鈉鹽，它是一種表面活性劑且在紙漿化溶液中具有功能。當(dāng)紙漿化過(guò)程完成時(shí)，篦麻油酸的聚亞烷基二醇醚的鈉鹽的存在有助于烷基醇聚亞烷基二醇醚在高溫、強(qiáng)堿溶液中的溶解度。
本發(fā)明組合物為一種較佳的微乳狀液，此乳狀液是由一種油醇乙氧化物與篦麻油酸三酸甘油酯乙氧化物以4∶1到1∶4的重量比(約1∶2為佳)組合而成。為了能與堿性紙漿化液中所用的蒽醌一起使用，與約10-30％重量(較好為20％)的水混合，制備組合物的水溶液，得到一種透明粘性溶液。與蒽醌的水分散體混合時(shí)，該溶液又用水稀釋形成約10-30(較好為約12.5％)的活性溶液。本發(fā)明的表面活性劑組合物具有約5至20的親水親油平衡值(HLB)，又以約8至16的值為較佳。當(dāng)與表面活性劑組合物的成分合用時(shí)，可形成一微乳狀液，其中顆粒的平均大小為約0.5至10微米，以約1至4微米較佳，而又以小于2微米尤佳。
具有適當(dāng)平均顆粒大小的乳狀液可與蒽醌達(dá)成所述的增強(qiáng)作用的證據(jù)如下，在環(huán)境溫度之下將二種成分混合，可形成一透明溶液，并且，當(dāng)加熱至82℃(180°F)時(shí)，溶液轉(zhuǎn)成混濁的淺藍(lán)色。
環(huán)酮化合物，以蒽醌為佳，在加入蒸煮容器之前較好與本發(fā)明的表面活性劑化合物混合而可制成一水性分散液。蒽醌的分散液可通過(guò)加入一種分散劑并在水中用濕性研磨法或碾碎法將蒽醌的平均顆粒大小減少至約6至10微米而制成?；腔举|(zhì)素鈉可為一較佳的分散劑。
雖然表面活性劑組合物與蒽醌分散液可分別加入蒸煮容器中，但在加入之前即將二者混合再以其水溶液混合物加入為較佳。表面活性劑微乳狀液可將蒽醌的顆粒包覆且可讓蒽醌與紙漿化液的混合物快速地滲入木屑中且將其更有效率地，完全地浸潤(rùn)?？赏葡爰词谴朔N藉使用非常少量的機(jī)制而獲得欲求之kappa值與低廢棄率。
本發(fā)明的方法與組合物的效益見(jiàn)于下列諸實(shí)施例中。
實(shí)施例1為了相互比較，將59,090公斤(濕重65噸)的針葉木屑填置入紙漿化蒸煮器之中，在此紙漿化蒸煮器中含有硫酸鹽堿性紙漿化液，此液中具有平均約為4,909公斤(約10,800磅)的活性堿且此液與木材的重量比約為3.45，再加入22.7公斤(濕重50磅)的50％蒽醌分散液(0.08％重量，以烘箱乾燥的木屑重量為基準(zhǔn))。將蒸煮器中的物質(zhì)加熱至最高溫度166℃(332°F)，然后把木屑再蒸煮79分鐘直至kappa值為91。蒸煮過(guò)程其最終產(chǎn)率為54％，而廢棄率為10％。
實(shí)施例2對(duì)于作為能增進(jìn)蒽醌效益的額外蒸煮助劑，制備了數(shù)種本發(fā)明表面活性劑的樣品并對(duì)其微乳化作用做一評(píng)估。按不同的比例將由23摩爾環(huán)氧乙烷所制備的乙氧基化油醇與乙氧基化的篦麻油酸三酸甘油酯和水混合。在各案例中，將各組分混合后可形成一透明、粘稠的溶液。
樣品A乙氧基化油醇-23摩爾環(huán)氧乙烷20重量份乙氧基化篦麻油酸三酸甘油酯60重量份水20重量份樣品B乙氧基化油醇-23摩爾環(huán)氧乙烷 40重量份乙氧基化篦麻油酸三酸甘油酯40重量份水20重量份樣品C乙氧基化油醇-23摩爾環(huán)氧乙烷 60重量份乙氧基化篦麻油酸三酸甘油酯20重量份水20重量份各個(gè)樣品均以水稀釋至12.5％重量并加熱至82℃(180 °F)。在周?chē)h(huán)境溫度下所有稀釋的樣本均呈透明的溶液，而在82℃(180°F)時(shí)各個(gè)樣品轉(zhuǎn)呈混濁的淺藍(lán)色。
實(shí)施例3重復(fù)實(shí)施例1中過(guò)程；所不同的是在蒸煮器中加入木屑與泵入燒堿液的同時(shí)，于此燒堿液中，加入以烘箱乾燥木屑所得重量為基準(zhǔn)所計(jì)算出的0.06％由實(shí)施例2樣品A表面活性劑混合物及蒽醌所組成的蒸煮助劑以取代0.08％蒽醌。蒸煮循環(huán)完成后，可得kappa值為90的紙漿而其廢棄率低于10％。
與實(shí)施例1中單用蒽醌的性能相比較，當(dāng)減少25％蒸煮助劑(使用本發(fā)明的紙漿化添加劑)，可獲得更低的kappa值和明顯更低的廢棄率。而且當(dāng)與各個(gè)蒸煮助劑中各種蒽醌含量來(lái)進(jìn)行比較時(shí)，本發(fā)明表面活性劑組合物可降低至少50％蒽醌的需求量。
使用蒽醌含量較低的蒸煮助劑的其他益處尚包括1.在蒸發(fā)管上較不易形成覆垢且管路不易阻塞；并且2.降低粗木漿浮油的污染，因而減少浮油提煉廠的問(wèn)題與降低浮油初餾份的污染。
雖然本發(fā)明就各種特定的原料、步驟與實(shí)施例已有描述，但本發(fā)明并不僅局限于特定的原料，原料的組合與就其目的所選用的程序。上述細(xì)節(jié)可作許多變化，并為本領(lǐng)域中熟悉技藝的人士所能理解的。
權(quán)利要求
1.在木質(zhì)纖維原料去木質(zhì)化過(guò)程中加入紙漿化液的含有蒽醌的改良木材紙漿化助劑組合物，其特征在于改良包括添加一種含有至少一種烷氧化烷基醇及至少一種聚亞烷氧基二醇醚和選自篦麻油酸與12-羥基硬脂酸的酸形成的酯的表面活性劑混合物。
2.如權(quán)利要求1所述的改良組合物，其特征在于烷氧化烷基醇是由一種或多種C4-C30烷基醇與選自環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷、環(huán)氧丁烷及它們混合物的一類(lèi)氧化物反應(yīng)而制得。
3.如權(quán)利要求2所述的改良組合物，其特征在于C4-C30烷基醇系衍生自椰子油，棕櫚仁油與石油。
4.如權(quán)利要求1所述的改良組合物，其特征在于聚亞烷氧基二醇醚與選自篦麻油酸與羥基硬脂酸的酸形成的酯是由選自甘油、新戊二醇、三羥甲基乙烷、三羥甲基丙烷、季戊四醇及其聚合物、甘露糖醇、山梨糖醇的二醇的酯與約5摩爾至100摩爾選自環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷、環(huán)氧丁烷及它們混合物的環(huán)氧烷烴反應(yīng)而得。
5.如權(quán)利要求1所述的改良組合物，其特征在于所降低的環(huán)酮化合物需求量可達(dá)50％。
6.如權(quán)利要求5所述的改良組合物，其特征在于所降低的環(huán)酮化合物需求量可達(dá)25％。
7.如權(quán)利要求1所述的改良組合物，其特征在于環(huán)酮化合物可選自下列物質(zhì)萘醌、蒽醌、蒽酮、菲醌、此所述醌類(lèi)的烷基、烷氧基與氨基衍生物、6，11-二酮-1H-蒽[1，2-c]吡唑、蒽醌-1，2-萘吖啶酮、7，12-二酮-7，12二氬蒽-[1，2-b]吡嗪、1，2-苯并蒽醌、和10-亞甲基蒽酮。
8.如權(quán)利要求5所述的改良組合物，其特征在于環(huán)酮化合物與表面活性劑混合物分別各以一種比率為10∶1至1∶10的含水混合物同時(shí)加入堿性紙漿化液中。
9.如權(quán)利要求2所述的改良組合物，其特征在于所述的C4-C30烷基醇系選自具有直鏈或支鏈的伯醇和仲醇，及它們的混合物。
10.如權(quán)利要求2所述的改良組合物，其特征在于所述的一類(lèi)氧化物以5至100摩爾的量進(jìn)行反應(yīng)。
11.如權(quán)利要求10所述的改良組合物，其特征在于所述的一類(lèi)氧化物為環(huán)氧乙烷。
12.如權(quán)利要求1所述的改良組合物，其特征在于堿性紙漿化液含有氫氧化鈉，碳酸鈉與硫化鈉。
13.一種將木質(zhì)纖維原料去木質(zhì)化以生產(chǎn)用以制備紙張或厚紙板的纖維紙漿的改良方法，該方法包括在一個(gè)密閉反應(yīng)容器中用含一定量環(huán)酮化合物的堿性紙漿化液處理木質(zhì)纖維原料，以達(dá)成既定的紙漿產(chǎn)率，其特征在于其改良包括將一種表面活性劑混合物加入所述堿性紙漿化液中，以降低為達(dá)到上述產(chǎn)率所需的環(huán)酮化合物的量，此表面活性劑混合物含有至少一種烷氧化烷基醇及至少一種聚亞烷氧基二醇醚與選自篦麻油酸與12-羥基硬脂酸的酸形成的酯。
14.如權(quán)利要求13所述的改良方法，其特征在于烷氧化烷基醇是經(jīng)由一種或多種C4-C30烷基醇與選自環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷、環(huán)氧丁烷及它們混合物的一類(lèi)氧化物反應(yīng)而得。
15.如權(quán)利要求14所述的改良方法，其特征在于C4-C30烷基醇系衍生自椰子油，棕櫚仁油與石油。
16.如權(quán)利要求13所述的改良方法，其特征在于聚亞烷氧基二醇醚與選自篦麻油酸與12-羥基硬脂酸的酸形成的酯由選自甘油，新戊二醇，三羥甲基乙烷，三羥甲基丙烷，季戊四醇及其聚合物，甘露糖醇，山梨糖醇的二醇的酯與約5摩爾至100摩爾選自環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷、環(huán)氧丁烷及它們混合物的環(huán)氧烷烴反應(yīng)而成。
17.如權(quán)利要求13所述的改良方法，其特征在于所降低的環(huán)酮化合物需求量可達(dá)50％。
18.如權(quán)利要求17所述的改良方法，其特征在于所降低的環(huán)酮化合物需求量可達(dá)25％。
19.如權(quán)利要求13所述的改良方法，其特征在于環(huán)酮化合物可選自下列物質(zhì)萘醌、蒽醌、蒽酮、菲醌、所述醌類(lèi)的烷基、烷氧基與氨基的衍生物、6，11-二酮-1H-蒽[1，2-c]吡唑、蒽醌-1，2-吖啶酮、7，12-二酮-7，12二氬蒽-[1，2-b]吡嗪、1，2-苯并蒽醌、與10-亞甲基酮。
20.如權(quán)利要求19所述的改良方法，其特征在于所述環(huán)酮化合物與表面活性劑混合物分別各以一種比率為10∶1至1∶10的含水混合物同時(shí)加入堿性紙漿化液中。
21.如權(quán)利要求14所述的改良方法，其特征在于所述的C4-C30烷基醇系選自具有直鏈或支鏈的伯醇或仲醇及它們的混合物。
22.如權(quán)利要求14所述的改良方法，其特征在于所述的一類(lèi)氧化物以5至100摩爾的量進(jìn)行反應(yīng)。
23.如權(quán)利要求22所述的改良方法，其特征在于所述的一類(lèi)氧化物為環(huán)氧乙烷。
24.如權(quán)利要求13所述的改良方法，其中堿性紙漿化液含有氫氧化鈉，碳酸鈉與硫化鈉。
全文摘要
本文揭露了一種在生產(chǎn)用于制造紙張或厚紙板的纖維紙漿時(shí)使木質(zhì)纖維原料(如木屑)去木質(zhì)化的改良初步助劑組合物與方法,其中在一個(gè)密閉反應(yīng)容器中用含一定量環(huán)酮化合物(如蒽醌)的堿性紙漿化液處理木屑,以達(dá)到既定的紙漿產(chǎn)率。其改良包括通過(guò)在堿性紙漿化液中添加含有至少一種烷氧化烷基醇及至少一種聚亞烷氧基二醇醚與選自蓖麻油酸與12－羥基硬脂酸的酸形成的酯類(lèi)的表面活性劑混合物,以降低可達(dá)到上述產(chǎn)率所需的蒽醌量。
文檔編號(hào)D21C3/20GK1246557SQ9811886
公開(kāi)日2000年3月8日 申請(qǐng)日期1998年9月1日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月1日
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