CN1668805A - 使用烷氧基化烷基醇表面活性剂脱除纸浆中树脂的方法 - Google Patents

使用烷氧基化烷基醇表面活性剂脱除纸浆中树脂的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种降低化学纸浆中树脂含量的方法，包括在含有有效脱树脂剂量的化学式为RO[(CH2CHCH3O) x (CH2CH2O) y] M (其中R为C4－C40烷基，x＝1－50，y＝0－100且M为H或碱金属)的烷氧基化烷基醇的碱性含水介质中加热木片；一种包括氢氧化钠和亚硫酸钠以及该烷氧基化烷基醇的蒸煮液，以及一种根据该方法制备的脱树脂纸浆。

Description

使用烷氧基化烷基醇表面活性剂脱除纸浆中树脂的方法
技术领域
本发明涉及降低木浆中树脂含量的化学工艺。更具体的说，本发明涉及硫酸盐和亚硫酸盐蒸煮法(cooking process)中烷氧基化烷基醇表面活性剂的应用。
发明背景
在制浆法中，去木质作用是使木纤维彼此分离的主要反应。各种机械和化学方法被用于实现这种分离，但是使用最广泛的技术公知为硫酸盐或亚硫酸盐法，因为其制备的纸浆给予纸制品以高强度和良好的耐老化性能。
在硫酸盐制浆法中，含氢氧化钠和亚硫酸钠的蒸煮液(白液)用于从木头中提取木质素。该萃取或去木质作用是在蒸煮器中，分批或连续实现的。蒸煮器中的pH通常在大约11至大约14之间。
药液的温度保持在大约150℃至大约175℃之间。对于完全的消化作用通常需要大约2至大约3小时的时间。然后该纸浆在例如生产纸制品之前漂白的进一步处理前进行洗涤。
木片的蒸煮液渗透对于制浆法的成功至关重要。纸浆的均匀度与造纸操作的容易程度以及最终产品的质量直接相关。蒸煮液充分进入木头是制浆法中必需的第一个步骤。为离解纤维充分脱木质素需要制浆药液进入木片中渗透并分散，然后在整个木头中均匀分布。
输送蒸煮化学品进入木头的两种机理是渗透和扩散。渗透是蒸煮液进入木头小孔的流动，而扩散是溶解的化学品在浓度梯度下的运输。
在硫酸盐法蒸煮器中，不均匀由不同的木头种类、木片尺寸、木片老化程度引起，在确定片含水量和制浆条件中产生误差。如果片过厚，因为片中的碱消耗的比其可以被扩散替换的更快，所制备的纸浆较不均匀。因此，外部的纤维在内部木心有机会反应之前广泛地脱树脂了。工业规模生产中片的厚度总是可变的。蒸煮中的渗透不足导致最终纸浆中更高的筛分废料(rejects)和碎片(shives)、给定收率下的高木质素含量、以及低劣的漂白能力和最终使用性能。
由于树脂含量的干扰不均匀制浆也可能在片中发生。木头中的树脂主要位于薄壁细胞和管腔中。完整的细胞壁有效地保护树脂避免与蒸煮化学品接触。
消化作用和脱树脂作用可以被认为通过以下方式发生：
1)木片和树脂被含水碱性液体润湿；
2)该木片被该液体渗透；
3)崩裂树脂和脂肪酸聚集体，并消散被含水碱性液体侵入该片
流体通道所促进的木片的脱纤维作用；以及
4)稳定分散的树脂颗粒，从而减少其在纤维素纤维上的再沉淀。
表面活性剂能够通过不同机理有助于以上方法中的步骤，例如润湿、乳化以及使这些树脂材料进入和脱离木头结构分布。这导致蒸煮和洗涤阶段后较低的纸浆树脂含量。为溶解分级纸浆，必要的是将纸浆树脂含量降低到非常低的水平以防止树脂对乙酸盐和粘胶性能的不利影响。在造纸用纸浆中，当这些浸出物在木片到纸浆和纸制品的加工过程中被释放时，其能够导致研磨设备上麻烦的木沥青沉积物，挤压挑选(press picking)以及产品质量不合标准。因此，有效的纸浆脱树脂助剂能够对纸浆以及溶解纸浆的生产有用。
美国专利第5,728,265号公开了具有3至22个碳原子的烷氧基化支链和非支链脂肪醇作为片渗透剂的应用。
发明概述
本发明涉及一种降低化学纸浆中树脂含量的方法，包括在含有有效脱树脂剂量的化学式为RO[(CH2CHCH3O)x(CH2CH2O)y]M(其中R为C4-C40烷基，x＝1-50，y＝0-100且M为H或碱金属)的烷氧基化烷基醇的碱性含水介质中加热木片。
另一方面，本发明涉及一种蒸煮液，该蒸煮液包括氢氧化钠和亚硫酸钠以及化学式为RO[(CH2CHCH3O)x(CH2CH2O)y]M(其中R为C4-C40烷基，x＝1-50，y＝0-100且M为H或碱金属)的烷氧基化烷基醇。
另一方面，本发明涉及一种通过在含有有效脱树脂剂量的化学式为RO[(CH2CHCH3O)x(CH2CH2O)y]M(其中R为C4-C40烷基，x＝1-50，ｙ＝0-100且M为H或碱金属)的烷氧基化烷基醇的碱性含水介质中加热木片而制备的脱树脂纸浆。
发明内容
“烷基醇”表示化学式为ROH的化合物或化学式为ROH的化合物的混合物，其中R为直链或支链的C4-C40烷基。
“氢氧化物碱”表示碱金属例如钠、钾、钙、镁、锂、及类似物的氢氧化物(OH)盐。
“白液”表示带有或不带有更多添加剂的碱金属氢氧化物和亚硫酸盐的含水混合物，且其浓度为本领域所公知。卡伯值(the KappaNumber)，其与纸浆中剩余木质素的数量成正比例，是在TAPPI法T236cm-85规定的条件下每克无水纸浆消耗的0.1N高锰酸钾溶液的体积(以毫升计)。
本发明的烷氧基化烷基醇的化学式为RO[(CH2CHCH3O)x(CH2CH2O)y]M，其中R为C4-C40烷基，x＝1-50，y＝0-100且M为H或碱金属。
该烷氧基化烷基醇是通过在存在氢氧化物碱的情况下加热C4-C40烷醇或C4-C40烷醇的混合物(此处均记为ROH)和环氧丙烷而制备的，任选加入环氧乙烷。优选该反应在大约150℃的温度下在压力为大约50-75psi的压力容器中进行。所得的烷氧基化物可以盐的形式存在或用酸中和。
环氧乙烷和环氧丙烷可以随机或嵌段方式加成。“嵌段聚合物”表示由环氧丙烷和环氧乙烷嵌段加成所得的聚合物。“杂聚物”表示由环氧丙烷和环氧乙烷随机加成所得的聚合物。
环氧乙烷和环氧丙烷的随机加成包括两种组分同时加成到所述的醇上，由此与该醇加成的速率由其相对数量和反应速率控制。因此，在随机加成的情况下，应当理解以上化学式并非结构式，而仅仅表示加成到该醇ROH上的环氧乙烷和环氧丙烷的摩尔数量，x和y。
在嵌段加成的情况下，环氧乙烷或环氧丙烷中的一种首先加成到该醇上，并允许发生反应。然后另一种组分也被加成并允许发生反应。在嵌段加成的情况下，除了(C2H4O)x和(C3H6O)y基团可以依环氧丙烷或环氧乙烷中哪一个首先被加成而被颠倒顺序外，以上化学式表示该烷氧基化烷基醇的结构。所得的聚合物是高度水溶性固体。
在本发明的一个优选方面，M为H。
在另一个优选方面，M为K。
在另一个优选方面，R为C8-C22烷基。
在另一个优选方面，R为C16烷基。
在另一个优选方面，x＝1-20。
在另一个优选方面，y＝20-80。
在另一个优选方面，x＝1-20，ｙ＝20-80且M为H。
在另一个优选方面，该烷氧基化烷基醇为嵌段聚合物。
在另一个优选方面，该烷氧基化烷基醇为杂聚物。
本发明的方法包括使木片及类似物与消化助剂相接触以获得造纸用纸浆，其中该消化助剂为包括含有至少一种如本文所述的烷氧基化烷基醇表面活性剂的白液的液体混合物。白液中表面活性剂的浓度以及其与纸浆片的接触时间各自进行调整以使树脂组分在纤维素不大量降解的情况下从纸浆中提取出来。在至少一部分木片与所述的消化助剂接触后，将该混合物加热到典型地高于大约150℃的消化温度。加热也被称为蒸煮。
该烷氧基化烷基醇表面活性剂优选以水稀释并且在白液被稀释到适合硫酸盐法蒸煮的强度后作为水溶液加入该白液中。该含水烷基醇表面活性剂组合物也可以加入到白液和黑液的混合物中或仅加入到黑液中，或其可以在木片被加入到蒸煮液前用于处理木片。在已经根据本发明将木头消化形成液体纸浆，并洗涤以除去无机物和溶解的有机物之后，将该液体纸浆提供到造纸机。然后可以根据造纸的公知方法由该液体纸浆制造纸。虽然本文所述的具体百分比和工艺参数是优选的，也可以使用其它百分比和参数。
在一个优选方面，蒸煮过程在大约150℃至大约175℃的温度下完成。
在另一个优选方面，蒸煮过程在基于烘干片每吨含有大约0.5至大约2磅烷氧基化烷基醇的情况下完成。
前述部分可以参考以下实施例更好地理解，该实施例是为说明的目，并不意欲对本发明的范围进行限制。
实施例1
制浆研究
制浆研究是在包括8个在加热乙二醇浴中旋转的高压釜(每个0.5升)的Lorentzen & Wettre高压釜蒸煮器中进行的。在这些实验中，将已知剂量的硫酸盐蒸煮液(氢氧化钠和亚硫酸钠)加入到木片中以达到预期的纸浆去木质素程度。在100ml的容量瓶中制备各烷氧基化烷基醇的5％储备溶液。表面活性剂进料以0.05％的恒定进料(干片，o.d.chips)进行测试。该表面活性剂溶液被加入到硫酸盐蒸煮液中并且在转移至高压釜之前彻底混合。对照实验也在各装置中同时进行。
各高压釜以木片和蒸煮液装填，密封并放置于油浴中。油浴的初始温度为50℃。然后该温度升高并在170℃下保持1-3小时以获得预期的去木质素水平。在蒸煮过程中，高压釜从一端到另一端旋转以促进混合和均匀热传递。
在蒸煮过程结束时，将高压釜从油浴中移走并且将高压釜冷却到40℃并保持10min以终止反应。然后高压釜中的内容物在韦林氏搅拌器(Waring blender)中分解2分钟。所得的纸浆在布氏漏斗(Buchnerfunnel)中的粗滤纸上充分洗涤，并且在孔眼为0.20mm的Voith平板筛上过滤。在过滤后，测定废渣(未蒸煮材料)，卡伯值(纸浆中剩余木质素的数量)，脱树脂程度(纸浆中剩余的浸出物)以及黑液剩余活性碱。
当在本发明的烷氧基化烷基醇表面活性剂的存在下蒸煮时，该化学纸浆中的树脂含量明显降低(65-70％的脱树脂程度)。此外，与其它商业上使用的脱树脂化学品相比，该烷氧基化烷基醇表面活性剂提供最多可提高3倍的脱树脂效率，在与目前使用的常规化学品(每吨纸浆2-3磅)相比明显降低的添加剂水平(每吨纸浆0.5-1磅)下产生改善的脱树脂作用。
虽然本发明为说明的目的进行了详细说明，应当理解这种说明仅仅是为该目的，本领域普通技术人员在不背离本发明精神和范围的情况下，可以对其做出各种修改、替换和改变。落在权利要求等同含义和范围内的所有变化均包括在该范围内。

Claims (14)

1.一种降低化学纸浆中树脂含量的方法，该方法包括在含有有效脱树脂剂量的化学式为RO[(CH2CHCH3O)x(CH2CH2O)y]M的烷氧基化烷基醇的碱性含水介质中加热木片，其中R为C4-C40烷基，x＝1-50，y＝0-100且M为H或碱金属。
2.如权利要求1所述的方法，其中M为H。
3.如权利要求1所述的方法，其中M为K。
4.如权利要求1所述的方法，其中R为C8-C22烷基。
5.如权利要求1所述的方法，其中R为C16烷基。
6.如权利要求1所述的方法，其中x＝1-20。
7.如权利要求1所述的方法，其中y＝20-80。
8.如权利要求1所述的方法，其中x＝1-20，y＝20-80且M为H。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述的烷氧基化烷基醇为嵌段聚合物。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述的烷氧基化烷基醇为杂聚物。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述的加热在大约150℃至大约175℃的温度下完成。
12.如权利要求1所述的方法，其中所述的加热是在基于烘干片每吨含有大约0.5至大约2磅烷氧基化烷基醇的情况下完成的。
13.一种蒸煮液，所述蒸煮液包括氢氧化钠和亚硫酸钠以及权利要求1所述的烷氧基化烷基醇。
14.一种脱树脂纸浆，所述脱树脂纸浆是根据权利要求1所述的方法制备的。
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