本發(fā)明涉及用于生產(chǎn)改性纖維素材料的方法，所述改性纖維素材料隨后可用于生產(chǎn)有用的產(chǎn)品，如紙基產(chǎn)品和/或纖維素衍生物。

背景技術(shù)：

木質(zhì)纖維素材料可用于生產(chǎn)可以用于各種各樣的下游用途(如紙、紙板和織物生產(chǎn))的纖維素材料，如纖維素漿。而且，纖維素材料可用于生產(chǎn)纖維素衍生物，如羧甲基纖維素(CMC)和微晶纖維素。然而，纖維素來源和纖維素加工條件通常決定了纖維素材料特性，并因此決定了其對于某些終端用途的適用性。

為了從木質(zhì)纖維素材料有效生產(chǎn)纖維素材料，通常需要除去木質(zhì)纖維素材料的一部分木質(zhì)素和/或半纖維素組分。這通常通過將木質(zhì)素和/或半纖維素降解成小的水溶性分子而實現(xiàn)，所述小的水溶性分子隨后可以從纖維素纖維分離而不使纖維素纖維解聚。但是，在纖維素降解時(例如通過解聚或者通過顯著降低纖維長度和/或強度)，其隨后可能不適合于眾多下游應(yīng)用。因此，仍然需要處理木質(zhì)纖維素材料從而生產(chǎn)具有用于紙基產(chǎn)品和/或纖維素衍生物的下游生產(chǎn)的特性如改善的羧酸和醛官能性的纖維素漿或纖維，但同時避免大量降解其中的纖維素纖維的方法。

傳統(tǒng)上，可用于生產(chǎn)紙基產(chǎn)品的纖維素源并不適合于生產(chǎn)下游纖維素衍生物，如纖維素醚和纖維素酯。從高粘度纖維素原料生產(chǎn)低粘度纖維素衍生物需要額外的制造步驟，其會增加大量成本而同時給予不想要的副產(chǎn)物并降低纖維素衍生物的整體質(zhì)量。棉短絨、牛皮紙和高α纖維素含量的亞硫酸鹽漿通常用于制造纖維素衍生物，如纖維素醚和酯。然而，由于原材料的成本、高能耗、化學(xué)品以及制漿和漂白的環(huán)境成本和/或所需要的大量純化過程，具有高聚合度(DP)和/或粘度的棉短絨、牛皮紙和亞硫酸鹽纖維的生產(chǎn)是昂貴的。

除了高成本以外，市場上可獲得的亞硫酸鹽漿的供應(yīng)還逐漸萎縮。因此，這些漿非常昂貴，并且在漿和紙應(yīng)用中適用性有限，例如，在可能需要更高純度或更高粘度的漿的情況下。對于纖維素衍生物制造者，這些漿構(gòu)成了他們的總體制造成本的很大一部分。因此，存在對于這樣的纖維素材料的需要：生產(chǎn)相對廉價，而又是高度多功能性的，使其能夠用于各種各樣的下游應(yīng)用，如紙基產(chǎn)品和/或纖維素衍生物的生產(chǎn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明部分地基于這一出人意料的發(fā)現(xiàn)：用酸和/或堿然后用多元醇特別是甘油順序處理木質(zhì)纖維素材料產(chǎn)生了改性纖維素材料，所述改性纖維素材料保留可以使其用作用于生產(chǎn)紙基產(chǎn)品的纖維漿的纖維漿性質(zhì)。另外地或可選地，這種纖維素材料可以用于生產(chǎn)纖維素衍生物，如CMC。

在第一方面，本發(fā)明提供了一種用于生產(chǎn)改性纖維素材料的方法，其包括以下步驟：

(i)用酸和/或堿處理木質(zhì)纖維素材料；

(ii)用試劑處理步驟(i)的所述木質(zhì)纖維素材料，所述試劑包含多元醇、由多元醇組成或者基本上由多元醇組成；

由此產(chǎn)生改性纖維素材料。

在某些實施方式中，在步驟(i)中，(a)單獨用酸處理；(b)單獨用堿處理；(c)用酸然后用堿順序處理；或者(d)用堿然后用酸順序處理所述木質(zhì)纖維素材料。

適合地，所述酸選自硫酸、鹽酸、磷酸、氫氟酸、氫溴酸、硝酸、酸性金屬鹽及其任意組合。

優(yōu)選地，所述酸是硫酸。

適合地，所述堿選自氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化銨、堿金屬鹽及其任意組合。

優(yōu)選地，所述堿是氫氧化鈉。

在一個優(yōu)選實施方式中，步驟(i)包括將所述酸和/或堿蒸汽浸漬到所述木質(zhì)纖維素材料中和/或所述木質(zhì)纖維素材料上。

在一個優(yōu)選實施方式中，所述酸按所述木質(zhì)纖維素材料重量計以約0.1％至約5％的量存在。

在一個優(yōu)選實施方式中，所述堿按所述木質(zhì)纖維素材料重量計以約0.1％至約15％的量存在。

適合地，所述多元醇選自甘油、乙二醇及其任意組合。

優(yōu)選地，所述多元醇是甘油。

在一個實施方式中，所述甘油是或包含粗甘油。

適合地，步驟(i)在約20℃至約99℃或優(yōu)選約25℃至約75℃的溫度下進(jìn)行。

適合地，步驟(ii)在約120℃至約200℃的溫度下進(jìn)行。

優(yōu)選地，步驟(ii)在約160℃的溫度下進(jìn)行。

適合地，步驟(i)進(jìn)行約5分鐘至約30分鐘的時間段。

適合地，步驟(ii)進(jìn)行約15分鐘至約60分鐘的時間段。

適合地，步驟(ii)進(jìn)行約30分鐘的時間段。

在一個特別的實施方式中，步驟(i)進(jìn)一步包括在用所述酸和/或堿處理之后洗滌所述木質(zhì)纖維素材料，從而在步驟(ii)開始之前至少部分地除去所述酸和/或堿。

適合地，所述多元醇按所述木質(zhì)纖維素材料重量計以約10％至約200％的量存在。

在第二方面，本發(fā)明提供了一種通過第一方面的方法生產(chǎn)的改性纖維素材料。

在一個實施方式中，所述改性纖維素材料按該處理產(chǎn)生的固體材料的干重計具有約50％至約60％的纖維素收率。

在一個實施方式中，所述改性纖維素材料具有約50至約150的卡伯值。

在一個實施方式中，所述改性纖維素材料具有約5至約35mPa的溶液粘度。

在第三方面，本發(fā)明提供了一種生產(chǎn)紙基產(chǎn)品的方法，其包括處理根據(jù)第一方面的方法生產(chǎn)的改性纖維素材料以由此產(chǎn)生紙基產(chǎn)品的步驟。

在某些實施方式中，處理所述改性纖維素材料的步驟至少部分通過使所述改性纖維素材料與選自填充劑、上漿劑、漂白劑、漂白添加劑、螯合劑、濕強度添加劑、干強度添加劑、光學(xué)增白劑、著色劑、助留劑、涂層粘合劑及其任意組合的一種或多種試劑接觸而進(jìn)行。

在第四方面，本發(fā)明提供了一種生產(chǎn)纖維素衍生物的方法，其包括處理根據(jù)第一方面的方法生產(chǎn)的改性纖維素材料以由此產(chǎn)生所述纖維素衍生物的步驟。

在特別的實施方式中，所述纖維素衍生物選自纖維素醚、纖維素酯、粘膠纖維(viscose)和微晶纖維素。

在一個實施方式中，所述纖維素衍生物是或包含纖維素醚，所述纖維素醚選自乙基纖維素、甲基纖維素、羥丙基纖維素、羧甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素、羥乙基甲基纖維素及其任意組合。

在其中所述纖維素衍生物是或包含纖維素醚的一個實施方式中，處理所述改性纖維素材料的步驟包括使所述改性纖維素材料與選自氯甲烷、氯乙烷、環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷、氯乙酸及其任意組合的一種或多種試劑接觸以由此產(chǎn)生所述纖維素醚。

在一個實施方式中，所述纖維素衍生物是或包含纖維素酯，所述纖維素酯選自乙酸纖維素、三乙酸纖維素、丙酸纖維素、乙酸丙酸纖維素、乙酸丁酸纖維素、硫酸纖維素和硝酸纖維素。

在其中所述纖維素衍生物是或包含纖維素酯的一個實施方式中，處理所述改性纖維素材料的步驟包括使所述改性纖維素材料與選自乙酸、乙酸酐、丙酸、丁酸、硝酸、硫酸及其任意組合的一種或多種試劑接觸以由此產(chǎn)生所述纖維素酯。

在其中所述纖維素衍生物是或包含微晶纖維素的一個實施方式中，處理所述改性纖維素材料的步驟包括使所述改性纖維素材料與酸和/或堿接觸以由此產(chǎn)生微晶纖維素。

在其中所述纖維素衍生物是或包含粘膠纖維的一個實施方式中，處理所述改性纖維素材料的步驟包括使所述改性纖維素材料與選自氫氧化鈉和二硫化碳的一種或多種試劑接觸以由此產(chǎn)生粘膠纖維。

在第五方面，本發(fā)明提供了一種用于生產(chǎn)改性纖維素材料的設(shè)備，其包括：用于用酸和/或堿處理木質(zhì)纖維素材料的處理室，所述處理室與用于用試劑處理所述木質(zhì)纖維素材料的消化室連通，所述試劑包含多元醇、由多元醇組成或者基本上由多元醇組成。

適合地，所述處理室能夠用所述酸和/或堿浸漬所述木質(zhì)纖維素材料。

在某些實施方式中，所述設(shè)備還包括能夠汽蒸所述木質(zhì)纖維素材料，例如以使所述木質(zhì)纖維素材料潤濕和/或預(yù)熱的預(yù)處理室。

在一些實施方式中，所述設(shè)備還包括用于從液體部分分離至少部分所述改性纖維素材料的分離器。

適合地，所述設(shè)備適用于第一方面的方法中。

在整個本說明書中，除非另有說明，“包含(comprise)”、“含有(comprises)”和“包括(comprising)”包含性地而非排他性地使用，使得陳述的整體或整體組可以包括一個或多個其他未陳述的整體或整體組。相反，詞語“由……組成(consist)”、“由……組成(consists)”和“由……構(gòu)成(consisting)”排他性地使用，使得陳述的整體或整體組是必需的或強制的，并且不可以存在其他整體。短語“基本上由……組成”表示陳述的整體或整體組是必需的或強制的，但是不干涉或不造成陳述的整體或整體組的活動或作用的其他要素是任選的。

還應(yīng)認(rèn)識到，不定冠詞“一(a)”和“一(an)”并不讀作單數(shù)不定冠詞或者以其他方式排除比所述不定冠詞所指代的單個主體超出的一個或多個。例如，“一(a)”蛋白質(zhì)包括一個蛋白質(zhì)、一個或多個蛋白質(zhì)或多個蛋白質(zhì)。

附圖說明

僅僅是作為例子，參照隨附附圖在下文中更充分地描述本發(fā)明的實施方式，附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的設(shè)備的示意圖。

圖2顯示了實施例3的木質(zhì)纖維素材料相對于418磨漿能耗(refining energy)的游離度(freeness)(排水)。

圖3顯示了實施例3的木質(zhì)纖維素材料相對于418磨漿能耗的長度加權(quán)平均。

圖4顯示了實施例3的木質(zhì)纖維素材料相對于游離度的長度加權(quán)平均。

具體實施方式

本發(fā)明部分地由對生產(chǎn)改性纖維素材料的新型方法的確定而得出，所述改性纖維素材料可用于下游應(yīng)用中以生產(chǎn)紙基產(chǎn)品如卡紙等和/或纖維素衍生物。特別是，這些新型方法提供了對木質(zhì)纖維素材料的改進(jìn)處理以生產(chǎn)加工相對廉價而又是高度多功能以使其能夠用于各種各樣的下游應(yīng)用的纖維素漿或纖維。另外，本文所述的方法通常具有更低的投入成本并且比本領(lǐng)域此前描述的那些方法更有效。

因此，本文所公開的工藝提供了快速生產(chǎn)改性纖維素材料的方法，其對于使生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成有用的下游產(chǎn)品的經(jīng)濟性是重要的，所述下游產(chǎn)品然后可以用作用于生產(chǎn)綠色可再生生物基產(chǎn)品的基礎(chǔ)。本文所公開的工藝可以節(jié)約大量消化時間。所述工藝的關(guān)鍵特征包括：單階段連續(xù)過程；短共振時間(resonance time)；低溫和低壓；低成本可循環(huán)試劑；經(jīng)證實的可放大和有效的處理；以及適合于非木質(zhì)和木質(zhì)原料二者。

在一個方面，本發(fā)明提供了一種用于生產(chǎn)改性纖維素材料的方法，其包括以下步驟：

(i)用酸和/或堿處理木質(zhì)纖維素材料；

(ii)用試劑處理步驟(i)的所述木質(zhì)纖維素材料，所述試劑包含多元醇、由多元醇組成或者基本上由多元醇組成；

由此產(chǎn)生改性纖維素材料。

如本文所用，“改性纖維素材料”是指從根據(jù)本公開的木質(zhì)纖維素材料(其已經(jīng)經(jīng)過處理(例如，水解、烹煮等))處理得到的材料。

如本文所用，術(shù)語“木質(zhì)纖維素的”或“木質(zhì)纖維素”是指包含木質(zhì)素和/或纖維素的材料。木質(zhì)纖維素材料還可以包含半纖維素、木聚糖、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、碳水化合物如淀粉和/或糖，或其任意組合。木質(zhì)纖維素材料可以源自存活的或者此前存活的植物材料(例如，木質(zhì)纖維素生物質(zhì))。如本文所用，“生物質(zhì)”是指任何木質(zhì)纖維素材料并且可以用作能量來源。

木質(zhì)纖維素材料的來源可以決定纖維素纖維的特性，并且因此決定纖維對于某些終端用途的適用性。在這一方面，木質(zhì)纖維素材料(例如，木質(zhì)纖維素生物質(zhì))可以源自單一材料或者材料的組合和/或可以是未改性和/或改性的。木質(zhì)纖維素材料可以是轉(zhuǎn)基因的(即，遺傳修飾的)。木質(zhì)纖維素通常存在于，例如，植物的纖維、漿、莖(stem)、葉、殼(hull)、桿(cane)、外皮(husk)和/或穗軸中或者樹和/或灌木(bush)的纖維、葉、枝、樹皮和/或木材中。木質(zhì)纖維素材料的實例包括但不限于農(nóng)業(yè)生物質(zhì)，例如農(nóng)作物和/或林業(yè)材料和/或殘渣，枝，灌木(bush)，桿(cane)，森林，谷物，草，短期輪作木本作物，草本作物和/或葉；能源作物，例如，玉米，小米和/或大豆；能源作物殘渣；造紙廠殘渣；鋸木廠殘渣；城市紙張廢棄物；果園修剪殘枝；濃密常綠闊葉灌叢(chaparral)；木材廢棄物；木片；森林采運廢棄物；森林疏伐產(chǎn)物；短期輪作木本作物；甘蔗渣(bagasse)，如甘蔗的甘蔗渣(sugar cane bagasse)和/或高粱渣(sorghum bagasse)，浮萍；小麥秸；燕麥秸；水稻秸；大麥秸；黑麥秸；亞麻秸；大豆皮；水稻殼；水稻秸；煙草；玉米麩質(zhì)進(jìn)料；燕麥殼；玉米仁；來自籽粒的纖維；玉米秸稈；玉米稈；玉米穗軸；玉米皮；油菜；芒屬植物；能源甘蔗；草甸草；鴨茅狀磨擦禾；狐尾草；甜菜漿；柑橘果實漿；籽殼；草坪修剪物；棉，海藻；樹；灌木(shrub)；小麥；小麥秸；谷物濕磨或干磨的產(chǎn)物和/或副產(chǎn)物；庭院廢棄物；植物和/或樹木廢棄產(chǎn)物；草本材料和/或作物；森林；果實；花；針葉；圓木；根；樹苗；灌木(shrub)；柳枝稷；蔬菜；果皮；藤；小麥麥麩(wheat midling)；燕麥殼；硬木和軟木；或其任意組合。

對于本發(fā)明，所述木質(zhì)纖維素材料可以已經(jīng)通過選自紙漿制造設(shè)施、樹木收割企業(yè)、甘蔗工廠或其任意組合的加工者加工。

適合地，用于本文所述的方法的木質(zhì)纖維素材料源自軟木纖維、硬木纖維、草纖維和/或其混合物。

在一個實施方式中，所述木質(zhì)纖維素材料是或包含一年生草。

在一個實施方式中，所述木質(zhì)纖維素材料包含來自藍(lán)桉(Eucalyptus globulus)或亮果桉(Eucalyptus nitans)的木片、材料和/或殘渣。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，對所述木質(zhì)纖維素材料的處理可以導(dǎo)致其水解，包括部分水解。

“水解”意味著使所述木質(zhì)纖維素材料保持在一起的化學(xué)鍵的裂解或斷裂。例如，水解可以包括，但不限于，使糖(saccharide)(即，糖(sugar))連接在一起的糖苷鍵的斷裂或裂解，并且也稱為糖化。在一些實施方式中，木質(zhì)纖維素材料可以包含纖維素和/或半纖維素。纖維素是葡聚糖，其是多糖。多糖是由通過糖苷鍵連接在一起的糖重復(fù)單元(例如，單糖或二糖)構(gòu)成的聚合化合物。糖重復(fù)單元可以相同(即，同質(zhì)的)以獲得同多糖，或者可以不同(即，異質(zhì)的)以獲得雜多糖。纖維素可以經(jīng)歷水解以形成纖維糊精(即，比在水解反應(yīng)之前的多糖單元更短的多糖單元)和/或葡萄糖(即，單糖)。半纖維素是雜多糖并且可以包括多糖(包括但不限于木聚糖、葡糖醛酸木聚糖、阿拉伯木聚糖、葡甘露聚糖和木葡聚糖)。半纖維素可以經(jīng)歷水解以形成更短的多糖單元和/或單糖，所述單糖包括但不限于戊糖、木糖、甘露糖、葡萄糖、半乳糖、鼠李糖、阿拉伯糖或其任意組合。

在一個實施方式中，本發(fā)明的方法部分地水解所述木質(zhì)纖維素材料。如本文所用，“部分的水解”或“部分地水解”及其任意語法變體是指水解反應(yīng)裂解或斷裂少于100％的使所述木質(zhì)纖維素材料保持在一起的化學(xué)鍵。

在本發(fā)明的其他實施方式中，所述水解反應(yīng)裂解或斷裂少于100％的所述木質(zhì)纖維素材料中存在的纖維素和/或半纖維素的糖苷鍵。在一些實施方式中，所述部分水解反應(yīng)可以使少于約20％、15％、10％或5％的纖維素轉(zhuǎn)化成葡萄糖。在本發(fā)明的另一些實施方式中，所述部分水解反應(yīng)可以使少于約20％、15％、10％或5％的半纖維素轉(zhuǎn)化成單糖。單糖的實例包括但不限于木糖、葡萄糖、甘露糖、半乳糖、鼠李糖和阿拉伯糖。另外，所述部分水解反應(yīng)可以使得與在用本文描述的方法處理之前所述木質(zhì)纖維素材料中存在的葡聚糖的量相比，回收超過約80％、85％、90％或95％的所述改性纖維素材料中存在的葡聚糖。

在本發(fā)明的一些實施方式中，所述部分水解反應(yīng)可以使得與在用本方面的方法處理之前所述木質(zhì)纖維素材料中存在的木聚糖的量相比，回收超過約40％、35％、30％、25％、20％、15％、10％或5％的所述改性纖維素材料中的木聚糖。

如本領(lǐng)域技術(shù)人員所容易理解的，本文描述的方法可以分解和/或除去所述木質(zhì)纖維素材料中存在的木質(zhì)素。通過使所述木質(zhì)纖維素材料保持在一起的化學(xué)鍵的水解，可以從所述木質(zhì)纖維素材料除去木質(zhì)素。因此，在本發(fā)明的一些實施方式中，所述方法使得與在用所述方法處理之前所述木質(zhì)纖維素材料中存在的木質(zhì)素的量相比，除去所述改性纖維素材料中約80％或更少(例如，約80％、75％、70％、65％、60％、55％、50％、45％、40％、35％、30％、25％、20％等)或其中任何范圍的木質(zhì)素。在一些實施方式中，所述方法使得與在用本方面的方法處理之前所述木質(zhì)纖維素材料中存在的木質(zhì)素的量相比，回收所述改性纖維素材料中約20％或更多(例如，約20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％等)或其中任何范圍的木質(zhì)素。

而且，本文描述的方法可以影響所述木質(zhì)纖維素材料的結(jié)構(gòu)。例如，所述方法可以導(dǎo)致使所述木質(zhì)纖維素材料中纖維的解離，增加所述木質(zhì)纖維素材料的孔隙度，增加所述木質(zhì)纖維素材料的比表面積，或其任意組合。在一些實施方式中，所述方法通過例如使一部分纖維素從晶態(tài)改變成無定型態(tài)而降低纖維素結(jié)構(gòu)的結(jié)晶度。

如本文所用，“處理(treating)”或“處理(treatment)”可以是指例如接觸、浸泡(soaking)、蒸汽浸漬(steam impregnating)、噴霧、混懸、浸沒(immersing)、飽和、蘸(dipping)、濕潤、漂洗、洗滌、淹沒(submerging)和/或其任意變型和/或組合。

適合地，對于步驟(i)，所述木質(zhì)纖維素材料用酸處理。

本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解，如本文所用，術(shù)語“酸”是指可以與堿反應(yīng)以形成鹽的pH小于7的各種水溶性化合物。酸的實例可以是單質(zhì)子的或多質(zhì)子的并且可以包含一個、兩個、三個或更多個酸官能團。酸的實例包括但不限于礦物酸、路易斯酸、酸性金屬鹽、有機酸、固體酸、無機酸或其任意組合。具體的酸包括但不限于鹽酸、硫酸、磷酸、氫氟酸、氫溴酸、氫碘酸、硝酸、甲酸、乙酸、甲磺酸、甲苯磺酸、三氟化硼二乙醚、三氟甲磺酸鈧(III)、異丙醇鈦(IV)、氯化錫(IV)、溴化鋅(II)、氯化鐵(II)、氯化鐵(III)、氯化鋅(II)、氯化銅(I)、溴化銅(I)、氯化銅(II)、溴化銅(II)、氯化鋁、氯化鉻(II)、氯化鉻(III)、氯化釩(III)、氯化鉬(III)、氯化鈀(II)、氯化鉑(II)、氯化鉑(IV)、氯化釕(III)、氯化銠(III)、沸石、活化沸石或其任意組合。

優(yōu)選地，所述酸選自硫酸、鹽酸、磷酸、氫氟酸、氫溴酸、硝酸、酸性金屬鹽及其任意組合。

甚至更優(yōu)選地，所述酸是硫酸。

適合地，對于步驟(i)，所述木質(zhì)纖維素材料用堿處理。

如本領(lǐng)域技術(shù)人員所容易理解的，如本文所用，“堿”是指可以與酸反應(yīng)以形成鹽的pH大于7的各種水溶性化合物。舉例而言，堿可以包括但不限于氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化銨、氫氧化鎂和堿金屬鹽，例如但不限于，碳酸鈉和碳酸鉀。

優(yōu)選地，所述堿選自氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化銨、堿金屬鹽及其任意組合。

甚至更優(yōu)選地，所述堿是氫氧化鈉。

在某些實施方式中，在步驟(i)中，所述木質(zhì)纖維素材料(a)單獨用酸處理；(b)單獨用堿處理；(c)用酸然后用堿順序處理；或者(d)用堿然后用酸順序處理。

在一個特別優(yōu)選的實施方式中，步驟(i)包括將所述酸和/或堿蒸汽浸漬到所述木質(zhì)纖維素材料中和/或所述木質(zhì)纖維素材料上。在一些實施方式中，所述木質(zhì)纖維素材料在蒸汽浸漬所述酸和/或堿之前首先預(yù)汽蒸以使得其被蒸汽潤濕和預(yù)熱。在這方面，預(yù)汽蒸通常使得所述木質(zhì)纖維素材料內(nèi)的空腔(如木片內(nèi)的毛細(xì)管)變得至少部分被液體填充。蒸汽處理可以進(jìn)一步使得所述木質(zhì)纖維素材料內(nèi)的空氣膨脹和至少部分地從其排出。然后，接著對預(yù)汽蒸的木質(zhì)纖維素材料蒸汽浸漬可以使得所述木質(zhì)纖維素材料的空腔內(nèi)的液體被所述酸和/或堿替代?；蛘?，可以進(jìn)行所述酸和/或堿的蒸汽浸漬而不首先預(yù)汽蒸所述木質(zhì)纖維素材料。

在其他實施方式中，可以在步驟(i)中用一種或多種酸和/或堿處理所述木質(zhì)纖維素材料。例如，可以用1、2、3、4、5或更多種酸和/或堿處理所述木質(zhì)纖維素材料。

對于步驟(i)，所述酸可以按所述木質(zhì)纖維素材料重量計以約0.1％至約5％或其中任意范圍的量存在，例如但不限于約0.3％至約3％，或約0.5％至約1％。在本發(fā)明的特別實施方式中，酸和/或堿在步驟(i)中以按所述木質(zhì)纖維素材料重量計約0.1％，0.2％，0.3％，0.4％，0.5％，0.6％，0.7％，0.8％，0.9％，1％，1.25％，1.5％，1.75％，2％，2.25％，2.5％，2.75％，3％，3.25％，3.5％，3.75％，4％，4.25％，4.5％，4.75％，5％或其中任意范圍的量存在。在本發(fā)明的某些實施方式中，酸和/或堿在步驟(i)中按所述木質(zhì)纖維素材料重量計以約0.5％至約2％的量存在。

對于步驟(i)，所述堿可以按所述木質(zhì)纖維素材料重量計以約0.1％至約15％或其中任意范圍的量存在，例如但不限于約0.3％至約13％，或約1％至約10％。在本發(fā)明的特別實施方式中，酸和/或堿在步驟(i)中按所述木質(zhì)纖維素材料重量計以約0.1％，0.2％，0.3％，0.4％，0.5％，0.6％，0.7％，0.8％，0.9％，1％，1.25％，1.5％，1.75％，2％，2.25％，2.5％，2.75％，3％，3.25％，3.5％，3.75％，4％，4.25％，4.5％，4.75％，5％，5.25％，5.5％，5.75％，6％，6.25％，6.5％，6.75％，7％，7.25％，7.5％，7.75％，8％，8.25％，8.5％，8.75％，9％，9.25％，9.5％，9.75％，10％，10.25％，10.5％，10.75％，11％，11.25％，11.5％，11.75％，12％，12.25％，12.5％，12.75％，13％，13.25％，13.5％，13.75％，14％，14.25％，14.5％，14.75％，15％或其中任意范圍的量存在。在本發(fā)明的某些實施方式中，堿在步驟(i)中按所述木質(zhì)纖維素材料重量計以約5％至約15％的量存在。

在特別的實施方式中，步驟(i)進(jìn)一步包括在用所述酸和/或堿處理之后洗滌所述木質(zhì)纖維素材料，從而在步驟(ii)開始之前至少部分地除去所述酸和/或堿。

在這方面，洗滌可以用洗滌溶液和/或水進(jìn)行。所述木質(zhì)纖維素材料可以用水和/或洗滌溶液洗滌一次或多次，如2次、3次、4次或更多次。優(yōu)選地，如果所述木質(zhì)纖維素材料已經(jīng)在步驟(i)中用酸處理，則之后用堿性洗滌溶液(即，pH大于7)和/或水洗滌。優(yōu)選地，如果所述木質(zhì)纖維素材料已經(jīng)在步驟(i)中用堿處理，則之后用酸性洗滌溶液(即，pH小于7)和/或水洗滌。另外，可以在步驟(i)中用酸或堿處理之后用水洗滌所述木質(zhì)纖維素材料一次或多次，然后用堿性或酸性洗滌溶液分別洗滌所述木質(zhì)纖維素材料一次或多次，接著任選地再用水洗滌所述木質(zhì)纖維素材料一次或多次。在一次或多次水和/或洗滌溶液洗滌后，在本文描述的方法的步驟(ii)中用試劑處理之前，所述木質(zhì)纖維素材料可以通過如但不限于真空過濾、膜過濾、篩過濾、部分或粗分離或其任意組合的方法從水和/或洗滌溶液分離。

如本文所用，術(shù)語“多元醇”是指含有多個羥基的醇。本發(fā)明的多元醇的實例包括但不限于1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、甘油、2,3-丁二醇、1,3-丁二醇、2-甲基-1,3-丙二醇、1,2-戊二醇、1,3-戊二醇、1,4-戊二醇、1,5-戊二醇、2,2-二甲基-1,3-丙二醇、2-甲基-1,4-丁二醇、2-甲基-1,3-丁二醇、1,1,1-三羥甲基乙烷、3-甲基-1,5-戊二醇、1,1,1-三羥甲基丙烷、1,7-庚二醇、2-乙基-1,6-己二醇、1,9-壬二醇、1,11-十一二醇、二乙二醇、三乙二醇、寡乙二醇、2,2'-硫二甘醇、從1,2-環(huán)氧丙烷制備的二甘醇或多甘醇、丙二醇、乙二醇、山梨糖醇、二丁二醇、三丁二醇、四丁二醇、二己烯醚二醇(dihexylene ether glycol)、三己烯醚二醇(trihexylene ether glycol)、四己烯醚二醇(tetrahexylene ether glycol)、1,4-環(huán)己二醇、1,3-環(huán)己二醇或其任意組合。

優(yōu)選地，所述多元醇選自甘油、乙二醇及其任意組合。

甚至更優(yōu)選地，所述多元醇是甘油。

所述多元醇可以以純(例如，精制的或工業(yè)級的)或不純(例如，粗的或粗純化的)的形式存在。在本發(fā)明的某些實施方式中，多元醇具有約70％至約99.9％或其中任意范圍的純度，例如但不限于約80％至約99.9％，或約80％至約97％。在本發(fā)明的特別實施方式中，多元醇的純度為約70％，71％，72％，73％，74％，75％，76％，77％，78％，79％，80％，81％，82％，83％，84％，85％，86％，87％，88％，89％，90％，91％，92％，93％，94％，95％，96％，97％，98％，99％，99.1％，99.2％，99.3％，99.4％，99.5％，99.6％，99.7％，99.8％，99.9％或其中任意范圍。多元醇的純度形式或級別(例如，精制的、粗的或粗純化的)可以是，但不限于，從生物柴油生產(chǎn)工藝作為副產(chǎn)物產(chǎn)生的純度級別。在本發(fā)明的特別實施方式中，所述多元醇是純的形式(例如，具有99％或更高的純度)，而在其他實施方式中，多元醇是粗的形式(例如，具有約70％至約98％的純度)。

在一個實施方式中，所述甘油是或包含粗甘油。粗甘油通常含有甘油、甲醇、無機鹽、水、油或脂肪、皂和其他“污染物”。粗甘油可以通過各種天然和合成工藝產(chǎn)生。例如，粗甘油可以在生物柴油生產(chǎn)工藝過程中產(chǎn)生。另外，粗甘油可以在皂化(例如，從油或脂肪制造肥皂或蠟燭)工藝過程中產(chǎn)生。作為生物柴油生產(chǎn)的副產(chǎn)物產(chǎn)生的粗甘油通常具有約40-90％的甘油含量，并且可以被部分地精制以除去或減少雜質(zhì)，如甲醇、水、鹽和皂。部分精制可以使甘油含量增加到高達(dá)約90％甘油，更特別地高達(dá)約95％甘油，和在某些情況下，高達(dá)約97％甘油，接近與工業(yè)級甘油相關(guān)的純度。在本發(fā)明的特別實施方式中，粗甘油的甘油含量為約40％，41％，42％，43％，44％，45％，46％，47％，48％，49％，50％，51％，52％，53％，54％，55％，56％，57％，58％，59％，60％，61％，62％，63％，64％，65％，66％，67％，68％，69％，70％，71％，72％，73％，74％，75％，76％，77％，78％，79％，80％，81％，82％，83％，84％，85％，86％，87％，88％，89％，90％，91％，92％，93％，94％，95％，96％，97％或其中任意范圍。

另外，可以使本發(fā)明的粗甘油進(jìn)行一個或多個過程以使其更適合和/或更有利于在不使其轉(zhuǎn)化成“純”或工業(yè)級/精制(例如，大于>97％純度)的甘油的情況下用于本發(fā)明中。例如，可以使用于本發(fā)明的方法的粗甘油進(jìn)行過濾步驟以除去固體物質(zhì)和其他大團塊。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識到，用于本發(fā)明的方法的甘油可以包含粗甘油與精制(例如，大于97％純度)甘油的混合物。根據(jù)某些實施方式，粗甘油的量按粗甘油與工業(yè)級甘油的總混合物的重量計可以是至少5重量％、更特別地至少25重量％、甚至更特別地至少50重量％、又甚至更特別地至少70重量％或還甚至更特別地至少95重量％。根據(jù)其他實施方式，所述甘油基本上包含100％粗甘油。

優(yōu)選地，一種或多種多元醇可以存在于所述試劑中。優(yōu)選地，1、2、3、4、5或更多種多元醇可以存在于所述試劑中。多元醇可以按所述試劑重量計以約1％至約99％或其中任意范圍的量存在于所述試劑中，例如但不限于按所述試劑重量計約1％至約80％、約10％至約50％、約15％至約35％、約20％至約99％、約40％至約99％或約80至約97％。在本發(fā)明的特別實施方式中，多元醇按所述試劑重量計以約1％，2％，3％，4％，5％，6％，7％，8％，9％，10％，11％，12％，13％，14％，15％，16％，17％，18％，19％，20％，21％，22％，23％，24％，25％，26％，27％，28％，29％，30％，31％，32％，33％，34％，35％，36％，37％，38％，39％，40％，41％，42％，43％，44％，45％，46％，47％，48％，49％，50％，51％，52％，53％，54％，55％，56％，57％，58％，59％，60％，61％，62％，63％，64％，65％，66％，67％，68％，69％，70％，71％，72％，73％，74％，75％，76％，77％，78％，79％，80％，81％，82％，83％，84％，85％，86％，87％，88％，89％，90％，91％，92％，93％，94％，95％，96％，97％，98％，99％，100％或其中任意范圍的量存在于所述試劑中。在本發(fā)明特別優(yōu)選的實施方式中，所述多元醇按所述試劑重量計以約80％至約100％的量存在。

對于其中步驟(ii)的試劑包含少于99.9重量％的多元醇的那些實施方式，所述試劑可以進(jìn)一步包含例如水、酸或堿。然而，在所述試劑進(jìn)一步包含酸的情況下，所述酸按所述試劑重量計以不超過約0.1％的量存在。如本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識到的，按所述試劑重量計不超過0.1％的這個酸量不包括可以隨后與步驟(ii)中的所述試劑混合的在步驟(i)中的酸處理后保留在所述木質(zhì)纖維素材料中和/或所述木質(zhì)纖維素材料上的任何殘余酸。

對于步驟(ii)，所述試劑優(yōu)選按所述木質(zhì)纖維素材料重量計以約10％至約200％或其中任意范圍的量(即，所述試劑與木質(zhì)纖維素材料的比率)存在，例如但不限于約20％至約150％，約30％至約100％，或約50％至約70％。在特別的實施方式中，所述試劑按所述木質(zhì)纖維素材料重量計以約10％，11％，12％，13％，14％，15％，16％，17％，18％，19％，20％，21％，22％，23％，24％，25％，26％，27％，28％，29％，30％，31％，32％，33％，34％，35％，36％，37％，38％，39％，40％，41％，42％，43％，44％，45％，46％，47％，48％，49％，50％，51％，52％，53％，54％，55％，56％，57％，58％，59％，60％，61％，62％，63％，64％，65％，66％，67％，68％，69％，70％，71％，72％，73％，74％，75％，76％，77％，78％，79％，80％，81％，82％，83％，84％，85％，86％，87％，88％，89％，90％，91％，92％，93％，94％，95％，96％，97％，98％，99％，100％，101％，102％，103％，104％，105％，106％，107％，108％，109％，110％，111％，112％，113％，114％，115％，116％，117％，118％，119％，120％，121％，122％，123％，124％，125％，126％，127％，128％，129％，130％，131％，132％，133％，134％，135％，136％，137％，138％，139％，140％，141％，142％，143％，144％，145％，146％，147％，148％，149％，150％，151％，152％，153％，154％，155％，156％，157％，158％，159％，160％，161％，162％，163％，164％，165％，166％，167％，168％，169％，170％，171％，172％，173％，174％，175％，176％，177％，178％，179％，180％，181％，182％，183％，184％，185％，186％，187％，188％，189％，190％，191％，192％，193％，194％，195％，196％，197％，198％，199％，200％或其中任意范圍存在。

適合地，步驟(i)在約20℃至約99℃、優(yōu)選約25℃至約75℃或其中任意范圍的溫度下進(jìn)行，例如但不限于約20℃至約90℃或約25℃至約80℃。在特別的實施方式中，步驟(i)在約21℃，22℃，23℃，24℃，25℃，26℃，27℃，28℃，29℃，30℃，31℃，32℃，33℃，34℃，35℃，36℃，37℃，38℃，39℃，40℃，41℃，42℃，43℃，44℃，45℃，46℃，47℃，48℃，49℃，50℃，51℃，52℃，53℃，54℃，55℃，56℃，57℃，58℃，59℃，60℃，61℃，62℃，63℃，64℃，65℃，66℃，67℃，68℃，69℃，70℃，71℃，72℃，73℃，74℃，75℃，76℃，77℃，78℃，79℃，80℃，81℃，82℃，83℃，84℃，85℃，86℃，87℃，88℃，89℃，90℃，91℃，92℃，93℃，94℃，95℃，96℃，97℃，98℃和99℃的溫度下進(jìn)行。

適合地，步驟(ii)在約100℃至約220℃或其中任意范圍的溫度下進(jìn)行，例如但不限于約120℃至約200℃、約140℃至約180℃或約150℃至約170℃。在特別的實施方式中，步驟(ii)在約100℃，101℃，102℃，103℃，104℃，105℃，106℃，107℃，108℃，109℃，110℃，111℃，112℃，113℃，114℃，115℃，116℃，117℃，118℃，119℃，120℃，121℃，122℃，123℃，124℃，125℃，126℃，127℃，128℃，129℃，130℃，131℃，132℃，133℃，134℃，135℃，136℃，137℃，138℃，139℃，140℃，141℃，142℃，143℃，144℃，145℃，146℃，147℃，148℃，149℃，150℃，151℃，152℃，153℃，154℃，155℃，156℃，157℃，158℃，159℃，160℃，161℃，162℃，163℃，164℃，165℃，166℃，167℃，168℃，169℃，170℃，171℃，172℃，173℃，174℃，175℃，176℃，177℃，178℃，179℃，180℃，181℃，182℃，183℃，184℃，185℃，186℃，187℃，188℃，189℃，190℃，191℃，192℃，193℃，194℃，195℃，196℃，197℃，198℃，199℃，200℃，201℃，202℃，203℃，204℃，205℃，206℃，207℃，208℃，209℃，210℃，211℃，212℃，213℃，214℃，215℃，216℃，217℃，218℃，219℃，220℃或其中任意范圍的溫度下進(jìn)行。在某些優(yōu)選實施方式中，步驟(ii)在約160℃的溫度下進(jìn)行。如本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)充分理解的，步驟(i)和(ii)可以在不同溫度下進(jìn)行。

步驟(i)優(yōu)選進(jìn)行約5分鐘至約30分鐘或其中任意范圍的時間段，例如但不限于約5分鐘至約25分鐘或約10分鐘至約15分鐘。在某些實施方式中，步驟(i)進(jìn)行約1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，15，16，17，18，19，20，21，22，23，24，25，26，27，28，29，30分鐘或其中任意范圍的時間段。在特別優(yōu)選的實施方式中，步驟(i)進(jìn)行約10分鐘的時間段。

步驟(ii)優(yōu)選執(zhí)行或進(jìn)行約5分鐘至約120分鐘或其中任意范圍的時間段，例如但不限于約15分鐘至約60分鐘或約20分鐘至約40分鐘。在某些實施方式中，步驟(ii)進(jìn)行約1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，15，16，17，18，19，20，21，22，23，24，25，26，27，28，29，30，31，32，33，34，35，36，37，38，39，40，41，42，43，44，45，46，47，48，49，50，51，52，53，54，55，56，57，58，59，60，61，62，63，64，65，66，67，68，69，70，71，72，73，74，75，76，77，78，79，80，81，82，83，84，85，86，87，88，89，90，91，92，93，94，95，96，97，98，99，100，101，102，103，104，105，106，107，108，109，110，111，112，113，114，115，116，117，118，119，120分鐘或其中任意范圍的時間段。在特別優(yōu)選的實施方式中，步驟(ii)進(jìn)行約30分鐘的時間段。

在通過本文描述的方法處理所述木質(zhì)纖維素材料之后，可以通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何手段從液體部分分離所得改性纖維素材料。從所述液體部分分離所述改性纖維素材料的方法可以包括但不限于真空過濾、膜過濾、篩過濾、部分或粗分離或者其任意組合。分離步驟可以產(chǎn)生液體部分(即，濾液或水解產(chǎn)物)和固體殘留部分(即，所述改性纖維素材料)。在本發(fā)明的一些實施方式中，在分離之前和/或在分離之后將水加入到所述改性纖維素材料。因此，所述改性纖維素材料可以包括來自處理過程的試劑、殘余酸、殘余堿和/或副產(chǎn)物，例如但不限于多元醇、甘油殘余物和從處理過程產(chǎn)生的產(chǎn)物。

任選地，在用本文描述的方法處理所述木質(zhì)纖維素材料之后，可以用洗滌溶液洗滌所述改性纖維素材料。洗滌溶液可以包含酸性溶液、堿性溶液和/或有機溶劑，但不限于此。

在另一方面，本發(fā)明提供了一種通過前述方法生產(chǎn)的改性纖維素材料。

如本領(lǐng)域技術(shù)人員所容易理解的，本文描述的方法可以用于將木質(zhì)纖維素材料(例如，生物質(zhì))加工成改性纖維素材料，其然后可用于生產(chǎn)眾多有用的有機化學(xué)品和產(chǎn)品。不受限于理論，據(jù)信本文描述的改性纖維素材料為醚化或酯化成最終產(chǎn)物(例如羧甲基纖維素、甲基纖維素、羥丙基纖維素等等)提供額外的活性位點，同時降低粘度和聚合度而不造成明顯的黃變或變色，因此使得能夠生產(chǎn)可用于造紙和纖維素衍生物二者的纖維素材料。因此，在一個實施方式中，所述改性纖維素材料適合用于生產(chǎn)紙基產(chǎn)品和/或纖維素衍生物。

在一個實施方式中，所述改性纖維素材料按處理所得的固體材料的干重計具有約50％至約60％的纖維素收率。

在一個實施方式中，所述改性纖維素材料是或包含約70％至約90％含量的α纖維素。在纖維素種類中，α纖維素具有最高的聚合度并且最穩(wěn)定。因此，α纖維素是木材和紙漿的主要組分。通過將所述改性纖維素材料浸泡在約5％至約25％(通常為約17％至約18％)氫氧化鈉(NaOH)溶液中，可以使其與其他組分如半纖維素分離。因此，在一個實施方式中，所述改性纖維素材料中的半纖維素能夠基本上溶解在約5至約25％的NaOH，優(yōu)選約18％的NaOH中。剩余的純白色α纖維素是不溶性的，并且可以在用于生產(chǎn)紙或纖維素聚合物之前從所述溶液過濾和洗滌。紙中高百分比的α纖維素通常提供穩(wěn)定的、耐久的材料。

適合地，所述改性纖維素材料具有約50至約150的卡伯值。在特別的實施方式中，所述卡伯值為約50，51，52，53，54，55，56，57，58，59，60，61，62，63，64，65，66，67，68，69，70，71，72，73，74，75，76，77，78，79，80，81，82，83，84，85，86，87，88，89，90，91，92，93，94，95，96，97，98，99，100，101，102，103，104，105，106，107，108，109，110，111，112，113，114，115，116，117，118，119，120，121，122，123，124，125，126，127，128，129，130，131，132，133，134，135，136，137，138，139，140，141，142，143，144，145，146，147，148，149，150或其中任意范圍。在其中所述改性纖維素材料源自通過本文描述的方法用堿處理的木質(zhì)纖維素材料的一個實施方式中，所述卡伯值為約50至約70。在其中所述改性纖維素材料源自通過本文描述的方法用酸處理的木質(zhì)纖維素材料的一個實施方式中，所述卡伯值為約90至約150。

如本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識到的，所述卡伯值提供了在木漿漂白過程中獲得具有給定白度的漿所需要的化學(xué)品的量的估值。為此，較高卡伯值的纖維素材料通常需要更高量的漂白劑以達(dá)到目標(biāo)最終白度水平。由于所需漂白劑的量與漿的木質(zhì)素含量相關(guān)，卡伯值大致與纖維素材料的殘余木質(zhì)素含量成比例?？ú档臏y量傳統(tǒng)上按照TAPPI標(biāo)準(zhǔn)方法T236作為實驗室分析完成，該方法使用碘化鉀對殘余高錳酸鹽的返滴定。對于本發(fā)明，所述卡伯值可以通過本領(lǐng)域已知的任何方法測量。

在一個實施方式中，所述改性纖維素材料具有約5至約35mPa的溶液粘度。如本文所用，“溶液粘度”因其與纖維素材料相關(guān)而指示可從其產(chǎn)生的纖維素溶液的粘度，并在這種情況下提供其中的纖維素的平均聚合度的指示。這種測試因此通常指示處理過程導(dǎo)致的相對降解(即，纖維素分子量的降低)。舉例而言，其中的纖維素的分子量可以通過測定所述改性纖維素材料的銅氨(CuAm)溶液的粘度而估計。然而，如本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解的，所述改性纖維素材料的粘度可以通過本領(lǐng)域已知的任何方法測量。

在另一方面，本發(fā)明提供了一種生產(chǎn)紙基產(chǎn)品的方法，其包括處理根據(jù)前述方法生產(chǎn)的改性纖維素材料以由此產(chǎn)生紙基產(chǎn)品的步驟。

如本文所用，術(shù)語“紙基產(chǎn)品”包括從漿或纖維性纖維素材料制成的片狀團塊(sheet-like masses)和折疊產(chǎn)品。所述紙基產(chǎn)品至少部分地源自本文描述的改性纖維素材料。因此，所述紙基產(chǎn)品也可以部分地從可替代的纖維素材料來源(如天然或合成纖維素纖維和再生纖維素以及回收廢紙)制得。

在特別的實施方式中，所述改性纖維素材料在所述紙基產(chǎn)品中提供改善的產(chǎn)品特性，如前文描述的那些。

在某些實施方式中，本發(fā)明的改性纖維素材料可以在具有或不具有進(jìn)一步改性的情況下用于生產(chǎn)紙基產(chǎn)品，包括但不限于紙、卡紙、紙板、紙巾、手紙和餐巾紙。在一個特別的實施方式中，本文描述的改性纖維素材料用于生產(chǎn)瓦楞原紙和/或瓦楞纖維板。

常規(guī)已知的造紙是以下過程：將漿或木材纖維素纖維(其已經(jīng)被敲打或精制以達(dá)到一定的纖維水合水平，并且可以向其加入各種各樣的功能性添加劑)的水性漿料以使得水被除去的方式引入到篩網(wǎng)或類似裝置上(例如，引入到如長網(wǎng)造紙機(Fourdrinier)工藝中的成型絲網(wǎng)上，或者引入到旋轉(zhuǎn)滾筒上)，由此形成固結(jié)纖維的片材，其在壓榨和干燥時可以加工成干燥的卷或片形式。通常在造紙中，造紙機的進(jìn)料或進(jìn)入物是漿纖維的水性漿料或水混懸體，其從所謂的“濕端”系統(tǒng)提供。在該濕端，漿與其他添加劑一起在水性漿料中混合并且進(jìn)行機械和其他操作如敲打和精制。應(yīng)認(rèn)識到，處理所述改性纖維素材料以生產(chǎn)所述紙基產(chǎn)品的步驟可以通過本領(lǐng)域已知的任何造紙技術(shù)進(jìn)行。

可以加入各種添加劑以幫助提供或促進(jìn)所述紙基產(chǎn)品中的不同性質(zhì)。因此，在一些實施方式中，處理所述改性纖維素材料以生產(chǎn)所述紙基產(chǎn)品的步驟至少部分地通過使所述改性纖維素材料與選自以下的一種或多種試劑接觸而進(jìn)行：填充劑(例如，陶土、碳酸鈣、二氧化鈦、滑石)、上漿劑(例如，烷基烯酮二聚體、烯基琥珀酸酐、淀粉、松香、樹膠)、漂白劑(例如，連二亞硫酸鈉、二氧化氯、過氧化氫、臭氧)、漂白添加劑(例如，硅酸鈉)、螯合劑(例如，EDTA、DTPA)、濕強度添加劑(例如，環(huán)氧氯丙烷、三聚氰胺、脲甲醛、多亞胺)、干強度添加劑(例如，陽離子淀粉和聚丙烯酰胺(PAM)衍生物)、光學(xué)增白劑(例如，雙(三嗪氨基)二苯乙烯衍生物)、著色劑(例如，顏料或染料)、助留劑(例如，聚乙烯亞胺、聚丙烯酰胺)、涂層粘合劑(例如，苯乙烯丁二烯膠乳、苯乙烯丙烯酸、糊精、氧化淀粉、羧甲基纖維素)及其任意組合，以由此產(chǎn)生所述紙基產(chǎn)品。

在又一方面，本發(fā)明提供了一種生產(chǎn)纖維素衍生物的方法，其包括處理根據(jù)前述方法生產(chǎn)的改性纖維素材料以由此產(chǎn)生所述纖維素衍生物的步驟。

纖維素衍生物通常具有各種各樣的用途，包括在食品工業(yè)中作為粘度改進(jìn)劑或增稠劑以及在各種各樣的產(chǎn)品(包括冰淇淋)中使乳液穩(wěn)定的那些用途。而且，它們可以是眾多非食品產(chǎn)品的添加劑，例如個人潤滑劑、牙膏、輕瀉藥、減肥丸、水基涂料、洗滌劑、織物上漿和各種各樣的紙產(chǎn)品。具體地，纖維素衍生物具有使得它們有用的各種特性，包括，例如，低濃度下的高粘度以及它們的消泡、表面活性劑和膨脹性質(zhì)。另外，纖維素衍生物通常在人體中不具有毒性并且不促成過敏反應(yīng)。

在特別的實施方式中，所述纖維素衍生物選自纖維素醚、纖維素酯、粘膠纖維和微晶纖維素。

在某些實施方式中，所述纖維素衍生物是或包含纖維素醚。在這方面，所述改性纖維素材料可以具有使其適合于制造一種或多種纖維素醚的化學(xué)性質(zhì)。纖維素醚的非限制性實例包括乙基纖維素、甲基纖維素、羥丙基纖維素、羧甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素和羥乙基甲基纖維素。如本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識到的，這樣的纖維素醚可用于其中通常使用纖維素醚的任何應(yīng)用。例如，但非作出限制，本公開的纖維素醚可用于涂料、墨水、粘合劑、控釋藥物片劑和膜中。

因此，這個方面的方法可以包括使所述改性纖維素材料(任選地包括來自所述方法的所述酸、所述堿、所述試劑和/或副產(chǎn)物(例如，多元醇、甘油殘余物和從所述方法產(chǎn)生的產(chǎn)物))與一種或多種試劑(包括但不限于氯甲烷、氯乙烷、環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷、氯乙酸或其組合)接觸(例如，醚化)，以由此產(chǎn)生所述纖維素醚。

在某些實施方式中，所述纖維素衍生物是或包含纖維素酯。纖維素酯的非限制性實例包括乙酸纖維素、三乙酸纖維素、丙酸纖維素、乙酸丙酸纖維素、乙酸丁酸纖維素、硫酸纖維素和硝酸纖維素。在這方面，所述改性纖維素材料可以具有使其適合于制造一種或多種纖維素酯的化學(xué)性質(zhì)。例如，但非作出限制，本公開的纖維素酯可用于家庭裝修、過濾器、墨水、吸附劑產(chǎn)品、醫(yī)療器械和塑料，包括，例如，LCD和等離子屏和擋風(fēng)玻璃。

因此，這個方面的方法還包括使所述改性纖維素材料(任選地包括來自所述方法的所述酸、所述堿、所述試劑和/或副產(chǎn)物(例如，多元醇、甘油殘余物和從所述方法產(chǎn)生的產(chǎn)物))與一種或多種試劑(包括但不限于乙酸、乙酸酐、丙酸、丁酸、硝酸、硫酸或其組合)接觸(例如，酯化)，以由此產(chǎn)生所述纖維素酯。

在一個實施方式中，所述纖維素衍生物是或包含微晶纖維素。微晶纖維素生產(chǎn)需要相對清潔的、高度純化的起始纖維素材料。因此，傳統(tǒng)上，昂貴的亞硫酸鹽漿已經(jīng)主要地用于其生產(chǎn)。因此，所述改性纖維素材料可以為微晶纖維素生產(chǎn)提供經(jīng)濟的纖維素來源。微晶纖維素可用于傳統(tǒng)上使用微晶纖維素的任何應(yīng)用，例如藥物或營養(yǎng)品應(yīng)用、食品應(yīng)用、化妝品應(yīng)用、紙應(yīng)用，或者作為結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和/或增強添加劑。例如，所述微晶纖維素可用作粘合劑、稀釋劑、崩解劑、潤滑劑、壓片助劑、穩(wěn)定劑、調(diào)質(zhì)劑(texturizing agent)、脂肪替代品、膨脹劑、抗結(jié)塊劑、發(fā)泡劑、乳化劑、增稠劑、分離劑、膠凝劑、載體材料、遮光劑或粘度改進(jìn)劑。

因此，這個方面的方法可以包括使所述改性纖維素材料(任選地包括來自所述方法的所述酸、所述堿、所述試劑和/或副產(chǎn)物(例如，多元醇、甘油殘余物和從所述方法產(chǎn)生的產(chǎn)物))與本文描述的酸和/或堿接觸(例如，進(jìn)一步處理或水解)，以由此產(chǎn)生微晶纖維素。優(yōu)選地，所述酸是鹽酸。然后可以加工所述改性纖維素材料以生產(chǎn)微晶纖維素。

在一個實施方式中，所述纖維素衍生物是或包含粘膠纖維。通常，粘膠纖維通過用堿如氫氧化鈉和二硫化碳處理纖維素材料以制得稱為黏膠的溶液而產(chǎn)生。所述粘膠纖維可以用于傳統(tǒng)上使用粘膠纖維的任何應(yīng)用。例如，但非作出限制，粘膠纖維可用于玻璃紙、長絲、食品包裝、輪胎簾布和織物，如人造絲。

因此，這個方面的方法可以包括使所述改性纖維素材料(任選地包括來自所述方法的所述酸、所述堿、所述試劑和/或副產(chǎn)物(例如，多元醇、甘油殘余物和從所述方法產(chǎn)生的產(chǎn)物))與一種或多種試劑(包括但不限于氫氧化鈉、二硫化碳或其組合)接觸，以由此產(chǎn)生粘膠纖維。

如本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識到的，本文描述的改性纖維素材料可用作另一種纖維素起始材料的部分替代物。例如，所述改性纖維素材料可以替代多達(dá)1％或更多(例如1％至99％)的另一種纖維素起始材料。在這方面，所述改性纖維素材料可以是另一種纖維素起始材料的更廉價的替代物。因此，纖維素衍生物或紙基產(chǎn)品可以完全或部分源自本文描述的改性纖維素材料。

在特別的實施方式中，所述改性纖維素材料可以用作牛皮紙、棉短絨或亞硫酸鹽漿的完全或部分替代物。因此，所述改性纖維素材料可以例如在纖維素醚、乙酸纖維素、粘膠纖維和/或微晶纖維素的制造中用作牛皮紙、棉短絨或亞硫酸鹽漿的替代物。

在另一方面，本發(fā)明提供了一種用于生產(chǎn)改性纖維素材料的設(shè)備，其包括：用于用酸和/或堿處理木質(zhì)纖維素材料的處理室，所述處理室與用于用試劑處理所述木質(zhì)纖維素材料的消化室連通，所述試劑包含多元醇、由多元醇組成或者基本上由多元醇組成。

適合地，所述處理室能夠用所述酸和/或堿浸漬所述木質(zhì)纖維素材料。優(yōu)選地，所述處理室能夠用所述酸和/或堿蒸汽浸漬所述木質(zhì)纖維素材料。

在某些實施方式中，所述設(shè)備還包括能夠汽蒸所述木質(zhì)纖維素材料，例如以使所述木質(zhì)纖維素材料潤濕和/或預(yù)熱的預(yù)處理室。

在一些實施方式中，所述設(shè)備還包括用于從液體部分分離至少部分所述改性纖維素材料的分離器。

適合地，所述設(shè)備用于前述方法中。

所述設(shè)備的優(yōu)選實施方式在圖1中示出。參照圖1，設(shè)備10包括用于接收待處理或消化的木質(zhì)纖維素材料的入口11。從入口11，木質(zhì)纖維素材料進(jìn)入預(yù)處理室12，其設(shè)計用于施用低壓蒸氣以由此使木質(zhì)纖維素材料預(yù)潤濕和預(yù)熱。經(jīng)預(yù)潤濕和預(yù)熱的木質(zhì)纖維素材料然后通常經(jīng)管道17通過重力進(jìn)料運送到處理室14，其在其中接著經(jīng)由高壓蒸氣被酸和/或堿浸漬?；蛘?，木質(zhì)纖維素材料可以經(jīng)由旋轉(zhuǎn)閥13進(jìn)入設(shè)備10，由此繞過預(yù)處理室12的預(yù)汽蒸/預(yù)潤濕過程。

設(shè)備10還包括用于用包含多元醇，特別是甘油的試劑處理或消化木質(zhì)纖維素材料的消化室16。消化室16設(shè)計用于在用戶規(guī)定的溫度和/或壓力下消化或處理從處理室14經(jīng)管道19重力進(jìn)料的經(jīng)酸和/或堿處理的木質(zhì)纖維素材料。優(yōu)選地，消化室16適于在低液體/固體比率下消化或處理木質(zhì)纖維素材料。在這方面，消化室16可以包括用于將液體如甘油噴施到木質(zhì)纖維素材料上的多個噴嘴。還應(yīng)認(rèn)識到，在替代性實施方式中，管道17和/或19可以包括幫助如上所述的木質(zhì)纖維素材料的運動的輸送機或者被其代替，例如帶式輸送機或螺旋輸送機(screw augur)。

如從圖1可見的，設(shè)備10還包括分離器18，其被配置以例如通過物理地壓榨改性纖維素材料而促進(jìn)經(jīng)消化的木質(zhì)纖維素材料與任何剩余液體部分分離。在通過分離器18之后，經(jīng)消化的木質(zhì)纖維素材料可以至少部分地與在消化室16中加入到木質(zhì)纖維素材料的任何試劑，特別是液體試劑如甘油分離。

雖然圖1未顯示，但輸送機被用于使木質(zhì)纖維素材料以期望速率移動經(jīng)過設(shè)備10的前述室和在設(shè)備10的前述室之間移動，包括預(yù)處理室12、汽蒸室14、消化室16和分離器18。而且，輸送機可以以用戶規(guī)定的速率操作，從而在將木質(zhì)纖維素材料移動到下一個室之前在每個室中達(dá)到要求的保留時間。

為了容易地理解本發(fā)明并將其實際運行，現(xiàn)將通過以下非限制性實施例描述特別優(yōu)選的實施方式。

實施例

實施例1

實施例1的目的是評估此前已經(jīng)描述的用甘油與硫酸的組合預(yù)處理木質(zhì)纖維素材料的方法(例如，Zhang等，Bioresource Technology，2013)。

材料和方法

在連續(xù)臥式消化器(Andritz 418加壓臥式消化器/輸送機)中預(yù)處理甘蔗的甘蔗渣。評估不同的甘油:“原樣甘蔗渣(as is bagasse)”比率及消化器溫度和壓力。在用包含甘油與硫酸的組合的溶液進(jìn)行消化之后，通過螺旋壓力機(Andritz Model 560 Pressafiner)使甘蔗渣脫水以分離預(yù)處理甘蔗渣的固相和液相(水解產(chǎn)物)。

簡而言之，首先稱重原始甘蔗渣，然后使其在壓力下進(jìn)料到418消化器系統(tǒng)中。一旦到了系統(tǒng)內(nèi)部，有兩個注射噴嘴以一定角度將甘油和硫酸噴施到甘蔗渣上。在確定期望生產(chǎn)速率后，以期望流速泵送液體流以達(dá)到期望的甘油-“原樣”甘蔗渣比率。必要時，調(diào)整加入到槽的硫酸的重量以施用約1％至1.1％到O.D.甘蔗渣上。然后使甘蔗渣在傳送帶上以期望速率移動經(jīng)過消化器以在消化器中達(dá)到需要的保留時間。在消化之后，然后使經(jīng)預(yù)處理的甘蔗渣轉(zhuǎn)移到在8:1的體積壓縮比下操作的560螺旋壓榨機。運行螺旋壓榨機直到其全部內(nèi)容物都脫水，并收集全部水解產(chǎn)物。從每次運行收集固體和液體部分以作進(jìn)一步分析。測試經(jīng)預(yù)處理的固體(經(jīng)洗滌)的α纖維素、卡伯值、灰分％、碳水化合物含量、酸不溶性木質(zhì)素含量和酶促糖化。測試水解產(chǎn)物樣品的碳水化合物含量、酸可溶性木質(zhì)素含量、灰分％和降解產(chǎn)物。

在甘蔗渣上測試418消化器系統(tǒng)中的六種獨立的預(yù)處理條件，這些在下表1中概述。具體地，表1提供了運行A1-A6的甘油:“原樣甘蔗渣”比率、硫酸施用、消化器保留時間和操作壓力。表1和3中還分別包括消化器通量和平均纖維長度。

表1——消化器操作條件和化學(xué)品施用

結(jié)果

在進(jìn)行上述試驗后，前述預(yù)處理方法的多種問題變得明顯。特別是，如此前在上文Zhang等中描述的130℃消化器溫度并未提供充分的纖維分解。在這方面，160℃的更高消化器溫度提供了改善的纖維分解。而且，用甘蔗渣實現(xiàn)了相對低的生產(chǎn)速率，主要因為甘蔗渣的低密度。因此，甘蔗渣的材料處理代表了放大到商業(yè)化生產(chǎn)的明顯障礙。

表2—經(jīng)洗滌的預(yù)處理固體的卡伯、灰分、粘度和α纖維素

表3—洗滌的預(yù)處理固體部分的碳水化合物組成

表4—洗滌的預(yù)處理液體部分的碳水化合物組成

實施例2

本試驗的目的是評估施用到三種不同基質(zhì)(甘蔗渣、白云杉木片和藍(lán)桉木片)而試圖改善前述那些木質(zhì)纖維素材料預(yù)處理方法的不同的甘油和硫酸處理。

材料和方法

對于涉及甘蔗渣的試驗運行，使用料塞螺旋進(jìn)料器(plug screw feeder)將甘蔗渣直接進(jìn)料到418臥式加壓消化器中，其中甘油與硫酸二者在入口處加入到消化器中。這個過程與實施例1描述的過程類似。因為甘蔗渣的大體積性質(zhì)和高表面積，不對甘蔗渣進(jìn)行蒸氣浸漬。

對于涉及云杉和藍(lán)桉木片的試驗運行，在進(jìn)料到418臥式加壓消化器之前，首先在Andritz 560GS Impressafiner中對木片進(jìn)行壓縮、結(jié)構(gòu)破壞和用水或硫酸的浸漬。然后在消化器入口處將含有或不含有硫酸的甘油加入到經(jīng)浸漬的木片。對木材基質(zhì)進(jìn)行初始木片破壞和浸漬以試圖在預(yù)處理過程中更好地滲透它們的纖維結(jié)構(gòu)。

下表5提供了甘蔗渣、云杉和藍(lán)桉材料的每個預(yù)處理試驗的反應(yīng)參數(shù)。418消化器中所有運行的反應(yīng)時間為30分鐘。

表5—消化器操作條件和化學(xué)品施用

在418消化器中的消化與實施例1描述的消化類似地進(jìn)行，除了其中運行A6至A11不進(jìn)一步接受硫酸。在消化之后，將來自特定運行(A1-A5、A8-A11)的預(yù)處理樣品隨后轉(zhuǎn)移到560螺旋壓榨機，使得可以收集固體和液體部分以作進(jìn)一步分析。測試預(yù)處理的固體(經(jīng)洗滌)的α纖維素、卡伯值、灰分％(表8)、碳水化合物含量、酸不溶性木質(zhì)素含量(表9)和酶促糖化(表11)。測試水解產(chǎn)物樣品的碳水化合物含量和酸可溶性木質(zhì)素含量(表10)。按照標(biāo)準(zhǔn)的Tappi程序進(jìn)一步測試所有的漿，包括加拿大標(biāo)準(zhǔn)游離度、L&W纖維測試、體積密度和固體含量。

結(jié)果

從這三種木質(zhì)纖維素基質(zhì)的上述試驗來看，消化或反應(yīng)程度主要受到添加硫酸的百分比影響。因此，甘油相對于木質(zhì)纖維素基質(zhì)的量可以顯著降低而按照視覺評估對消化材料沒有任何明顯影響。因此，成功地在極低的液體/固體比率下進(jìn)行預(yù)處理反應(yīng)，使得消化器內(nèi)有很少的或者沒有游離液體。例如，藍(lán)桉木片以木片上0.7％酸和0.3kg/kg甘油/木片反應(yīng)非常良好，其代表僅僅0.24:1的用于消化的液體/固體比率。

對于甘蔗渣，與在160℃消化的甘蔗渣相比，2.4％的酸130℃仍未使纖維完全反應(yīng)，增強了在實施例1所看到的。在160℃和2.4％酸下消化甘蔗渣產(chǎn)生不可以擠壓的泥漿狀材料，表明基質(zhì)完全反應(yīng)。通過減少消化器中的酸，保留一些纖維，但消化的甘蔗渣更容易擠壓。

有趣的是，對于其中通過Impressfiner用硫酸浸漬木片的云杉試驗運行(A6：1.5％酸、0.6甘油比率)，觀察到比其中硫酸在消化器加入的云杉試驗運行(A7：1.5％酸、0.6甘油比率)更低的游離度(表7)。這表明，在用甘油消化和處理之前用酸浸漬的木片比未用酸蒸汽浸漬、但用組合的酸與甘油的溶液消化的木片更好地反應(yīng)。因此，在消化步驟時在加入甘油之前用硫酸浸漬木質(zhì)纖維素材料優(yōu)于在甘油加入到消化器的同時加入酸。

藍(lán)桉試驗運行表明，甘油施用明顯減少而不影響木質(zhì)纖維素基質(zhì)的消化是可能的。然而，從預(yù)處理反應(yīng)完全消除甘油(A11：0.5％酸)顯示了最高的游離度，由此指示較低的消化反應(yīng)性。在類似的酸濃度下進(jìn)行、但具有甘油的藍(lán)桉運行(A10：0.5％酸、0.3甘油比率)具有明顯更低的游離度(150mL相對于467mL)，指示較高的反應(yīng)性。

另外，藍(lán)桉試驗運行，且特別是運行A8，產(chǎn)生了顯示在紙基產(chǎn)品(如紙板和增強添加劑)和/或纖維素衍生物(如羧甲基纖維素)的生產(chǎn)中可能證明有用的產(chǎn)品特性(例如，相對低的卡伯值和高α纖維素含量)的改性纖維素材料。

表6—材料特性

表7—反應(yīng)總結(jié)

表8—洗滌的預(yù)處理固體的卡伯、灰分、粘度和α纖維素

表9—固體碳水化合物

表10—液體碳水化合物

實施例3

本試驗的目的是評估施用到四種不同基質(zhì)(甘蔗渣、白楊、塔斯馬尼亞藍(lán)桉(Tasmanian Blue Gum)和藍(lán)桉木片)而試圖改善前述那些木質(zhì)纖維素材料預(yù)處理方法的不同的甘油和硫酸處理。另外，本試驗的目的是評估粗甘油與氫氧化鈉處理。對三種不同基質(zhì)(白楊、塔斯馬尼亞藍(lán)桉和藍(lán)桉木片)施用粗甘油處理，同時僅對塔斯馬尼亞藍(lán)桉木片施用氫氧化鈉處理。

材料和方法

使用料塞螺旋進(jìn)料器直接進(jìn)料到臥式加壓418消化器的甘蔗渣用于進(jìn)行甘蔗渣的一個對照運行(A3)。對于甘蔗渣、白楊、塔斯馬尼亞藍(lán)桉和藍(lán)桉上進(jìn)行的其余試驗運行，在進(jìn)料418臥式加壓消化器之前，首先使用560Impressafiner對材料進(jìn)行壓縮和結(jié)構(gòu)破壞，然后用硫酸浸漬。在418消化器入口處將純或粗的甘油加入到浸漬的材料。

還在Impressafiner處用氫氧化鈉(NaOH)浸漬代替硫酸進(jìn)行塔斯馬尼亞藍(lán)桉木片的三個試驗運行(A20、A21、A22)。在418消化處理之后，隨后用大氣410雙盤對消化的堿預(yù)處理漿進(jìn)行磨漿。

下表11提供了四種供料的材料特征。下表12提供了甘蔗渣、白楊、塔斯馬尼亞藍(lán)桉和藍(lán)桉材料的每個預(yù)處理試驗的反應(yīng)參數(shù)。

表11.材料特性

表12.用于試驗期間產(chǎn)生的各消化系列的命名和預(yù)處理條件

對于每個試驗運行，將基質(zhì)置于鼓中，并記錄皮重。然后將鼓進(jìn)料到418消化器系統(tǒng)。對于甘蔗渣，使用料塞螺旋進(jìn)料器(PSF)作為進(jìn)入到418消化器中的進(jìn)料裝置。對于木片，使用旋轉(zhuǎn)閥(RV)作為進(jìn)入到418消化器中的進(jìn)料裝置。料斗底部的進(jìn)給螺桿進(jìn)給料塞螺旋進(jìn)料器(PSF)，其繼而將經(jīng)壓縮的甘蔗渣遞送到螺桿出料端處的T形件。PSF形成插塞，其用作消化器系統(tǒng)入口處的壓力密封。材料的塞在PSF的出料圓角(bull nose)端膨脹并使材料通過重力經(jīng)由T形件掉落到418臥式消化器的入口中。

T形件的相對端處的兩個注射噴嘴將液體以一定角度噴施到生物質(zhì)上。在進(jìn)入臥式消化器之前，將甘油在消化器入口(T形件)處加入。對于木材物料，將木片從旋轉(zhuǎn)閥經(jīng)由T形件直接出料到418消化器中。

418消化器中的變速雙條板(double-flighted)輸送機螺桿使基質(zhì)以期望速率移動以在消化器中達(dá)到目標(biāo)保留時間。可用于優(yōu)化的條件包括甘油加載量、消化器保留時間、稀釋流速和消化器壓力。對于全部運行，消化器壓力保持恒定在5.2巴(75psig)。消化器螺桿的速度調(diào)節(jié)臥式消化器中的保留時間。大多數(shù)運行在30分鐘保留時間下進(jìn)行，同時一些運行還在20分鐘保留時間下進(jìn)行用于比較。然后將經(jīng)消化材料出料到加壓轉(zhuǎn)移螺桿中，其繼而出料到頂部絡(luò)筒(topwinder)進(jìn)料器(帶狀螺旋)中，其繼而進(jìn)料418加壓雙盤精制器(36”直徑)。磨漿機以寬間隙操作以使對消化材料進(jìn)行的任何磨漿行動最小化。材料從磨漿機經(jīng)由通風(fēng)閥出料，之后材料被吹到大氣旋風(fēng)分離器。材料處于從PSF中的塞到磨漿機通風(fēng)閥的壓力下。

對于在418消化器之后收集的樣品，固體按1:1的水/樣品重量稀釋，然后在真空臺上排水。然后將洗滌的固體收集到包中并相應(yīng)標(biāo)記。隨后測試洗滌樣品的α纖維素、卡伯值、灰分含量、碳水化合物含量(單體的和總的)和酸不溶性木質(zhì)素含量。還測試消化樣品(未經(jīng)洗滌處理)的固體測定。

結(jié)果

總結(jié)

在等同硫酸施用下相比時，基于視覺、游離度(排水)或LW平均粒長評估，使用純或粗的甘油處理沒有可觀察的差異(圖2、3和4)。

增加硫酸施用導(dǎo)致所有四種生物質(zhì)基質(zhì)的游離度和平均纖維長度減少(圖2)。在給定的硫酸施用下，基于視覺、游離度(排水)和LW平均粒長評估，消化的樣品對甘油施用的變化相對不敏感(圖2和3)。然而，游離度和LW平均的值在較低硫酸施用(0.54％)下對消化器保留時間更敏感，且在較高酸施用下較不敏感(圖2和3)。消化的甘蔗渣樣品具有比消化的硬木物料更高的LW平均纖維長度(圖3)。

在該研究中還對塔斯馬尼亞藍(lán)桉物料進(jìn)行堿浸漬和消化。堿消化的塔斯馬尼亞藍(lán)桉樣品具有比相應(yīng)的酸消化的塔斯馬尼亞藍(lán)桉樣品更高的游離度和LW平均纖維長度(圖4)。漿視覺上較少反應(yīng)，且纖維結(jié)構(gòu)更加完整。堿消化的材料的后續(xù)磨漿產(chǎn)生了對瓦楞原紙市場具有競爭性的漿。

A.甘蔗渣

在對甘蔗渣的恒定酸施用(0.7％)下，使[甘油]:[原樣甘蔗渣]施用從1.1:1降低到0.6:1沒有導(dǎo)致游離度的任何提高，表明甚至在較低甘油施用下相似的反應(yīng)程度。使酸加載量增加到1.39％導(dǎo)致游離度的階梯式降低和418磨漿機比能量施用減少，盡管[甘油]:[原樣甘蔗渣]施用降低到0.2-0.4:1。使甘油比率從0.4降低到0.2沒有導(dǎo)致游離度增加，表明反應(yīng)水平未受損。

在0.70％的酸施用下進(jìn)行比較，使用更高甘油加載量(1.1:1)的運行具有比使用較低甘油加載量(0.6:1)的運行更低的LW平均。這個觀察在較高酸施用(1.39％)下不明顯。使酸加載量增加到1.39％導(dǎo)致LW平均值減小，盡管[甘油]:[原樣甘蔗渣]施用降低到0.2-0.4:1。

LW對于浸漬酸點(1.39％酸、0.4:1甘油)和消化器施加的運行(1.67％、2.5:1甘油)類似，表明使用經(jīng)浸漬甘蔗渣改善的反應(yīng)效率(即，酸浸漬是在消化后實現(xiàn)給定程度的粒度減少的更加有效的方法)。

B.白楊

此外，對于白楊運行，在相似的消化器保留時間(30min)和0.8-0.9的[粗甘油]:[原樣甘蔗渣]施用下進(jìn)行比較時，增加硫酸施用導(dǎo)致游離度的階梯式降低。使用0.62％酸的運行拉低了磨漿機負(fù)荷，其可疑地表現(xiàn)出低于用0.46％和1.15％酸產(chǎn)生的運行。

在相似的甘油施用下，增加酸加載量導(dǎo)致平均粒度減小。對于使用1.15％酸的I3浸漬，使用純甘油的運行A6具有比使用粗甘油的運行A7更低的LW平均。然而，施用于運行A6的更高磨漿能耗最可能解釋觀察到的較低LW平均粒度。

C.塔斯馬尼亞藍(lán)桉

對于塔斯馬尼亞藍(lán)桉試驗，在相似的酸施用(0.54％)和418磨漿機能量施用下進(jìn)行比較，30min保留下的運行(A8)具有比20min保留的運行(A9)更低的游離度，表明如所預(yù)期的更高進(jìn)展的反應(yīng)。使硫酸施用從0.54％增加到0.64％導(dǎo)致游離度明顯下降到約200ml。在20min保留下產(chǎn)生的運行具有與在30min保留下產(chǎn)生的相應(yīng)樣品相比相對類似的游離度(200ml)。然而，注意到20分鐘消化樣品傾向于獲得與30min消化樣品相比更高的418磨漿機電動機負(fù)荷。這表明20分鐘樣品比30分鐘樣品更粗糙和較少反應(yīng)。無論如何，從酸消化的塔斯馬尼亞藍(lán)桉在0.64％至1.01％的硫酸施用下觀察到游離度(200ml)和LW平均(0.5mm)的低閾值限。假定在0.5mm的較低粒度下改善的酶響應(yīng)，這對于優(yōu)化酸劑量和后續(xù)的酶性能可以具有有益的含義。在硫酸加載量從0.64％增加到1.01％時，游離度沒有進(jìn)一步降低。[粗甘油]:[原樣甘蔗渣]施用類似地保持在0.7-0.8:1。

用堿預(yù)處理進(jìn)行的全部三次運行都具有比酸消化的塔斯馬尼亞藍(lán)桉明顯更高的游離度，游離度在760-770ml范圍內(nèi)。堿消化的塔斯馬尼亞藍(lán)桉外觀上像漿，與外觀上更像泥的酸消化的樣品不同。堿消化的材料由于該消化材料更粗糙的性質(zhì)而獲得較高的418磨漿機負(fù)荷。使NaOH施用從8.84％(A20)增加到13.75％(A21、A22)沒有顯示出漿游離度的任何進(jìn)一步降低。

消化的8.84％和13.75％堿的漿隨后在大氣401磨漿機中磨漿到390ml(A24)和401ml(A23)的游離度，比能量施用分別為395kWh/ODMT和373kWh/ODMT。參照表13，較高堿的漿(A23；13.75％NaOH)具有較高的磨漿強度性質(zhì)。具體地，耐破指數(shù)、撕裂指數(shù)、抗張指數(shù)、伸展和TEA在較高的堿加載量下較高。

下表13比較了來自本試驗運行的堿消化的漿與通常用于瓦楞原紙生產(chǎn)的東南美國混合硬木(橡樹、桉樹)堿漿的性質(zhì)。如以下注意到的，在這些試驗運行中產(chǎn)生的漿性質(zhì)在使用用于瓦楞原紙生產(chǎn)的混合南部硬木的堿消化所產(chǎn)生的漿性質(zhì)的相似范圍內(nèi)。

表13.堿消化的塔斯馬尼亞藍(lán)桉漿樣品的物理性質(zhì)

對于酸處理的塔斯馬尼亞藍(lán)桉試驗運行，LW平均在酸施用從0.51％增加到0.64％時降低，然而酸施用進(jìn)一步增加到1.01％沒有顯示平均纖維長度的任何進(jìn)一步降低。這可能表明在0.6％至1％酸之間從418系統(tǒng)出料的粒度具有約0.5mm的下限，這提供了關(guān)于纖維尺寸對后續(xù)酶反應(yīng)性的影響的有價值信息。換句話說，假設(shè)隨后達(dá)到期望糖濃度，酸濃度增加到0.6％以上可能對酶性能沒有更多的益處(基于粒度)。與對游離度的觀察類似，在較低消化器保留(20min)下產(chǎn)生的運行傾向于在給定LW平均下獲得比用30min保留產(chǎn)生的相應(yīng)運行更高的418磨漿機負(fù)荷，確認(rèn)了較小的反應(yīng)程度。

用堿預(yù)處理進(jìn)行的全部三次運行都具有比酸消化的塔斯馬尼亞藍(lán)桉明顯更高的LW平均，在0.8mm范圍內(nèi)。使NaOH施用從8.84％(A20)增加到13.75％(A21、A22)沒有顯示出平均粒度的任何進(jìn)一步減小。在用(A21)或不用(A22)粗甘油處理進(jìn)行30分鐘消化之后，堿消化的漿的LW平均相對類似。

而且，測定堿預(yù)處理的藍(lán)桉木片的α纖維素和粘度二者的值，如下表14所示。堿預(yù)處理的材料與酸預(yù)處理的材料相比粘度尤其明顯更高。因此，該材料可以產(chǎn)生比酸預(yù)處理的材料更好的對于纖維素衍生物的候選者。

表14.洗滌的預(yù)處理固體的卡伯、灰分、粘度和α纖維素

D.藍(lán)桉(Eucalyptus globulus)

藍(lán)桉木片的初始運行在低硫酸加載量(0.20％)下產(chǎn)生，導(dǎo)致高游離度與較粗糙的外觀，指示在低酸加載量下較溫和的反應(yīng)。使酸加載量增加到0.72％-0.78％導(dǎo)致游離度明顯下降和更高進(jìn)展的反應(yīng)。對于在0.7-0.8:1下的全部藍(lán)桉消化器運行，[甘油]:[原樣甘蔗渣]施用都相似。在相似的酸施用(0.72％-0.78％)和消化器保留時間(30min)下產(chǎn)生的兩次運行具有相似的游離度193ml和198ml，表明相似條件下的相似重復(fù)。

在低硫酸濃度(0.20％)下產(chǎn)生的藍(lán)桉木片的初始運行具有最高的LW平均纖維長度0.67mm。使酸濃度增加到0.72％-0.78％導(dǎo)致LW平均下降到0.52mm。對于在0.7-0.8:1下的全部藍(lán)桉消化器運行，[甘油]:[原樣甘蔗渣]施用都相似。在相似的酸施用(0.72％-0.78％)和消化器保留時間(30min)下產(chǎn)生的兩次運行具有等同的LW平均，再次表明相似條件下的相似重復(fù)。