CN104169337A - 蒸煮木质纤维素材料的方法 - Google Patents

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Abstract

一种蒸煮木质纤维素材料的方法，其包括以下步骤：提供木质纤维素材料和pH为至少约10的苛性组合物。该苛性组合物包括水、碱金属或者碱土金属氢氧化物、和基于该组合物总重量为至多约1重量％的支化的蒸煮添加剂。该支化的蒸煮添加剂具有结构：其中A是至少一种亚烷氧基基团，并且各个亚烷氧基基团具有2-4个碳原子，n是0或1，B是具有8-15个碳原子的支化的脂肪族烃基团，X是H或B-O-(A)m，和各个m独立地平均值为3-30，和其中该苛性组合物的使用ASTM D2281测量的德拉夫斯润湿时间小于100秒。

Description

蒸煮木质纤维素材料的方法
发明领域
本发明总体涉及一种蒸煮木质纤维素材料的方法。更具体地，该方法使用了包括特定的支化的蒸煮添加剂的苛性组合物。
相关领域说明
作为本领域公知的，木质纤维素材料(例如木片)包括木质素和纤维素。木质素和纤维素将木质纤维素材料结合在一起。纤维素可以从该木质纤维素材料中回收，并且用于形成其它产物。在制造木浆的硫酸盐法制浆中，木片是在高温下在蒸煮器中在苛性溶液中蒸煮的。该木片在苛性溶液中溶胀，这允许苛性溶液渗入木片中。该苛性溶液溶解了木片和木片中的木质素，并且能够回收纤维素。典型地，并非全部的木片被溶解，由此导致必须从苛性溶液中筛出许多木片并且除去。这种过筛降低了能够回收的纤维素的最终收率，增加了加工时间和增加了成本。因此，还需一个机会来开发改进的方法。
发明概述和优点
本发明提供了一种蒸煮木质纤维素材料的方法。该方法包括以下步骤：提供木质纤维素材料和提供pH为至少约10的苛性组合物。该苛性组合物包括水、碱金属氢氧化物或者碱土金属氢氧化物、和基于该组合物总重量为至多约1重量％的支化的蒸煮添加剂。该支化的蒸煮添加剂具有结构：
其中A是至少一种亚烷氧基基团，并且各个亚烷氧基基团具有2-4个碳原子，n是0或1，B是具有8-15个碳原子的支化的脂肪族烃基团，X是H或者B-O-(A)m，且各个m独立地平均值为3-30，和其中该苛性组合物的使用ASTM D2281测量的德拉夫斯润湿时间小于100秒。除了前述步骤之外，该方法还包括以下步骤：将该木质纤维素材料和该苛性组合物合并来形成混合物和加热该木质纤维素材料和/或该苛性组合物来蒸煮该木质纤维素材料。
该支化的蒸煮添加剂促进了木质纤维素材料被水润湿，既而又允许该苛性组合物渗入和溶解该木质纤维素材料。如果包括，则该支化的蒸煮添加剂的磷酸酯基团典型地增加了支化的蒸煮添加剂在苛性组合物中的溶解性，由此总体增加了该苛性组合物润湿和渗透木质纤维素材料的能力。该支化的蒸煮添加剂的亚烷氧基基团典型地增加了该支化的蒸煮添加剂的亲水性和增加了该苛性组合物渗透木质纤维素材料的能力。该支化的脂肪族烃基团典型地增加了该支化的蒸煮添加剂的疏水性和增加了该苛性组合物与木质纤维素材料相互作用的能力，这进一步有助于蒸煮。德拉夫斯润湿时间小于100秒表示该支化的蒸煮添加剂有效地润湿了木质纤维素材料，以使得水和苛性组合物与木质纤维素材料相互作用和渗透木质纤维素材料。降低的德拉夫斯润湿时间可使得只需要使用不太强烈的条件，包括较低的温度，更短的驻留时间和不太极端的碱度。
附图说明
本发明的其它优点将容易理解，因为当结合附图来考虑时，其通过参考下面的详细说明而同样变得更好理解，其中：
图1包括表1，其中阐述了实施例中所评价的各个组合物和对比组合物，并且分类，以使得全部的组合物组织在一起和全部的对比组合物组织在一起。表1包括了各个组合物和对比组合物的德拉夫斯润湿时间。
图2包括表2，其中阐述了实施例中所评价的各个组合物和对比组合物，并且相对于德拉夫斯润湿时间以升序分类。表2包括与表1相同的数据。
图3A、3B和3C分别包括表3A、3B和3C，其中通过温度阐述了实施例中所评价的各个组合物和对比组合物，并且相对于德拉夫斯润湿时间以升序分类。
图4A和4B分别包括表4A和4B，其中通过添加剂的重量百分比阐述了实施例中所评价的各个组合物和对比组合物，并且相对于德拉夫斯润湿时间以升序分类。
图5A、5B、5C、5D、5E和5F分别包括表5A、5B、5C、5D、5E和5F，其中通过氢氧化钠的重量百分比阐述了实施例中所评价的各个组合物和对比组合物，并且相对于德拉夫斯润湿时间以升序分类。
图6是作为表面老化的函数，在9％的NaOH中的0.2％蒸煮添加剂的动态表面张力的线图，如实施例所述。
图7是作为浓度的函数，在9％的NaOH中的蒸煮添加剂的临界胶束浓度的线图，如实施例所述。
图8是作为时间的函数，在北方白桦(Northern White Birch)上，在9％的NaOH中的0.05％蒸煮添加剂的液滴的接触角的线图，如实施例所述。
本发明具体说明
本发明提供一种蒸煮木质纤维素材料的方法。最典型地，该木质纤维素材料包括木质素和纤维素二者。术语“木质纤维素材料”没有特定限制，并且可以进一步限定为或者包括这样的材料(或其前体)，其得自木材、甘蔗渣、稻草、亚麻残留物、坚果壳、谷粒壳或者包括木质素和纤维素的任何材料，及其组合，或者基本由以上组成(例如不含非木质纤维素材料)或者由以上组成。在不同的实施方式中，该木质纤维素材料是由硬木和/或软木的不同物质制备的，如本领域所理解的。该木质纤维素材料可以得自多种方法，例如通过将圆木、工业木材残留物、树枝、粗的制浆用木材等粉碎成锯屑、木片、薄片、圆片、条束、稀松布、纤维、片等形式的物质。最典型地，该木质纤维素材料进一步限定为木片、木块或木浆。
本发明的方法部分地或者完全地蒸煮或者破碎了上述木质素，并且典型地允许从木质纤维素材料中回收纤维素。换言之，这种方法典型地用于制备木质纤维素材料，以使得纤维素可以从其中回收。该纤维素可以使用本领域已知的任何多种不同的方法来回收。本发明的方法可以包括相对于纤维素回收的这样的方法的一个或多个步骤，但是这样的步骤是不需要的。
本发明的方法包括提供木质纤维素材料的步骤。该提供步骤没有特别限制，并且可以包括传递、供给等。在不同的实施方式中，该提供步骤可以进一步限定为如上所述，通过研磨、切削、粉化、粉碎、撕碎和切割所述木质纤维素材料或者其前体来提供一种或多种形式的木质纤维素材料。
苛性组合物：
该方法还包括提供pH为至少约10的苛性组合物的步骤。可以涵盖的是，该苛性组合物可以具有为约10或者超过约10的任何pH，包括分数值，例如±0.1，0.2，0.3，0.4或0.5。正如以上所述，该提供步骤没有具体限制。在一种实施方式中，该苛性组合物是购买的。在另外一种实施方式中，该苛性组合物是配制的或者制造的。该苛性组合物也可以描述为碱性组合物。该苛性组合物的pH是至少约10，并且在不同的实施方式中pH是10-14，11-13，12-13等(包括分数值)。该苛性组合物还可以具有超过14的pH。该苛性组合物包括水、碱金属氢氧化物或碱土金属氢氧化物，和基于组合物总重量为至多约1重量％的支化的蒸煮添加剂。
水：
对于水的类型或者纯度没有具体限制，并且可以包括蒸馏水、井水、自来水等。另外，水在苛性组合物中的存在量也没有具体限制。在不同的实施方式中，水的存在量大于5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、91、92、93、94、95、96、97、98或99重量份，基于每100重量份的苛性组合物。在其它实施方式中，水的存在量是90-99或者95-99重量份，基于每100重量份的苛性组合物。可以预期的是一个或多个前述值可以是前述范围内的任何值或者值的范围，包括整数和分数，和/或可以变化±5％、±10％、±15％、±20％、±25％、±30％等。
碱金属氢氧化物或碱土金属氢氧化物：
提及金属氢氧化物时，该金属氢氧化物可以进一步限定为碱金属氢氧化物、碱土金属氢氧化物和/或碱金属氢氧化物和碱土金属氢氧化物的组合。这些金属氢氧化物也典型地描述为强碱。典型地，该金属氢氧化物进一步限定为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化镁、氢氧化钙，例如周期表第IA或者IIA族的金属的氢氧化物。在本领域中应当理解当金属氢氧化物加入到水中时，该金属氢氧化物部分地或者完全地离解，来形成金属离子和氢氧根离子。因此，术语“金属氢氧化物”可以描述金属氢氧化物本身(离解之前)和/或金属氢氧化物离解产物(包括金属离子和氢氧根离子)二者。换言之，该苛性组合物可以包括由金属氢氧化物在水中离解所形成的金属离子和氢氧根离子。
对于金属氢氧化物(或其离解产物)在苛性组合物中的量没有特别限制，只要该苛性组合物的pH是至少约10。涵盖的是，该金属氢氧化物可以以这样的量来使用，即，其本身不足以将该苛性组合物的pH升高到至少约10，以使得该苛性组合物可以用另外的碱(或者pKa大于约10-13的弱酸)补足，来将该苛性组合物的pH升高到pH为至少约10。例如在这样一种实施方式中，该苛性组合物可以包括金属氢氧化物和另外一种碱(或弱酸)。因此，还可以涵盖一种或多种另外的化合物可以与该金属氢氧化物一起加入到该苛性组合物中，来将该苛性组合物的pH升高到至少约10。即使该金属氢氧化物(或其离解产物)的量足以将该苛性组合物的pH升高到至少约10，仍然可以使用该一种或多种另外的化合物，如上所述。
在不同的实施方式中，该金属氢氧化物在离解前以下面的量存在于或者加入到苛性组合物中：1-20、1-15、1-10、2-8、3-7、4-6或者4-5重量份/100重量份的苛性组合物。可以预期该金属氢氧化物可以在苛性组合物中以至多和超过一种或多种金属氢氧化物的溶解度/饱和度限度来存在。换言之，该金属氢氧化物可以以等于或者超过用金属氢氧化物饱和该苛性组合物的量(例如大于10、15、20等)加入到苛性组合物中。在这样一种实施方式中，在苛性组合物中会存在过量的(非溶解的)金属氢氧化物。
支化的蒸煮添加剂：
如上面首先介绍的，该苛性组合物还包括基于组合物总重量为至多约1重量％的支化的蒸煮添加剂。该支化的蒸煮添加剂可以是单个化合物或者两种或更多种化合物的混合物，只要各个化合物独立地具有下式：
其中A是至少一种亚烷氧基基团，并且各个亚烷氧基基团独立地具有2-4个碳原子，n是0或1，B是具有8-15个碳原子的支化的脂肪族烃基团，X是H或B-O-(A)m，和m独立地平均值为3-30。
典型地，当该支化的蒸煮添加剂包括酯时，该支化的蒸煮添加剂还包括二酯。例如，该支化的蒸煮添加剂可以包括具有下面结构的单酯和/或二酯：
其中B、A、m和n如上或如下所述。
该至少一种亚烷氧基基团可以包括但不限于亚乙氧基基团(2个碳原子)、亚丙氧基基团(3个碳原子)、亚丁氧基基团(4个碳原子)及其组合。该亚丁氧基基团可以包括1,2-环氧丁烷基团，2,3-环氧丁烷基团和环氧异丁烷基团中的任何或者全部。在一种实施方式中，A进一步限定为一种或多种亚乙氧基基团(2个碳原子)。在另外一种实施方式中，A进一步限定为亚乙氧基基团和亚丙氧基基团的混合物。在仍另一实施方式中，A进一步限定为一种或多种亚丙氧基基团(3个碳原子)。如果A进一步限定为包括或者大于一种亚烷氧基基团，则对该基团的定向/次序没有特别限制，以使得该亚烷氧基基团可以随机地排列成块等。
另外，在该式中，各个m独立地平均值是3-30。可以涵盖的是，各个m可以更高，例如是35或40。在不同的实施方式中，各个m独立地平均值是3-25、3-20、3-15、3-14、4-13、5-12、6-11、7-10或者8-9。换言之，该支化的蒸煮添加剂可以包括平均3-30(或者35或40)mol的亚烷氧基基团/mol的该支化的蒸煮添加剂本身。还可以涵盖的是，m可以是上述范围内的分数平均值，其代表了该支化的蒸煮添加剂中存在的亚烷氧基基团的平均摩尔量。作为本领域已知的，用于聚合物的重复单体单元的下标值倾向于作为平均值来报告，如上所述。同样在这个式中，n是0或1。换言之，该支化的蒸煮添加剂可以包括磷酸酯基团或者可以没有磷酸酯基团。典型地，该磷酸酯基团通过碳-氧-磷键来键合到亚烷氧基基团上，如下所示：
其中A如上或者如下所述。
此外，B是具有8-15个碳原子的支化的脂肪族烃基团。可以预期B可以包括不同的脂肪族烃基团的混合物，各个具有8、9、10、11、12、13、14或15个碳原子。在不同的实施方式中，该支化的脂肪族烃基团具有9-14、10-13或者11-12个碳原子。可选择地，B可以是具有8个碳原子、9个碳原子、10个碳原子、11个碳原子、12个碳原子、13个碳原子、14个碳原子或者15个碳原子的脂肪族烃基团。
在一种实施方式中，B是具有10个碳原子的脂肪族烃基团。特别合适的具有10个碳原子的烃基团的一个例子包括但不限于2-丙基庚烷基团。应当理解术语“2-丙基庚烷基团”指的是C10H22基团。仅仅出于说明性目的，在下面显示了2-丙基庚烷基团的化学结构：
在一种实施方式中，该支化的蒸煮添加剂进一步限定为具有下面的结构：
其中D是亚丙氧基基团和E是亚乙氧基基团，并且其中x的平均值为0-4和y的平均值为3-14。
在仍另一实施方式中，该支化的蒸煮添加剂可以进一步限定为具有下面的结构：
其中D是亚丙氧基基团和E是亚乙氧基基团，并且其中x的平均值是0-4和y的平均值是3-14。
在仍另一实施方式中，该支化的蒸煮添加剂进一步限定为具有下面的结构的化合物的混合物：
其中各个D是亚丙氧基基团和各个E是亚乙氧基基团，并且其中各个x的平均值是约2和各个y的平均值是约5。可选择地，在仍另一实施方式中，D是亚丙氧基基团和E是亚乙氧基基团，并且其中x的平均值是0-4和y的平均值是3-10。
在另外一种实施方式中，该支化的蒸煮添加剂包括具有下面的结构的化合物的混合物：
其中各个A独立地是至少一种亚烷氧基基团和各个亚烷氧基基团具有2-4个碳原子，各个m独立地平均值是3-14，和各个B独立地是具有8-15个碳原子的支化的脂肪族烃基团。
在仍另一实施方式中，B进一步限定为十三烷基醇基团。还可以预期该支化的蒸煮添加剂可以进一步限定为包括：
2-丙基庚烷基团，约1.8个亚丙氧基基团和约5个亚乙氧基基团；
2-丙基庚烷基团，约1.8个亚丙氧基基团和约7个亚乙氧基基团；
2-丙基庚烷基团，约1.8个亚丙氧基基团和约8个亚乙氧基基团；
2-丙基庚烷基团和约7个亚乙氧基基团；
2-丙基庚烷基团和约10个亚乙氧基基团；
2-丙基庚烷基团和约14个亚乙氧基基团；
2-丙基庚烷基团，约4个亚乙氧基基团，和磷酸酯基团；
2-丙基庚烷基团，约5个亚乙氧基基团，和磷酸酯基团；
支化的C10-C12基团的混合物，约2个亚丙氧基基团，约13个亚乙氧基基团，和磷酸酯基团；
支化的C13基团和约10个亚乙氧基基团；
支化的C13基团和约3个亚乙氧基基团；
支化的C13基团，约3个亚乙氧基基团，和磷酸酯基团；
支化的C13基团，约6个亚乙氧基基团，和磷酸酯基团；
支化的C13基团和约8个亚乙氧基基团；
支化的C8聚乙二醇基团和磷酸酯基团；和
支化的C9-C11基团，约1.5个亚丁氧基基团和约7个亚乙氧基基团和/或其组合。
在另外一种实施方式中，该苛性组合物(和/或该支化的蒸煮添加剂本身)基本没有具有小于8个碳原子和/或大于15个碳原子的脂肪族烃(或基团)。术语“基本没有”指的是这样的烃(或基团)的量优选小于该苛性组合物和/或该支化的蒸煮添加剂的10重量％，更优选小于5重量％，甚至更优选小于1重量％和最优选小于0.1重量％。
术语“支化的脂肪族烃基团”描述至少一种非线性的基团(和作为整体的该支化的蒸煮添加剂)，例如这样的基团，其中一个或多个碳原子各个连接到大于两个独立地碳原子上。在一种实施方式中，该支化的脂肪族烃基团进一步限定为包括侧接于主链上的至少C2或者更高级的含碳基团的基团。在另外一种实施方式中，该支化的脂肪族烃基团进一步限定为是至少50、55、60、65、70、75、80、85、90、95或者99％支化的，如本领域技术人员所理解的。可选择地，该支化的脂肪族烃基团可以是80-100、85-100、90-100、95-100或者约100％支化的。在一种实施方式中，该支化的蒸煮添加剂如美国专利No.7671006中所述，其在此明确通过引用并入本文，但是并不限制本发明。
该支化的蒸煮添加剂的存在量为至多约1、0.9、0.8、0.7、0.6、0.5、0.4、0.3、0.2、0.1、0.09、0.08、0.07、0.06、0.05、0.04、0.03、0.02、0.01等重量百分比，基于该苛性组合物的总重量。在不同的实施方式中，该支化的蒸煮添加剂的存在量是500-5000、500-4000、500-3000、500-2000或者500-1000重量份/一百万重量份的该苛性组合物。在其它实施方式中，该支化的蒸煮添加剂的存在量是0.5-1，0.6-0.9或者0.7-0.8重量百分比，基于该苛性组合物的总重量。在不同的实施方式中，该苛性组合物可以包括大于1种的任何前述支化的蒸煮添加剂。
另外的支化的蒸煮添加剂：
除了上述的支化的蒸煮添加剂之外，该苛性组合物还可以包括一种或多种另外的支化的蒸煮添加剂。该一种或多种另外的支化的蒸煮添加剂典型地不同于上述的支化的蒸煮添加剂。典型地，该一种或多种另外的支化的蒸煮添加剂进一步限定为具有与上述相同或者类似的支化。但是，这不是必需的。
在一种实施方式中，另外的支化的蒸煮添加剂具有下面的结构：
其中A是具有2-4个碳原子的亚烷氧基基团，m是3-14，和B是具有8-15个碳原子的支化的脂肪族烃基团。典型地，在这种实施方式中，磷原子键合到亚烷氧基基团的氧原子上。在另外一种实施方式中，另外的支化的蒸煮添加剂具有下面的结构：
其中A是具有2-4个碳原子的亚烷氧基基团，m是3-14，和B是具有8-15个碳原子的支化的脂肪族烃基团。甚至此外的，另外的支化的蒸煮添加剂可以进一步限定为具有下面的结构：
其中D是亚丙氧基基团和E是亚乙氧基基团，并且其中x的平均值是0-4和y的平均值是3-10。该另外的支化的蒸煮添加剂可以进一步限定以使得B进一步限定为十三烷基。还可以预期的是一种或多种另外的支化的蒸煮添加剂可以如上所述。
该一种或多种另外的支化的蒸煮添加剂的存在量也可以为至多约1重量％，基于该苛性组合物的总重量。在不同的实施方式中，该一种或多种另外的支化的蒸煮添加剂的存在量是0.05-0.5、0.05-0.4、0.05-0.3、0.05-0.2、0.2-0.3或者0.05-0.1重量％，基于该苛性组合物总重量。在其它实施方式中，该一种或多种另外的支化的蒸煮添加剂的存在量是0.5-1、0.6-0.9，或者0.7-0.8重量％，基于该苛性组合物总重量。
该支化的蒸煮添加剂和/或该一种或多种另外的支化的蒸煮添加剂可以通过本领域已知的任何方法形成。在一种非限定性实施方式中，该支化的蒸煮添加剂和/或一种或多种另外的支化的蒸煮添加剂是使用醇烷氧基化物与P2O5或者多磷酸以不足到超化学计量量磷酸化来产生磷酸酯来形成的。典型地，当该支化的蒸煮添加剂和/或一种或多种另外的支化的蒸煮添加剂不包括磷酸酯基团时，可以使用任何已知的合成方法来形成添加剂。
另外的添加剂：
除了该金属氢氧化物和支化的蒸煮添加剂和/或一种或多种另外的支化的蒸煮添加剂之外，该苛性组合物可以包括一种或多种另外的添加剂，其包括但不限于盐和/或碱、硫化物(例如硫化钠)、氢硫化物、磺酸盐、羧酸、烃及其组合。在一种非限定性实施方式中，该苛性组合物包括美国专利No.4426254和/或6551452所述的一种或多种另外的添加剂，其各个在此明确通过引用并入本文，相对于这些添加剂，但是并非具地体限制本发明。在另外一种实施方式中，可以可选择地预期该苛性组合物可以包括一种或多种具有小于8个碳原子和/或大于15个碳原子的脂肪族烃、一种或多种芳烃、苯基，或者苄基烃，一种或多种烷烃，烯烃或者炔烃和/或其组合。
德拉夫斯润湿时间：
该苛性组合物的德拉夫斯润湿时间小于100秒(其是使用ASTMD2281测定的)。在不同的实施方式中，该苛性组合物的德拉夫斯润湿时间小于95、90、85、80、75、70、65、60、55、50、45、40、35、30、25、20、15、10或者5秒(其是使用ASTM D2281测定的)或者其任何范围，包括上述那些内的任何和全部的分数值和分数值范围。在其它实施方式中，该苛性组合物的德拉夫斯润湿时间是1-20、2-18、3-17、4-16、5-15、6-14、7-13、8-12、9-11或者10-11秒(使用ASTMD2281测定)。小于100秒的德拉夫斯润湿时间表示了该支化的蒸煮添加剂有效地润湿了木质纤维素材料，以使得水和该苛性组合物可以与木质纤维素材料相互作用和渗透木质纤维素材料。在不同的实施方式中，明确可以预期该苛性组合物可以具有从约0至多约100秒的任何德拉夫斯润湿时间或者时间范围，包括整数和分数二者。
另外的方法步骤：
除了前述步骤外，该方法还包括将木质纤维素材料和苛性组合物合并来形成混合物的步骤。该木质纤维素材料可以逐批或逐步加入到苛性组合物，反之亦然。还可以预期不同部分的木质纤维素材料可以加入到苛性组合物的一个或多个部分中，反之亦然。该木质纤维素材料和/或苛性组合物可以以任何次序和在任何容器中合并。典型地，它们在蒸煮器中合并，如本领域已知的。但是，它们可以首先在次级容器中合并，并且转移到蒸煮器。可选择地，可以使用本领域已知的任何其它容器，包括但不限于挤出机、混合器、反应器等。
在不同的实施方式中，该混合物包括至少5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90或者95重量％的木质纤维素材料和/或苛性组合物，基于该混合物的总重量。典型地，该混合物仅仅包括木质纤维素材料和苛性组合物。但是，可以预期的是该混合物可以包括其它添加剂或组分，作为本领域已知的(例如，作为在硫酸盐法制浆，硫酸盐法或者在本领域已知的任何其它制木浆或者蒸煮方法中所用的)。
该方法还包括加热木质纤维素材料和/或苛性组合物来蒸煮木质纤维素材料的步骤。该木质纤维素材料可以独立于苛性组合物来单独加热。类似地，该苛性组合物可以独立于木质纤维素材料来单独加热。最典型地，该木质纤维素材料和苛性组合物(即，混合物)是一起加热的。加热步骤可以进一步限定为加热到100℃-200℃，120℃-190℃或者130℃-180℃的温度。在不同的非限定性实施方式中，该方法包括一种或多种方法或者加工步骤，如美国专利No.4426254；6551452；和/或6649023中的一种或多种所述，其各个明确在此引用并入本文。该方法还可以包括一种或多种另外的步骤，其已知的典型地包括在硫酸盐法制浆中。
另外的实施方式：
本发明还提供一种蒸煮包括纤维素和木质素的木片，来提取其中的纤维素的方法。该方法的这种实施方式包括以下步骤：提供包含木质素和纤维素的木片，提供苛性组合物，该苛性组合物的pH是至少约10和包括水、碱金属氢氧化物或碱土金属氢氧化物和基于组合物总重量至多约0.5重量％的具有下面的结构的蒸煮添加剂：
其中D是亚丙氧基基团和E是亚乙氧基基团，并且其中x的平均值是0-4和y的平均值是3-14，和其中该苛性组合物使用ASTM D2281所测量的德拉夫斯润湿时间小于10秒。该方法的这种实施方式还包括将该木片和苛性组合物合并来形成混合物的步骤和加热该混合物来蒸煮木片的步骤。
在一种可选择的实施方式中，该苛性组合物的基本组成为(i)水，(ii)碱金属氢氧化物或者碱土金属氢氧化物，和(iii)蒸煮添加剂。术语“基本组成为”典型地描述了该苛性组合物没有或者包括小于10、5、1、0.5或者0.1重量％的其它添加剂(不包括支化的蒸煮添加剂例如上述那些的一种或多种)，基于该苛性组合物的总重量。还可以预期该苛性组合物可以基本上由(i)、(ii)、(iii)和至多约0.5重量％的第二蒸煮添加剂组成，该第二蒸煮添加剂不同于上述支化的蒸煮添加剂，并且具有下面的结构：
或者包括具有下面的结构的化合物的混合物：
其中各个A是至少一种亚烷氧基基团和各个亚烷氧基基团具有2-4个碳原子，各个m独立地平均值是3-14，n是0或1，和各个B独立地是具有8-15个碳原子的支化的脂肪族烃基团。此外，可以涵盖的是x可以进一步限定为平均值是1-2或约2和y可以进一步限定为平均值是约5。可选择地，x可以进一步限定为0和y可以进一步限定为平均值是约5。
本发明还提供了一种木质纤维素材料包括苛性组合物和木质纤维素材料的蒸煮系统。该系统可以使用本发明的方法来应用。
实施例
根据本发明形成了一系列的苛性组合物(组合物1-40)。还形成了一系列的对比组合物(对比组合物1-32)，但是并非根据本发明形成。各个所述的组合物和对比组合物包括3-9重量％的氢氧化钠(和因此具有至少约10的pH)，0.1-0.3重量％的添加剂(分别基于该组合物的总重量)，和平衡量的水。用于形成组合物1-40的添加剂代表了本发明不同的实施方式的支化的蒸煮添加剂。用于形成对比组合物1-32的添加剂不代表本发明的支化的蒸煮添加剂，和因此不代表本发明。各个添加剂是在表/图中使用市售商标名来描述的。
在形成后，将各个所述的组合物和对比组合物加热到50℃-70℃的温度，并且在该温度使用ASTM D2281测定德拉夫斯润湿时间来进行评价。下面报告的德拉夫斯润湿时间是基于各个组合物和对比组合物的2-4个独立的实验的平均时间。较短的时间表示了改进的润湿性，并且会涉及到木质纤维素材料改进的润湿性，其允许该苛性组合物与木质纤维素材料更有效的相互作用并溶解它。
另外，目视评价各个组合物和对比组合物来确定各个是不是透明的、雾浊的或者浑浊的。透明通常表示(大约)添加剂在组合物或对比组合物中完全溶解。雾浊和浑浊分别表示了添加剂在组合物或对比组合物中降低的溶解性。
在表1中，如图1所示，阐述了各个所示的组合物和对比组合物，并且分类，以使得全部组合物组织在一起和全部对比组合物组织在一起。阐述了添加剂的商业名称、各个组合物的温度、氢氧化钠的重量百分比、添加剂的重量百分比、平均德拉夫斯润湿时间和各个组合物的外观。表1所述的数据清楚的表明本发明的组合物通常优于对比组合物，即，具有较低的润湿时间。如上所述，这些改进的润湿时间会涉及到木质纤维素材料增加的和更完全的润湿及其蒸煮。另外，表1所述的数据表明代表了本发明的大部分的添加剂是(大约)完全到适度地可溶于不同的组合物中。
在表2中，如图2所示，阐述了各个所述组合物和对比组合物，并且相对于德拉夫斯润湿时间升序分类。表2包括与表1相同的数据。这个表所述的数据仅仅是为了易于理解而重新分类的。如上所述，这个表所述的数据清楚的表明本发明的组合物通常优于对比组合物，即，具有较低的润湿时间。
在表3A、3B和3C中，如图3A、3B和3C所示，阐述了各个所述的组合物和对比组合物，并且相对于在德拉夫斯润湿时间测定期间组合物的温度来分类。换言之，对这些表进行了组织，以使得温度是恒定的。表3A-C包括了与前表相同的数据。如上所述，这个数据表明本发明的组合物通常优于对比组合物，即，具有较低的润湿时间，甚至当在不同的温度比较时也是如此。
在下表4A和4B中，如图4A和4B所示，阐述了各个所述的组合物和对比组合物，并且相对于添加剂的重量百分比进行分类。换言之，对这些表进行了组织，以使得添加剂的重量百分比是恒定的。表4A和B包括了与前表相同的数据。如上所述，这个数据表明本发明的组合物通常优于对比组合物，即，具有较低的润湿时间，甚至当添加剂的量变化时也是如此。
在表5A、5B、5C、5D、5E和5F中，如图5A、5B、5C、5D、5E和5F所示，阐述了各个所述的组合物和对比组合物，并且相对于氢氧化钠的重量百分比分类。较高重量百分比的氢氧化钠涉及到组合物和对比组合物增加的pH。组织这些表，以使得氢氧化钠的重量百分比和相应的pH是恒定的。表5A-F包括了与前表相同的数据。如上所述，这个数据表明本发明的组合物通常优于对比组合物，即，具有较低的润湿时间，甚至当在氢氧化钠的量(和相应的pH)变化时也是如此。换言之，与对比组合物相比，本发明的组合物在高苛性溶液中充当了更好的润湿剂。
动态表面张力：
在本发明中，动态表面张力表示支化的蒸煮添加剂多快地降低了溶液的表面张力。动态表面张力数据提供了关于样品中存在的添加剂分子可以多快地扩散到和定向于新产生的表面上的信息。在非常低的表面老化时，溶液的表面张力将接近于纯水(72达因/厘米)，因为分子没有时间扩散和在表面上定向。在非常高的表面老化时，表面张力将接近于平衡表面张力值。
根据本发明还形成了一系列另外的组合物：组合物41-45。还形成了另外的对比组合物(对比组合物33)，但是并非代表本发明。各个所述组合物41-45和对比组合物33分别包括9重量％的氢氧化钠(和因此pH是至少约10)，基于组合物总重量为0.2重量％的添加剂，和平衡量的水。用于形成组合物41-45的添加剂代表了本发明不同的实施方式的支化的蒸煮添加剂。用于形成对比组合物33的添加剂不代表本发明的支化的蒸煮添加剂且因此不代表本发明。更具体地，组合物41包括Lutensol A12N磷酸酯。组合物42包括Lutensol TDA3 PE。组合物43包括Lutensol XP50 PE。组合物44包括Lutensol XL70。组合物45包括Lutensol XL50 PE。对比组合物33包括PluronicL62/Pluronic F68的1：1混合物。
在形成后，评价了各个前述组合物和对比组合物来测定动态表面张力。动态表面张力是使用Kruss BP100仪器来测量的，如本领域已知的。更具体地，将已知体积的空气气泡泵入已知量的不同的前述组合物的样品中，并且测量表面张力。随着空气气泡速率的增加，表面积(老化)也增加。表面张力随着表面积的增加而增加。换言之，添加剂迁移到这个新表面所花费的时间导致了表面张力增加。这些评价的结果显示在图6的线图中。在本发明中，在最快的速率，低的表面张力典型地是令人期望的。图6所示的结果证实了通过本发明不同的组合物实现了积极的结果。
临界胶束浓度：
临界胶束浓度(CMC)是添加剂效率的量度。胶束是由许多表面活性材料的分子组成的聚集的单元。CMC典型地是形成可感知数目的胶束的添加剂浓度。胶束形成能够乳化、增溶和分散其它不相容性材料。在达到CMC之前，表面张力典型地用添加剂浓度来改变。在达到CMC之后，表面张力典型地保持相对恒定或者具有较低斜率的变化。给定添加剂在给定介质中的CMC值典型地取决于温度、压力和取决于其它物质和电解质的存在和浓度。胶束倾向于仅仅在高于临界胶束温度时形成。较低的CMC表示需要较少的添加剂来饱和界面和形成胶束。在胶体和表面化学中，临界胶束浓度(CMC)典型地被描述为这样的添加剂浓度，高于其时胶束形成，并且加入系统的任何表面活性剂进入胶束中。
临界胶束浓度是使用Kruss K100仪器来测量的，如本领域已知的。更具体地，制造了一系列9％的氢氧化钠水溶液，并且以渐增的量加入不同的添加剂。在添加后，依次测量表面张力。换言之，加入少量添加剂和测量表面张力。将这种方法连续重复，直到完成图7所示的曲线。更具体地，使用了下面的添加剂：Lutensol A12N PE(本发明)，Lutensol TDA3 PE(本发明)，Lutensol XP50 PE(本发明)，PluronicL62/F68(对比)和Lutensol XL70 PE(本发明)。这些评价的结果显示在图8中。
添加剂的最低浓度(其会在最短时间内产生低的表面张力)典型地在本发明中是令人期望的。图7所示结果证实了通过本发明不同的组合物实现了积极的结果。
接触角：
接触角θ是固体被液体润湿的定量量度。它典型地几何定义为液体在液体、气体和固体相交之处的三相界面处所形成的角。低的接触角(θ)值倾向于表示液体铺展或者润湿良好，而高的接触角典型地表示差的润湿。如果角度θ小于90度，则该液体典型地被描述为润湿所述固体。如果该角度大于90度，则该液体典型地被描述为非润湿的。0接触角代表了完全润湿。
形成了本发明的不同添加剂在9％的氢氧化钠(NaOH)水溶液中的一系列0.05％溶液。然后将这些溶液的液滴置于一片北方白桦(Northern White Birch)上，和使用Kruss DSA100仪器通过高速相机测量接触角，如本领域已知的。更具体地，使用了下面的添加剂：Lutensol A12N PE(本发明)，Lutensol TDA3 PE(本发明)，LutensolXP50 PE(本发明)，Pluronic L62/F68(对比)和Lutensol XL70 PE(本发明)，和Lutensol XL50 PE(本发明)。最低的接触角典型地表示了最大的润湿性，并且在本发明中典型地是令人期望的。图8所示的结果证实了通过本发明不同的组合物实现了积极的结果。
应当理解上述的一个或多个值可以变化±5％、±10％、±15％、±20％、±25％、±30％等，只要方差处于本发明范围内。此外，在前述值内或者各个值之间的全部值和值的范围，包括整数和分数二者是在不同的非限定性实施方式中明确预期的。还应当理解附加的权利要求不限于具体说明中所述的表达和具体的化合物、组合物或者方法，其可以在落入附加的权利要求范围内的具体实施方式之间变化。关于在此依赖其来描述不同实施方式的具体特征或方面的任何马库什群组，应当理解不同的、特定的和/或出乎意料的结果可以获自各自马库什群组的独立于全部其它马库什成员的各个成员。马库什群组的各个成员可以单个和或组合的依赖和为在附加的权利要求范围内的具体实施方式提供足够的支持。
还要理解依赖其来描述本发明不同实施方式的任何范围和子范围独立地和全部地落入附加的权利要求的范围内，和要理解描述和预期全部的范围包括其中的整数和/或分数，即使这样的值没有在此明确写出。本领域技术人员容易认可所列举的范围和子范围足够地描述和赋予本发明不同的实施方式，并且这样的范围和子范围可以进一步描述为相关的一半、三分之一、四分之一、五分之一等。作为仅仅一个例子，范围“0.1-0.9”可以进一步描述为下面的三分之一，即，0.1-0.3，中间的三分之一，即，0.4-0.6，和上面的三分之一，即，0.7-0.9，其单个地和全部地处于附加的权利要求的范围内，并且可以单独的和/或全部的依赖和为在附加的权利要求范围内的具体实施方式提供足够的支持。另外，关于定义了或者改变了范围的语言例如“至少”、“大于”、“小于”、“不大于”等，应当理解这样的语言包括子范围和/或上限或下限。作为另一例子，范围“至少10”本质上包括了子范围至少10-35，子范围至少10-25，子范围25-35等，并且各个子范围可以单独地和/或全部地依赖和为在附加的权利要求范围内的具体实施方式提供足够的支持。最后，在所公开范围内的单个数字可以依赖和为在附加的权利要求范围内的具体实施方式提供足够的支持。例如范围“1-9”包括不同的单个整数例如3，以及包括小数点的单个数字(或分数)例如4.1，其可以依赖和为在附加的权利要求范围内的具体实施方式提供足够的支持。
独立权利要求和从属权利要求(单项和多项从属权利要求二者)的全部组合的主题在此是明确可以预期的，但是为了简要起见没有详细描述。本发明已经通过说明性方式进行了描述，并且应当理解已经使用的术语目的是说明性措辞的性质，而非限制性的。本发明的许多改变和变化按照上面的教导是可能的，并且本发明可以无需明确描述来实践。

Claims (19)

1.一种蒸煮木质纤维素材料的方法，所述方法包括以下步骤：
A.提供木质纤维素材料；
B.提供pH是至少约10的苛性组合物，且该苛性组合物包含：
(i)水，
(ii)碱金属氢氧化物或者碱土金属氢氧化物，和
(iii)基于该组合物总重量至多约1重量％的具有下面结构的蒸煮添加剂：
其中A是至少一种亚烷氧基基团，并且各个亚烷氧基基团具有2-4个碳原子，n是0或1，B是具有8-15个碳原子的支化的脂肪族烃基团，X是H或者B-O-(A)m，和各个m独立地平均值为3-30，和
其中该苛性组合物的使用ASTM D2281测量的德拉夫斯润湿时间小于100秒；
C.将该木质纤维素材料和该苛性组合物合并来形成混合物；和
D.加热该木质纤维素材料和/或该苛性组合物来蒸煮该木质纤维素材料。
2.权利要求1所述的方法，其中该支化的蒸煮添加剂包含具有下面的结构的化合物的混合物：
其中各个A独立地是至少一种亚烷氧基基团且各个亚烷氧基基团具有2-4个碳原子，各个m独立地平均值是3-14，和各个B独立地是具有8-15个碳原子的支化的脂肪族烃基团。
3.权利要求2所述的方法，其中该苛性组合物包含具有下面的结构的另外的支化的蒸煮添加剂：
其中A是至少一种亚烷氧基基团，其中各个亚烷氧基基团具有2-4个碳原子，m是3-14，和B是具有8-15个碳原子的支化的脂肪族烃基团。
4.权利要求2或3所述的方法，其中所述混合物的化合物具有下面的结构：
其中各个D是亚丙氧基基团和各个E是亚乙氧基基团，和其中x的平均值是0-4和y的平均值是3-14。
5.权利要求3所述的方法，其中该另外的支化的蒸煮添加剂进一步限定为具有下面的结构：
其中D是亚丙氧基基团和E是亚乙氧基基团，并且其中x的平均值是0-4和y的平均值是3-14。
6.权利要求2所述的方法，其中所述混合物的化合物具有下面的结构：
其中各个A是至少一个亚乙氧基基团，各个m的平均值是约5，和各个B是具有10个碳原子的支化的脂肪族烃基团。
7.权利要求2或3所述的方法，其中所述混合物的化合物具有下面的结构：
其中各个D是亚丙氧基基团和各个E是亚乙氧基基团，并且其中各个x的平均值是约2和各个y的平均值是约5。
8.权利要求6所述的方法，其中该苛性组合物包含两种另外的支化的蒸煮添加剂，其中第一种另外的支化的蒸煮添加剂具有下面的结构：
和
第二种支化的蒸煮添加剂具有下面的结构：
其中各个D是亚丙氧基基团和各个E是亚乙氧基基团，并且其中各个x的平均值是1-2和各个y的平均值是约5。
9.权利要求2所述的方法，其中该支化的蒸煮添加剂的B进一步限定为十三烷基。
10.权利要求1所述的方法，其中该支化的蒸煮添加剂具有下面的结构：
其中A是至少一种亚烷氧基基团，其中各个亚烷氧基基团具有2-4个碳原子，m是3-14，和B是具有8-15个碳原子的支化的脂肪族烃基团。
11.权利要求10所述的方法，其中该支化的蒸煮添加剂进一步限定为具有下面的结构：
其中D是亚丙氧基基团和E是亚乙氧基基团，并且其中x的平均值是0-4和y的平均值是3-14。
12.权利要求11所述的方法，其中该苛性组合物包含两种另外的支化的蒸煮添加剂，其中第一种另外的支化的蒸煮添加剂具有下面的结构：
和
第二种支化的蒸煮添加剂具有下面的结构：
其中各个A是至少一种亚烷氧基基团，其中各个亚烷氧基基团具有2-4个碳原子，各个m独立地平均值是3-14，和各个B是十三烷基。
13.权利要求1-12任一项所述的方法，其中该支化的蒸煮添加剂的存在量是0.05-0.3重量％，基于该苛性组合物的总重量。
14.权利要求1-12任一项所述的方法，其中该支化的蒸煮添加剂的存在量是0.2-0.3重量％，基于该苛性组合物的总重量。
15.一种蒸煮包含纤维素和木质素的木片来提取其中的纤维素的方法，所述方法包括以下步骤：
A.提供包含木质素和纤维素的木片；
B.提供pH是至少约10的苛性组合物，且该苛性组合物包含：
(i)水，
(ii)碱金属氢氧化物或者碱土金属氢氧化物，和
(iii)基于该组合物总重量至多约0.5重量％的具有下面结构的蒸煮添加剂：
其中D是亚丙氧基基团和E是亚乙氧基基团，并且其中x的平均值是0-4和y的平均值是3-14，和
其中该苛性组合物的使用ASTM D2281测量的德拉夫斯润湿时间小于10秒；
C.将该木片和苛性组合物合并来形成混合物；和
D.加热该混合物来蒸煮该木片。
16.权利要求15所述的方法，其中该苛性组合物基本由(i)、(ii)和(iii)组成。
17.权利要求15所述的方法，其中该苛性组合物基本由(i)、(ii)、(iii)和至多约0.5重量％的两种另外的支化的蒸煮添加剂组成，其中第一种另外的支化的蒸煮添加剂具有下面的结构：
和
第二种支化的蒸煮添加剂具有下面的结构：
其中各个A是至少一种亚烷氧基基团，其中各个亚烷氧基基团具有2-4个碳原子，各个m独立地平均值是3-14，和各个B是十三烷基。
18.权利要求15-17任一项所述的，其中x进一步限定为平均值是1-2，和y进一步限定为平均值是约5。
19.权利要求15-17任一项所述的方法，其中x进一步限定为零，和y进一步限定为平均值是约5。
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