ES2265428T3

ES2265428T3 - Pasta alcalina que tiene valores del grado de polimerizacion medio bajos y metodo para producirla.

Info

Publication number: ES2265428T3
Application number: ES01926892T
Authority: ES
Inventors: James E. Ii Sealey; Amar N. Neogi; W. Harvey Persinger, Jr.; Mengkui Luo; Vincent A. Roscelli
Original assignee: Weyerhaeuser Co
Current assignee: Weyerhaeuser Co
Priority date: 2000-05-18
Filing date: 2001-04-11
Publication date: 2007-02-16
Anticipated expiration: 2021-04-11
Also published as: US6440523B1; MXPA02011317A; EP1311717A2; ATE335873T1; CN1432087A; DE60122169T2; BR0110890A; US20020034638A1; BR0110890B1; EP1311717B1; CN100402741C; US6491788B2; TWI282829B; KR100834248B1; JP2003533602A; KR20030013421A; US20020041961A1; WO2001088236A2; AU2001253399A1; WO2001088236A3

Abstract

Una pasta que comprende: una pasta alcalina tratada que comprende: (a) al menos 7% en peso de hemicelulosa: (b) celulosa que tiene un grado de polimeriza-ción medio desde 200 a 1100; (c) un índice de cobre inferior a 2, 0; y (d) un ÄR inferior a 2, 0.

Description

Pasta alcalina que tiene valores del grado de polimerización medio bajos y método para producirla.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a pastas tratadas útiles para la fabricación de fibras de lyocell, a los métodos para la fabricación de dichas pastas útiles para la fabricación de fibras lyocell, y a las fibras lyocell fabricadas a partir de las composiciones de la presente invención. En particular, la presente invención se refiere a las composiciones que tienen un contenido elevado en hemicelulosa, un índice de cobre bajo y que incluyen celulosa que tiene un bajo grado de polimerización (D.P.) y una distribución de peso molecular estrecha.

Antecedentes de la invención

La celulosa es un polímero de D-galactosa y es un componente estructural de las paredes celulares de las plantas. La celulosa es especialmente abundante en los troncos de los árboles a partir de los cuales se extrae, se convierte en pasta, y después de esto se utiliza en la manufactura de una variedad de productos. El rayón es el nombre que se le da a una forma fibrosa de celulosa regenerada que se usa ampliamente en la industria textil en la manufactura de artículos de ropa. Durante más de cien años las fibras de rayón se han producido mediante los procedimientos de la viscosa y del cupra-amonio. El último procedimiento se patentó en primer lugar en 1890 y el procedimiento de la viscosa dos años más tarde. En el procedimiento de la viscosa la celulosa se somete en primer lugar a una lixiviación en una disolución concentrada de sosa cáustica de mercerización para formar una celulosa alcalina. Esta se hace reaccionar con disulfuro de carbono para formar xantato de celulosa el cual a continuación se disuelve en disolución diluida de sosa cáustica. Después de la filtración y la des-aireación la disolución de xantato se extruye a partir de hileras sumergidas en un baño de regeneración de ácido sulfúrico, sulfato de sodio, sulfato de cinc, y glucosa para formar filamentos continuos. La denominada rayón viscosa que se obtiene se usa actualmente en productos textiles y se usó anteriormente ampliamente para el refuerzo de artículos de caucho tales como los neumáticos y las correas de transmisión.

La celulosa es también soluble en una disolución de óxido de cobre amoniacal. Esta propiedad constituye la base para la producción del rayón de cupra-amonio. La disolución de celulosa se fuerza a través de hileras sumergidas en una disolución de sosa cáustica del 5% ó de ácido sulfúrico para formar las fibras, las cuales a continuación se desproveen del cobre y se lavan. El rayón de cupra-amonio está disponible en fibras de muy bajo tex y se usa casi exclusivamente en productos textiles.

Los procedimientos precedentes para la preparación del rayón requieren que la celulosa sea modificada químicamente o que forme un complejo con el fin de hacerla soluble y por lo tanto capaz de ser hilada en fibras. En el procedimiento de la viscosa, la celulosa se modifica, mientras que en el procedimiento del rayón de cupra-amonio, la celulosa se hace formar un complejo. En uno y otro procedimiento, la celulosa modificada o hecha formar un complejo, se debe regenerar y los reactivos que se usaron para solubilizar la misma se deben separar. Las etapas de modificación y de formación de un complejo en la producción del rayón se suman significativamente al coste de esta forma de fibra de celulosa. Consecuentemente, en los años recientes se han realizado intentos para identificar disolventes que sean capaces de disolver la celulosa sin modificar para formar una disolución de dopado de la celulosa sin modificar a partir del cual se puedan hilar las fibras.

Una clase de disolventes orgánicos útiles para la disolución de la celulosa son los óxidos de N-aminas, en particular los N-óxidos de amina terciaria. Por ejemplo, Graenacher, en la Patente de EE.UU. Nº 2.179.181, describe un grupo de materiales de óxidos de amina adecuados como disolventes. Johnson, en la Patente de EE.UU. Nº 3.447.939, describe el uso de N-óxido de N-metil-morfolina anhidro (NMMO) y de otros óxidos de N-amina como disolventes para la celulosa y de muchos otros polímeros naturales y sintéticos. Franks y colaboradores, en las Patentes de EE.UU. N^{os} 4.145.532 y 4.196.282, se refieren a las dificultades de disolver celulosa en disolventes de óxidos de aminas y de conseguir concentraciones más elevadas de celulosa.

Lyocell es un término genérico aceptado para una fibra compuesta de celulosa precipitada a partir de una disolución orgánica en la cual no tiene lugar la sustitución de los grupos hidroxilo ni se forman compuestos químicos intermedios. Diversos fabricantes producen actualmente las fibras lyocell, principalmente para su uso en la industria textil. Por ejemplo, Acordis, Ltd, fabrica y vende actualmente una fibra lyocell denominada fibra Tencel®.

Se cree que las fibras lyocell actualmente disponibles se producen a partir de pastas de madera de alta calidad que han sido tratadas ampliamente para separar los componentes que no son celulosa, especialmente la hemicelulosa. A estas pastas altamente tratadas se hace referencia como pastas grado disolución o pastas de alfa elevado (ó \alpha elevado), en las que el término alfa (ó \alpha) se refiere al porcentaje de celulosa. Así, una pasta de alfa elevado contiene un porcentaje elevado de celulosa y un porcentaje correspondientemente bajo de otros componentes, especialmente de hemicelulosa. El tratamiento requerido para generar una pasta de alfa elevado se suma significativamente al coste de las fibras lyocell y a los productos fabricados a partir de las mismas.

Por ejemplo, cuando se usa el procedimiento Kraft para producir una pasta grado disolución, se usa una mezcla de sulfuro de sodio e hidróxido de sodio para convertir en pasta la madera. Puesto que los procedimientos Kraft convencionales estabilizan las hemicelulosas residuales frente a ataques alcalinos posteriores, no es posible obtener pastas grado disolución de calidad aceptable, es decir, pastas de alfa elevado, a través del tratamiento subsiguiente de la pasta Kraft en las etapas de blanqueo. Con el fin de preparar pastas tipo disolución mediante el procedimiento Kraft, es necesario dar a la materia prima un tratamiento previo ácido antes de la etapa de reducción a pasta alcalina. Una cantidad significativa de material principalmente de hemicelulosa, del orden del 10% o superior de la sustancia de madera original, se solubiliza en este tratamiento previo en fase ácida y así disminuye el rendimiento del procedimiento. Bajo las condiciones de hidrólisis previa, la celulosa es en gran medida resistente al ataque, pero las hemicelulosas residuales se degradan a una longitud de cadena mucho más corta y por lo tanto se pueden separar en una mayor medida en la cocción Kraft subsiguiente mediante una variedad de reacciones de hidrólisis de la hemicelulosa o mediante disolución.

La etapa de hidrólisis previa implica normalmente el tratamiento de la madera a temperatura elevada (150-180ºC) con un ácido mineral diluido (sulfúrico o dióxido de azufre acuoso) o con agua sola lo que requiere un tiempo de hasta 2 horas a las temperaturas más bajas. En el último caso, el ácido acético liberado a partir de ciertos polisacáridos que existen en la naturaleza (predominantemente los mananos en las maderas de coníferas y el xilano en las maderas de frondosas) disminuyen el pH por debajo de 4.

Además, un índice de cobre relativamente bajo, reflejo del contenido relativo en carbonilo de la celulosa, es una propiedad deseable de una pasta que se va a usar para la fabricación de fibras lyocell debido a que se cree generalmente que un índice de cobre elevado da lugar a la degradación de la celulosa y del disolvente, antes, durante, y/o después de la disolución en un disolvente de óxido de amina. El disolvente degradado pude bien ser bien eliminado o regenerado, sin embargo, debido a su coste no es generalmente deseable la eliminación del disolvente. La regeneración del disolvente adolece del inconveniente de que el procedimiento de regeneración implica condiciones potencialmente explosivas, y peligrosas.

Un contenido en metal de transición bajo es una propiedad deseable de una pasta que se va a usar para la fabricación de fibras lyocell debido a que, por ejemplo, los metales de transición aceleran la degradación no deseable de la celulosa y del NMMO en el procedimiento de fabricación de la fibra lyocell.

A la vista de lo costoso de la producción de pastas grado disolución comerciales sería deseable disponer de alternativas para las pastas grado disolución de alfa elevado como una materia prima de la fibra lyocell. Además, a los fabricantes de pasta les gustaría minimizar la inversión de capital necesaria para producir dichos tipos de pastas mediante la utilización de plantas de inversión material existentes.

Con el fin de controlar las propiedades de la fibra lyocell, los fabricantes de fibra lyocell utilizan disoluciones de dopado que comprenden una mezcla de diferentes pastas que tienen diferentes intervalos de valores de grado de polimerización medio. A la vista de esto, existe también una necesidad para los fabricantes de pasta de producir pastas que tengan un grado de polimerización medio dentro de una banda relativamente estrecha.

Así, existe una necesidad de pastas relativamente baratas, y de bajo alfa (por ejemplo, de alto rendimiento) que se puedan usar para la fabricación de fibras lyocell, mediante un procedimiento de fabricación de pastas de bajo alfa que use equipo esencial que está disponible actualmente para los fabricantes de fibras, y de fibras lyocell a partir de la pasta de bajo alfa precedente. Preferiblemente, las pastas de bajo alfa deseadas tendrán un índice de cobre deseablemente bajo, un contenido en lignina deseablemente bajo y un contenido en metal de transición deseablemente bajo.

En la Solicitud de Patente de prioridad Nº de Serie 09/256.197 a partir de la cual el Documento 99/47733 fue cedido al cesionario de la presente Solicitud de Patente, se describen diversos métodos de reducir los valores D.P. y del índice de cobre de una pasta Kraft. Dichos métodos incluyen el tratamiento de la pasta con ácido, o un sustituto de ácido, o una combinación de ácidos y sustitutos de ácidos. Otros medios de tratar la pasta para reducir el D.P. medio de la celulosa sin reducir sustancialmente el contenido en hemicelulosa descritos en la Solicitud de Patente de prioridad incluyen el tratamiento de la pasta con vapor de agua, una combinación de sulfato ferroso y peróxido de hidrógeno, al menos un metal de transición y ácido peracético, un tratamiento alcalino con dióxido de cloro que finaliza ácido o un tratamiento con hipoclorito de sodio que finaliza próximo a neutro. Dichos procedimientos son eficaces en la reducción del grado de polimerización medio sin reducir sustancialmente el contenido en hemicelulosa, sin embargo, dichos procedimientos pueden ser caros desde un punto de vista de la mejora del capital si las fabricas de pasta existentes en las cuales se van a usar dichos procedimientos no se configuran para permitir el reemplazo sencillo de dichos procedimientos. En la Solicitud de Patente de prioridad, se describen etapas adicionales con el fin de reducir el índice de cobre de la pasta que ha sido tratada para reducir el grado de polimerización medio sin disminuir sustancialmente el contenido en hemicelulosa. La necesidad de esta etapa subsiguiente de reducción del índice de cobre surgió debido a que los métodos descritos en la Solicitud de Patente de prioridad para la reducción del grado de polimerización medio de la celulosa dio lugar a un incremento del índice de cobre en la pasta que se
obtuvo.

En vista de las preocupaciones ambientales, ha existido un gran interés en el uso de agentes de blanqueo, los cuales reducen la cantidad de compuestos clorados que se debe recuperar de las corrientes del procedimiento. En los años recientes, el uso de oxígeno como un agente de deslignificación se ha producido a escala comercial. Los ejemplos de equipo y de aparatos útiles para realizar una deslignificación con oxígeno se describen en las Patentes de EE.UU. N^{os} 4.295.927, 4.295.925; 4.298.426; y 4.295.926.

El procedimiento US 2.811.518 describe un procedimiento para el refino de la pasta de madera. El Documento 1.860.432 describe un procedimiento para reducir la viscosidad de la disolución de celulosa.

Mientras que los métodos descritos en la Solicitud de Patente de prioridad son eficaces en reducir el D.P medio de la celulosa sin reducir sustancialmente el contenido en hemicelulosa, existe una necesidad de un procedimiento que no requiera una etapa de reducción del índice de cobre diferente y que sea fácilmente adaptable a las fabricas de pasta que incluyen reactores de oxígeno, múltiples etapas alcalinas y/o condiciones alcalinas adecuadas para la reducción sustancial del D.P. de pasta blanqueada o semiblanqueada.

Sumario de la invención

Según se usa en la presente invención, las expresiones "composición(es) de la presente invención", o "composición(es) útiles para la fabricación de fibras lyocell", o "pasta tratada" se refieren a pasta, que contiene celulosa y hemicelulosa, que ha sido tratada bajo condiciones alcalinas con el fin de reducir el grado de polimerización (D.P.) medio de la celulosa sin reducir sustancialmente el contenido en hemicelulosa de la pasta o incrementar sustancialmente el índice de cobre de la pasta. Las composiciones de la presente invención poseen preferiblemente propiedades adicionales según se describen en la presente invención.

Las composiciones de la presente invención son composiciones útiles para la fabricación de fibras lyocell, o de otros elementos moldeados tales como películas, que tienen un contenido elevado en hemicelulosa, un bajo índice de cobre y una distribución de peso molecular estrecha, que incluyen celulosa que tiene un D.P. medio bajo. Preferiblemente, la celulosa y la hemicelulosa se obtienen a partir de la madera, y más preferiblemente de la madera de coníferas. Adicionalmente, las composiciones de la presente invención exhiben una variedad de propiedades deseables que incluyen un bajo contenido en lignina, y un contenido en metal de transición bajo. Las composiciones de la presente invención pueden estar en una forma que se adapte a su almacenamiento o transporte, tales como una lámina, bobina o bala. Las composiciones de la presente invención se pueden mezclar con otros componentes o aditivos para formar pasta útil en la fabricación de elementos moldeados de lyocell, tales como fibra o película. Además, la presente invención proporciona procedimientos para la fabricación de composiciones útiles para la fabricación de fibras lyocell que tienen un contenido en hemicelulosa y un índice de cobre deseables, y que incluyen celulosa que tiene un D.P. medio y una distribución del peso molecular deseables.

La presente invención proporciona también fibra lyocell que contiene celulosa que tiene un D.P medio bajo, una proporción elevada de hemicelulosa y un índice de cobre bajo, una distribución de peso molecular estrecha, y un contenido en lignina bajo. Las fibras lyocell de la presente invención poseen también preferiblemente un contenido en metal de transición bajo.

Las composiciones de la presente invención se pueden fabricar a partir de cualquier fuente adecuada de celulosa y de hemicelulosa pero se fabrican preferiblemente a partir de una pasta de madera química alcalina tal como Kraft o con sosa cáustica, y más preferiblemente a partir de una pasta Kraft de madera de coníferas. Las composiciones de la presente invención incluyen al menos 7% en peso de hemicelulosa, preferiblemente desde 7% en peso a 25% en peso de hemicelulosa, más preferiblemente desde 7% en peso a 20% en peso de hemicelulosa, y lo más preferiblemente desde 10% en peso a 17% en peso de hemicelulosa, y celulosa que tiene un D.P. medio desde 200 a 1100, preferiblemente desde 300 a 1100, y más preferiblemente desde 400 a 700. Una composición actualmente preferida de la presente invención tiene un contenido en hemicelulosa desde 10% en peso a 17% en peso, y contiene celulosa que tiene un D.P. medio desde 400 a 700. El contenido en hemicelulosa se mide mediante un ensayo del contenido en azúcar basado en TAPPI Standard T249 hm-85. Además, las composiciones de la presente invención tienen preferiblemente un índice kappa inferior a 2, y preferiblemente inferior a 1. Lo más preferiblemente las composiciones de la presente invención no contienen lignina detectable. El contenido en lignina se mide usando el TAPPI Test T236 cm-85.

Las composiciones de la presente invención tienen preferiblemente una distribución unimodal de los valores D.P. de la celulosa en la que los valores D.P. individuales están distribuidos de manera normal aproximadamente alrededor de un valor D.P. modal y único, es decir, siendo el valor D.P. modal el valor D.P. que sucede lo más frecuentemente dentro de la distribución. La distribución de los valores D.P de la celulosa puede ser, sin embargo, multimodal, es decir, una distribución de valores D.P. de celulosa que tiene varios máximos relativos. Una pasta tratada, y multimodal de la presente invención, podría estar formada, por ejemplo, mediante mezcla de dos o más pastas tratadas y unímodales de la presente invención que tengan cada una un valor D.P. modal diferente. La distribución de los valores D.P. de la celulosa se determina mediante medios de ensayo patentados efectuados por el Thuringische Institut fur Textil-und Kunstoff Forschunge, V., Breitcheidstr. 97, D-07407 Rudollstadt, Alemania.

Las composiciones de la presente invención que han sido tratadas para reducir su D.P. sin reducir sustancialmente el contenido en hemicelulosa de la pasta, exhiben una distribución de peso molecular deseablemente estrecha como se pone en evidencia mediante un diferencial entre los valores R_{10} y R_{18} (\DeltaR) de menos de 2,0 y preferiblemente de menos de 1,5.

Adicionalmente, las composiciones de la presente invención tienen preferiblemente un contenido en carbonilo relativamente bajo como se pone en evidencia mediante un índice de cobre inferior a 2,0, más preferiblemente inferior a 1,1, y lo más preferiblemente inferior a 0,8 según se mide mediante TAPPI Standard T430. Además, las composiciones de la presente invención tienen preferiblemente un contenido en carbonilo inferior a 60 \mumol/g y un contenido en carboxilo inferior a 60 \mumol/g, y más preferiblemente un contenido en carbonilo inferior a 30 \mumol/g y un contenido en carboxilo inferior a 30 \mumol/g. El contenido en grupos carboxilo y carbonilo se mide por medio de ensayos patentados efectuados por el Thuringische Institut fur Textil-und Kunstoff Forschunge, V., Breitcheidstr. 97, D-07407 Rudolstadt, Alemania, referidos más adelante como TITK.

Las composiciones de la presente invención poseen también preferiblemente un contenido en metal de transición bajo. Preferiblemente, el contenido total en metal de transición de las composiciones de la presente invención es inferior a 20 ppm, y más preferiblemente inferior a 5 ppm, según se mide mediante el Weyerhaeuser Test Number AM5-PULP-1/6010. La expresión "contenido total en metal de transición" se refiere a las cantidades combinadas, medidas en unidades de partes por millón (ppm) de níquel, cromo, manganeso, hierro y cobre. Preferiblemente el contenido en hierro de las composiciones de la presente invención es inferior a 4 ppm, y más preferiblemente inferior a 2 ppm según se mide mediante el Weyerhaeuser Test AM5-PULP-1/6010, y el contenido en cobre de las composiciones de la presente invención es preferiblemente inferior a 1,0 ppm, y más preferiblemente inferior a 0,5 ppm, según se mide mediante el Weyerhaeuser Test AM5-PULP-1/6010.

Las composiciones de la presente invención son fácilmente solubles en óxidos de aminas, incluyendo los óxidos de aminas terciarias tales como NMMO. Otros disolventes preferidos que se pueden mezclar con NMMO, u otro disolvente de amina terciaria, incluyen el dimetil sulfóxido (D.M.S.O.), la dimetilacetamida (D.M.A.C.), la dimetilformamida (D.M.F.) y los derivados de caprolactama. Preferiblemente, las composiciones de la presente invención se disuelven completamente en NMMO en menos de 70 minutos, y preferiblemente en menos de 20 minutos, utilizando los procedimientos de disolución descritos en el Ejemplo 11 más adelante. La expresión "se disuelven completamente", cuando se usa en este contexto, significa que no se aprecian partículas sustancialmente sin disolver cuando una disolución de dopado, formada mediante disolución de las composiciones de la presente invención en NMMO, se observan bajo un microscopio óptico a una ampliación de 40X a 70X.

Una primera realización preferida de la pasta tratada de la presente invención es una pasta Kraft tratada que incluye al menos 7% en peso de hemicelulosa, un índice de cobre de 2,0, celulosa que tiene un grado de polimerización medio desde 200 a 1100, y un \DeltaR inferior a 2,0.

Una segunda realización preferida de de la pasta tratada de la presente invención es una pasta Kraft tratada que incluye al menos 7% en peso de hemicelulosa, un índice de cobre inferior a dos, celulosa que tiene un grado de polimerización medio desde 200 a 1100, estando distribuidos los valores individuales D.P. de la celulosa de una manera unimodal, y un \DeltaR inferior a 2,0.

Una tercera realización preferida de la pasta tratada de la presente invención es una pasta Kraft tratada que incluye al menos 7% en peso de hemicelulosa, celulosa que tiene un grado de polimerización medio desde 200 a 1100, un índice kappa inferior a dos, un índice de cobre inferior a 0,8, y un \DeltaR inferior a 3,0.

Las fibras lyocell formadas a partir de las composiciones de la presente invención incluyen al menos 5% en peso de hemicelulosa, preferiblemente desde 5% en peso a 22% en peso de hemicelulosa, más preferiblemente desde 5% en peso a 18% en peso de hemicelulosa, y lo más preferiblemente desde 10% en peso a 15% en peso de hemicelulosa, celulosa que tiene un D.P. medio desde 200 a 1100, más preferiblemente desde 300 a 1100, y lo más preferiblemente desde 400 a 700, y un contenido en lignina que proporciona un índice kappa inferior a 2,0 y más preferiblemente inferior a 1,0. Adicionalmente, las fibras lyocell preferidas de la presente invención tienen una distribución unimodal de los valores D.P de la celulosa, aunque las fibras lyocell de la presente invención pueden tener también una distribución multimodal de los valores D.P. de la celulosa, es decir, una distribución de los valores D.P. de la celulosa que tienen varios máximos relativos. Las fibras lyocell de la presente invención que tienen una distribución multimodal de los valores D.P. de la celulosa se podrían formar, por ejemplo, a partir de una mezcla de dos ó más pastas tratadas y unímodales de la presente invención que tiene cada una un valor D.P. modal diferente.

Las fibras lyocell preferidas de la presente invención tienen un índice de cobre inferior a 2,0, más preferiblemente inferior a 1,1, y lo más preferiblemente inferior a 0,8 según se miden mediante TAPPI Standard T430. Además, las fibras lyocell preferidas de la presente invención tienen un contenido en carbonilo inferior a 60 \mumol/g y un contenido en carboxilo inferior a 60 \mumol/g, y más preferiblemente un contenido en carbonilo inferior a 30 \mumol/g y un contenido en carboxilo inferior a 30 \mumol/g. El contenido en grupo carboxilo y carbonilo se miden por medio de ensayos patentados efectuados por el Thuringisches Institut fur Textil-und Kunstoff Forschunge, V., Breitcheidstr. 97, D-07407 Rudolstadt, Alemania. Adicionalmente, las fibras lyocell preferidas de la presente invención tienen un contenido total en metal de transición inferior a 20 ppm, y más preferiblemente inferior a 5 ppm, según se mide mediante el Weyerhaeuser Test Number AM5-PULP-1/6010. La expresión "contenido total en metal de transición" se refiere a las cantidades combinadas, expresadas en unidades de partes por millón (ppm) de níquel, cromo, manganeso, hierro y cobre. Preferiblemente el contenido en hierro de las fibras lyocell de la presente invención es inferior a 4 ppm, y más preferiblemente inferior a 2 ppm según se mide mediante el Weyerhaeuser Test AM5-PULP-1/6010, y el contenido en cobre de las fibras de la presente invención es preferiblemente inferior a 1 ppm, y más preferiblemente inferior a 0,5 ppm, según se mide mediante el Weyerhaeuser Test AM5-PULP-1/6010.

Las realizaciones preferidas de las fibras lyocell de la presente invención poseen propiedades de alargamiento deseables. Preferiblemente, las fibras lyocell de la presente invención poseen un alargamiento en seco desde 8% a 17%, y más preferiblemente desde 12% a 15%. Preferiblemente, las fibras lyocell de la presente invención poseen un alargamiento en húmedo desde 12% a 18%. El alargamiento se mide por medio de ensayos patentados efectuados por el Thuringisches Institut fur Textil-und Kunstoff Forschunge, V., Breitcheidstr. 97, D-07407 Rudolstadt, Alemania. Las fibras lyocell producidas a partir de las pastas tratadas de la presente invención han exhibido tenacidades en seco del orden de aproximadamente 40-42 cN/tex y tenacidades en húmedo del orden de 30-33 cN/tex según se miden por medio de ensayos patentados efectuados por el Thuringisches Institut fur Textil-und Kunstoff Forschunge, V., Breitcheidstr.

En otro aspecto, la presente invención proporciona procedimientos para la fabricación de las composiciones de la presente invención que pueden, a su vez, ser conformadas en elementos moldeados de lyocell, tales como fibras o películas. En este aspecto, la presente invención proporciona un procedimiento que incluye poner en contacto una pasta alcalina que comprende celulosa y al menos 7% de hemicelulosa bajo condiciones alcalinas con una cierta cantidad de un oxidante suficiente para reducir el D.P. medio de la celulosa dentro del intervalo desde 200 a 1100, preferiblemente dentro del intervalo desde 300 a 1100, y más preferiblemente dentro del intervalo desde 400 a 700, sin reducir sustancialmente el contenido en hemicelulosa o incrementar el índice de cobre. Las pastas que se van a tratar de acuerdo con la presente invención con un oxidante para conseguir la reducción del D.P. sin reducir sustancialmente el contenido en hemicelulosa o incrementar el índice de cobre como se indicó anteriormente tienen preferiblemente un índice kappa inferior a 40, más preferiblemente inferior a 30 y lo más preferiblemente inferior a 25 cuando ellas se ponen en contacto por primera vez con el oxidante.

Este tratamiento de reducción del D.P. puede tener lugar después del procedimiento de reducción a pasta y antes, durante o después del procedimiento de blanqueo, si se utiliza una etapa de blanqueo. El oxidante bajo condiciones alcalinas es cualquier oxidante que contiene un grupo peróxido tal como el peróxido de hidrógeno, oxígeno, dióxido de cloro y ozono. Preferiblemente el oxidante es una combinación de oxígeno, dióxido de cloro y ozono. Preferiblemente el oxidante es una combinación de oxígeno y peróxido de hidrógeno, o peróxido de hidrógeno solo.

Preferiblemente el rendimiento de la etapa de reducción del D.P. de la presente invención es superior a 95%, y más preferiblemente superior a 98%. El rendimiento del procedimiento es el peso en seco de la pasta tratada producida por el procedimiento dividido por el peso en seco de la pasta material de partida, multiplicándose la fracción que se obtiene por cien y se expresa como porcentaje.

En otro aspecto de la presente invención un procedimiento para la fabricación de fibras lyocell incluye las etapas de (a) después del procedimiento de reducción a pasta, poner en contacto una pasta alcalina que incluye celulosa y al menos 7% de hemicelulosa con una cierta cantidad de un oxidante suficiente para reducir el grado de polimerización medio de la celulosa al intervalo desde 200 a 1100, y preferiblemente al intervalo desde 300 a 1100, sin reducir sustancialmente el contenido en hemicelulosa o incrementar el índice de cobre de la pasta; y (b) formar fibras a partir de la pasta tratada de acuerdo con la etapa (a). De acuerdo con este aspecto de la presente invención, las fibras lyocell se forman preferiblemente mediante un procedimiento seleccionado del grupo que consiste en soplado en masa fundida, hilado centrífugo, hilado entrelazado y un procedimiento de hilado en húmedo e inyección en seco.

Breve descripción del los dibujos

Los aspectos precedentes y muchos de las ventajas concomitantes de esta invención llegarán a ser apreciadas más fácilmente si las mismas llegan a ser mejor entendidas por referencia a la descripción detallada siguiente, cuando se consideran en conjunción con los dibujos que se acompañan, en los cuales:

Las Figuras 1A-1C son diagramas de bloques de los procedimientos actualmente preferidos para la conversión de una pasta, preferiblemente de una pasta alcalina, en una composición de la presente invención útil para la fabricación de elementos moldeados de lyocell;

La Figura 2 es un diagrama de bloques de las etapas del procedimiento actualmente preferido de formación de fibras a partir de las composiciones de la presente invención;

Las Figuras 3 y 4 son micrografías electrónicas de barrido a 100X y 10.000X de ampliación de una fibra lyocell de chorro seco/húmedo producida, según se establece en el Ejemplo 11, a partir de pasta tratada de la presente invención.

Descripción detallada de la realización preferida

Los materiales de partida útiles en la práctica de la presente invención contienen celulosa y hemicelulosa. Los ejemplos de materiales de partida útiles en la práctica de la presente invención incluyen, pero no se limitan a, árboles y papel reciclado. Los materiales de partida usados en la práctica de la presente invención, a partir de cualquiera que sea la fuente, se convierten inicialmente en una pasta usando un procedimiento de reducción a pasta alcalino, tal como el procedimiento Kraft o el de la sosa cáustica. El material de partida actualmente preferido en la práctica de la presente invención es una pasta de madera química alcalina, preferiblemente una pasta de madera Kraft sin blanquear, o una pasta de madera Kraft blanqueada que contiene celulosa y al menos 7% de hemicelulosa, que no ha sido expuesta a condiciones de hidrólisis ácida o a cualesquiera otras condiciones de mezcla heterogénea (es decir, tiempo de reacción, temperatura, y concentración ácida), en el que se rompen los enlaces glucosídicos de la celulosa. El tratamiento de la realización preferida de la presente invención que sigue se referirá al material de partida como pasta o madera convertida en pasta, pero se entenderá que la referencia específica a la madera como la fuente de la pasta material de partida en la descripción que sigue de la realización preferida de la presente invención no se propone como una limitación, sino más bien como un ejemplo de la fuente actualmente preferida de hemicelulosa y de celulosa.

Con el fin de distinguir entre la pasta que es útil como un material de partida en la práctica de la presente invención (tal como una pasta de madera Kraft alcalina, blanqueada o sin blanquear) y las composiciones de la presente invención, (que se producen mediante tratamiento del material de partida, con el fin de reducir el D.P. medio de la pasta material de partida sin reducir sustancialmente el contenido en hemicelulosa o incrementar el índice de cobre de la pasta material de partida), la última se referirá como "composición(es) de la presente invención", ó como "composición(es) útiles para la fabricación de fibras lyocell", ó como "pasta tratada" ó como "pasta Kraft tratada".

En la industria de la reducción a pasta de la madera, los árboles se clasifican convencionalmente como de madera dura (frondosas) o de madera blanda (coníferas). En la práctica de la presente invención, la pasta para su uso como material de partida en la práctica de la presente invención se puede obtener a partir de las especies de árboles de madera blanda tales como, pero no limitados a: abetos (preferiblemente abetos de Douglas y abetos de bálsamo), pinos (preferiblemente pinos blancos del Este y pinos de Loblolly), piceas (preferiblemente piceas blancas), alerce (preferiblemente alerce del Este), cedros, y tsugas (preferiblemente tsuga del Canadá y tsuga heterofila). Los ejemplos de especies de madera dura a partir de las cuales se puede obtener pasta útil como un material de partida en la presente invención incluyen, pero no se limitan a, acacias, alisos (preferiblemente aliso rojo y aliso negro de Europa), álamo (preferiblemente álamos temblores), hayas, abedules, robles (preferiblemente roble blanco), árboles gomeros (preferiblemente eucalipto y sweetgum, álamos (preferiblemente álamo de bálsamo, cottonwood del Este), cottonwood negro y álamo amarillo, gmelina o teca blanca y arces (preferiblemente arce de azúcar, arce rojo, arce plateado y arce de hojas grandes).

La madera procedente de las especies de madera dura o de madera blanda incluye generalmente tres componentes principales: celulosa, hemicelulosa y lignina. La celulosa constituye aproximadamente un 50% de la estructura de madera de las plantas y es un polímero sin ramificar de monómeros de D-glucosa. Las cadenas de polímero de celulosa individuales se asocian para formar microfibrillas más gruesas las cuales, a su vez, se asocian para formar fibrillas las cuales se disponen en manojos. Los manojos de fibras son visibles como componentes de la pared celular de la planta cuando se observan con una ampliación elevada bajo un microscopio óptico. La celulosa es altamente cristalina como consecuencia de una considerable formación de puentes de hidrógeno intermoleculares e intramoleculares.

El término hemicelulosa se refiere a un grupo heterogéneo de polímeros de carbohidratos de peso molecular bajo que se asocian con la celulosa en la madera. Las hemicelulosas son polímeros ramificados y amorfos, en contraste con la celulosa que es un polímero lineal. Los principales azúcares sencillos que se combinan para formar hemicelulosas son: D-glucosa, D-xilosa, D-manosa, L-arabinosa, D-galactosa, D-ácido glucurónico y D-ácido galacturónico.

La lignina es un polímero aromático complejo y comprende 30% a 50% de madera cuando ella se presenta como un polímero amorfo.

En la industria de la fabricación de pastas, las diferencias en la química de los componentes principales de la madera se utilizan con el fin de purificar la celulosa. Por ejemplo, el agua calentada en la forma de vapor de agua da lugar a la separación de los grupos acetilo de la hemicelulosa con una disminución correspondiente en el pH debido a la formación de ácido acético. A temperaturas elevadas de 150ºC-180ºC, tiene lugar entonces la hidrólisis ácida de los componentes de carbohidrato de la madera, con una menor hidrólisis de la lignina. Las hemicelulosas son especialmente susceptibles a esta hidrólisis ácida, y la mayor parte de la hemicelulosa se puede degradar mediante una etapa de hidrólisis previa con vapor de agua inicial en el procedimiento Kraft de reducción a pasta, según se describe en los Antecedentes, o en un procedimiento de cocción ácida con sulfito.

Con respecto a la reacción de la madera con las disoluciones alcalinas, todos los componentes de la madera son susceptibles de degradación mediante condiciones alcalinas fuertes. A la temperatura elevada de 140ºC o superior que es la utilizada típicamente durante el procedimiento Kraft de reducción a pasta de la madera, las hemicelulosas y la lignina se degradan preferentemente por las disoluciones alcalinas débiles. Adicionalmente, todos los componentes de la madera se pueden oxidar por los agentes de blanqueo tales como el cloro, hipoclorito de sodio y peróxido de hidrógeno.

Los procedimientos de reducción a pasta, tales como los de reducción a pasta alcalina, se pueden usar para proporcionar una pasta de madera alcalina que se trata de acuerdo con la presente invención para proporcionar una composición útil para la fabricación de fibras lyocell. Ejemplos de unos procedimientos de reducción a pasta alcalina adecuados incluyen el procedimientos Kraft o el de la sosa cáustica, sin una etapa de hidrólisis previa ácida o exposición a otras condiciones de mezcla ácida heterogénea (es decir, tiempo de reacción, temperatura y concentración de ácido) en los que se rompen los enlaces glucosídicos de la celulosa a través de (1) la rápida protonación del átomo de oxígeno glucosídico, (2) la transferencia lenta de la carga positiva a C-1 con la consecuente formación de un ion de carbonio y la condensación del enlace glucosídico y (3) el ataque rápido sobre el ion carbonio por el agua para dar el azúcar libre. Mientras que una secuencia típica del blanqueo Kraft que contiene una etapa de dióxido de cloro o múltiples etapas de dióxido de cloro implica un pH inferior a 4 y una temperatura superior a 70ºC, las condiciones combinadas de la mezcla heterogénea de dichas etapas no son adecuadas para inducir una reducción sustancial del D.P. en la celulosa. Mediante evitar una etapa de tratamiento previo ácida con anterioridad a la reducción a pasta alcalina, se reduce el coste global de producir la madera convertida en pasta alcalina. Además, mediante evitar la hidrólisis previa ácida se reduce la degradación de la hemicelulosa y se puede incrementar el rendimiento global del procedimiento de reducción a pasta. Así, según se usa en la presente invención la frase pasta alcalina se refiere a pasta que contiene celulosa y hemicelulosa que no ha sido sometida a cualquier combinación de condiciones ácidas o a cualesquiera otras condiciones de mezcla heterogénea (es decir, tiempo de reacción, temperatura, y concentración de ácido) que darían lugar a la ruptura de los enlaces glucosídicos de la celulosa antes o durante el procedimiento de reducción a pasta en el que las virutas de madera u otra biomasa se convierten en fibras.

Las características de la madera convertida en pasta alcalina adecuadas para su uso como un material de partida en la práctica de la presente invención incluyen un contenido en hemicelulosa de al menos 7% en peso, preferiblemente desde 7% a 30% en peso, más preferiblemente desde 7% a 25% en peso, y lo más preferiblemente desde 9% a 20% en peso; un D.P. medio de la celulosa desde 600 a 1800; un índice kappa inferior a 40, y preferiblemente inferior a 30 y más preferiblemente inferior a 25, y un índice de cobre inferior a 2,0, y preferiblemente inferior a 1,0. Según se usa en la presente invención, la expresión "porcentaje (ó %) en peso" ó "porcentaje en peso", o las variantes gramaticales de la misma, cuando se aplican al contenido en hemicelulosa o de lignina, significa porcentaje en peso con respecto al peso en seco de la pasta.

Como se muestra en las Figuras 1A-1C, en la práctica de la presente invención, una vez el material de partida, tal como madera de coníferas se ha convertido en una pasta alcalina que contiene celulosa y hemicelulosa, se somete a tratamiento en reactor por medio del cual se reduce el D.P. medio de la celulosa, sin reducir sustancialmente el contenido en hemicelulosa o incrementar el índice de cobre, para proporcionar las composiciones de la presente invención. En este contexto, la expresión "sin reducir sustancialmente el contenido en hemicelulosa" significa sin reducir el contenido en hemicelulosa en más de 50%, preferiblemente en no más del 15%, y lo más preferiblemente en no más del 5% durante la etapa de reducción del D.P. La expresión "grado de polimerización" (abreviada como D.P.) se refiere al número de monómeros de D-glucosa en una molécula de celulosa. Así, la expresión "grado de polimerización medio", o "D.P. medio", se refiere al número medio de moléculas de D-glucosa por polímero de celulosa en una población de polímeros de celulosa. Este tratamiento de reducción del D.P. puede tener lugar después de la etapa de conversión en pasta y antes, después o sustancialmente de modo simultáneo con el procedimiento de blanqueo, si se utiliza una etapa de blanqueo. En este contexto, la expresión "sustancialmente de modo simultáneo con" significa que al menos una parte de la etapa de reducción del D.P. tiene lugar al mismo tiempo que al menos una parte de la etapa de blanqueo. Preferiblemente el D.P. medio de la celulosa se reduce a un valor dentro del intervalo desde 200 a 1100; más preferiblemente a un valor dentro del intervalo desde 300 a 1100; y lo más preferiblemente a un valor dentro del intervalo desde 400 a 700. A menos que se establezca de otro modo, el D.P. se determina mediante ASTM Test 1301-12. Un D.P. dentro de los intervalos precedentes es deseable debido a que, en el intervalo de las condiciones de operación económicamente atractivas, la viscosidad de la disolución de dopado, es decir, de la disolución de pasta tratada a partir de la cual se producen las fibras lyocell, es suficientemente baja que la disolución de dopado se puede extruir fácilmente a través de los estrechos orificios utilizados para formar las fibras lyocell, pero sin embargo todavía no tan baja para que la resistencia de las fibras lyocell que se obtienen esté comprometida sustancialmente. Preferiblemente el intervalo de valores D.P. de la pasta tratada será unimodal y tendrá una distribución aproximadamente normal que está centrada alrededor del valor D.P. modal.

En esta Solicitud de Patente, la expresión "sin incrementar sustancialmente el índice de cobre" significa sin incrementar el índice de cobre en más del 100%, preferiblemente en no más del 50% y lo más preferiblemente en no más del 25% durante la etapa de reducción del D.P. El grado al que cambia el índice de cobre durante la reducción del D.P. se determina mediante comparación del índice de cobre de la pasta que entra en la etapa de reducción del D.P. y el índice de cobre de la pasta tratada después de la etapa de reducción del D.P. Un índice de cobre bajo es deseable debido a que se cree generalmente que un índice de cobre elevado da lugar a la degradación de la celulosa y del disolvente durante y después de la disolución de la pasta tratada para formar una disolución de dopado. El índice de cobre es un ensayo empírico usado para medir el valor reductor de la celulosa. El índice de cobre se expresa en términos del número de miligramos de cobre metálico que se reduce desde hidróxido cúprico a óxido cuproso en un medio alcalino por un peso especificado de material celulósico.

El contenido en hemicelulosa de la pasta tratada, expresado como un porcentaje en peso, es al menos del 7% en peso; preferiblemente desde 7% en peso a 25% en peso; más preferiblemente desde 7% en peso a 20% en peso; y lo más preferiblemente desde 10% en peso a 17% en peso. Según se usa en la presente invención, la expresión "por ciento (ó %) en peso" o "porcentaje en peso"), o los equivalentes gramaticales de la misma, cuando se aplican al contenido en hemicelulosa o en lignina de la pasta tratada, significa porcentaje en peso con respecto al peso en seco de la pasta tratada

Las pastas tratadas de la presente invención exhiben también una distribución del peso molecular deseablemente estrecha como se pone en evidencia por un diferencial entre los valores R_{10} y R_{18} (\DeltaR) inferior a 2,0, y lo más preferiblemente inferior a 1,5. Por contraste, las pastas tratadas de acuerdo con las indicaciones de la Solicitud de Patente de EE.UU. Nº de Serie 09/256.197 con anterioridad al tratamiento para reducir su índice de cobre exhiben un \DeltaR mayor de 2,8. Después del tratamiento para reducir el índice de cobre de acuerdo con esta Solicitud de Patente de prioridad, el \DeltaR para las pastas de la Solicitud de Patente de prioridad se puede reducir a menos de 2,8. Las pastas al sulfito tienden a exhibir un \DeltaR del orden de 7,0 y las pastas Kraft hidrolizadas previamente exhiben un \DeltaR que tiende a ser del orden de 3,0. R_{10} se refiere al material sin disolver residual que queda después de intentar disolver la pasta en una disolución del 10% de sosa cáustica. R_{18} se refiere a la cantidad residual de material sin disolver que queda después de tratar de disolver la pasta en una disolución del 18% de sosa cáustica. Generalmente, en una disolución del 10% de sosa cáustica, la hemicelulosa y la celulosa de cadena corta degradada químicamente se disuelven y se separan en la disolución. Por contraste, generalmente sólo la hemicelulosa se disuelve y se separa en una disolución del 18% de sosa cáustica. Así, la diferencia entre el valor de R_{10} y el valor de R_{18} representa la cantidad de celulosa de cadena corta degradada químicamente que está presente en la muestra de pasta. Proporcionar una pasta que tenga una distribución de peso molecular relativamente estrecha es deseable desde el punto de vista de ser capaz de proporcionar clientes con pastas que se puedan mezclar con pastas de propiedades de peso molecular diferentes para de manera predecible preparar a medida la distribución del peso molecular en una disolución de dopado usado para producir las fibras lyocell. Otra ventaja de proporcionar la pasta que tenga una distribución de peso molecular relativamente estrecha es la baja concentración de celulosa de cadena corta o de moléculas de hemicelulosa presentes en dicha pasta. Dicho material oligómero de cadena corta si está presente, puede complicar el procedimiento de recuperación del disolvente de lyocell.

Sin intentar estar ligado a ninguna teoría, se cree que la forma química de la hemicelulosa en las pastas tratadas de acuerdo con la presente invención es diferente de la forma química de la hemicelulosa en las pastas que han sido expuestas a condiciones ácidas o a las condiciones de mezcla heterogénea descritas anteriormente cuyo resultado es la ruptura de los enlaces glucosídicos de la celulosa, tales como las pastas descritas en la Solicitud de Patente de prioridad Nº de Serie 09/256.197 y de las pastas grado disolución disponibles comercialmente. Esta diferencia en su forma química se puede poner en evidencia por el D.P. de la hemicelulosa en la pasta de la presente invención en comparación con el D.P. de la hemicelulosa de la pasta de la Solicitud de Patente de prioridad o de las pastas grados disolución comerciales. Esta diferencia en el D.P. se puede observar cuando las pastas respectivas se modifican (se acetilan) y se ensayan de acuerdo con lo indicado por S.A. Rydholm en Pulping Processes Interscience Publishers, 1965. Cuánto más elevado D.P. tenga la hemicelulosa en las pastas alcalinas tratadas de la presente invención menos probablemente pueden se extraídas de los filamentos de lyocell durante el procedimiento de formación de los filamentos o en el tratamiento posterior de los filamentos de lyocell formados en comparación con la hemicelulosa de las pastas de la Solicitud de Patente de prioridad o de las pastas grado disolución disponibles comercialmente.

Un método preferido actualmente de tratar la pasta con el fin de reducir el D.P. medio de la celulosa sin reducir sustancialmente el contenido en hemicelulosa de la pasta y sin incrementar sustancialmente el índice de cobre de la pasta es tratar la pasta bajo condiciones alcalinas en rector(es) de elevada consistencia o de consistencia media en los que la pasta se pone en contacto con un oxidante que contiene un grupo peróxido tal como oxígeno, dióxido de cloro, ozono o combinaciones de los mismos. Preferiblemente el oxidante es una combinación de oxígeno y peróxido de hidrógeno o peróxido de hidrógeno solo.

Las pastas tratadas formadas de acuerdo con la presente invención que han sido tratadas con el fin de reducir sus valores de grado de polimerización medio sin reducir sustancialmente el contenido en hemicelulosa de la pasta o el índice de cobre de la pasta se pueden producir mediante la puesta en contacto de la pasta en un reactor con un oxidante bajo condiciones adecuadas para conseguir los resultados deseados descritos anteriormente. Los reactores adecuados incluyen los reactores usados convencionalmente como reactores de oxígeno en un procedimiento Kraft. Los ejemplos de reactores capaces de realizar la puesta en contacto de la pasta con el oxidante se describen en las Patentes de EE.UU. N^{os} 4.295.925; 4.295.926; 4.298.426; y 4.295.927. A diferencia de los reactores de oxígeno convencionales que se configuran y se operan bajo condiciones que preferiblemente no decrecen el grado de polimerización medio de la celulosa mientras que al mismo tiempo separan la lignina la invención de los Solicitantes está diseñada para operar un reactor bajo condiciones que reducen el grado de polimerización medio de la celulosa sin reducir sustancialmente el contenido en hemicelulosa o incrementar el índice de cobre de la celulosa. De acuerdo con la presente invención, el reactor puede ser un reactor de elevada consistencia en el que la consistencia de la corriente de alimentación al reactor es superior al 20% o él puede ser un reactor de consistencia media en el que la consistencia está en el intervalo entre 8% a 20%. Las condiciones bajo las que un reactor de elevada consistencia o un reactor de consistencia media se operan típicamente con el fin de conseguir los resultados deseados de la presente invención se refieren principalmente a la operación del reactor de elevada consistencia a una temperatura que es ligeramente más elevada que la temperatura a la que se puede operar el reactor de consistencia media según se describe más adelante con más
detalle.

Lo que sigue describe las condiciones particulares bajo las que se puede operar un reactor con el fin de conseguir la reducción del los valores medios del grado de polimerización de la pasta sin reducir sustancialmente el contenido en hemicelulosa o incrementar el índice de cobre de la pasta que entra. Se debe entender que se pueden efectuar variaciones de las condiciones descritas anteriormente con el fin de optimizar el procedimiento para proporcionar los productos deseados.

Los ejemplos de oxidantes que se pueden emplear se han descrito anteriormente. Los oxidantes preferidos incluyen peróxido de hidrógeno solo o una combinación de oxígeno y peróxido de hidrógeno. La cantidad de oxidante empleado debe proporcionar la reducción del D.P. y la separación de lignina deseados dada las condiciones de tiempo y de temperatura empleados. Los ejemplos de intervalos adecuados para el oxígeno y el peróxido de hidrógeno se proporcionan a continuación. Preferiblemente, para un reactor de consistencia elevada, el oxígeno está presente en una cantidad en el intervalo desde 0 a la presión máxima dada al reactor, preferiblemente 0 a 586,05 kPa, y más preferiblemente, desde 275,79 kPa a 413,69 kPa. El peróxido de hidrógeno puede estar presente en una cantidad en el intervalo desde superior a 0,75 por ciento en peso hasta 5,0 por ciento en peso, y más preferiblemente 1,0 a 2,5 por ciento en peso.

En los reactores de consistencia media, el oxígeno puede estar presente en una cantidad en el intervalo desde 0 a 45,36 kg por 907 kg de pasta, más preferiblemente, 22,68 a 36,29 kg por 907 kg de pasta. El peróxido de hidrógeno puede estar presente en una cantidad en el intervalo desde superior a 0,75 por ciento en peso hasta 5 por ciento en peso, y más preferiblemente desde 1,0 a 2,5 por ciento en peso.

La temperatura a la que se opera el reactor dependerá en parte de la concentración de los oxidantes. Cuando los oxidantes se usan en cantidades que caen dentro de los intervalos descritos anteriormente, son adecuadas temperaturas del orden de 110ºC hasta 130ºC. Se debe entender que la temperatura en el reactor pude variar con el tiempo ya que las reacciones que se producen en el mismo tienden a ser exotérmicas lo que lo más probablemente dará lugar a un incremento de la temperatura del reactor. Se debe entender que temperaturas y concentraciones de oxidantes que caen fuera de los intervalos descritos anteriormente pueden todavía proporcionar resultados adecuados dependiendo de las diversas permutaciones de las cantidades de oxidantes usadas y de la temperatura.

De acuerdo con la presente invención, la etapa o etapas usadas para reducir el grado de polimerización medio de la pasta sin reducir sustancialmente el contenido en hemicelulosa o incrementar el índice de cobre de la pasta permanecen alcalinas a través de la etapa o etapas. Preferiblemente, el pH de la etapa o etapas usadas para conseguir la reducción del D.P. descrita anteriormente es superior a 8,0 y más preferiblemente superior a 9 a lo largo del procedimiento de reducción del D.P. Se debe entender que los pH por encima o por debajo de los intervalos indicados pueden proporcionar resultados satisfactorios si la temperatura o concentración de oxidante se modifica como sea necesario.

De acuerdo con la presente invención, se prefiere que la puesta en contacto entre la pasta y el oxidante tenga lugar con anterioridad a cualquier etapa de lavado ácido o de quelación usada normalmente para separar los metales de transición. A diferencia de los procedimientos de la técnica anterior que intencionadamente buscan separar los metales de transición que se creen dan lugar a la descomposición del peróxido de hidrógeno en productos intermedios que degradan la celulosa que impactan negativamente en la viscosidad de la celulosa, los Solicitantes han descubierto que se pude aprovechar la presencia de metales de transición que se presentan en la naturaleza en la madera para degradar parcialmente el peróxido de hidrógeno para producir productos intermedios que reaccionan con la celulosa para reducir su grado de polimerización medio sin reducir sustancialmente el contenido en hemicelulosa o incrementar el índice kappa. Además, a diferencia de los procedimientos de la técnica anterior que usan sulfato de magnesio como un medio de inhibir la degradación de la celulosa, los Solicitantes prefieren no introducir sulfato de magnesio en el reactor o aguas arriba del mismo de tal manera que la pasta se ponga en contacto con el oxidante(s) en la ausencia sustancial de un inhibidor a la degradación de la celulosa por el oxidante. Si está presente sulfato de magnesio en la pasta antes del reactor, se prefiere que la relación de magnesio a metales de transición sea inferior a 50% sobre una base de porcentaje en peso.

Además de los oxidantes, se prefiere que el compuesto cáustico entre en contacto con la pasta en el reactor como un agente tampón. La fuente de compuesto cáustico puede ser hidróxido de sodio u otros materiales tales como lejía blanca sin oxidar o lejía blanca oxidada. La cantidad de compuesto cáustico añadida dependerá en parte del índice kappa de la pasta sin tratar. Generalmente, a medida que se incrementa el índice kappa, más compuesto cáustico se añade. La cantidad de compuesto cáustico puede variar dependiendo de las condiciones del procedimiento, siendo adecuada una cantidad de 4 a 5 por ciento en peso o una mayor.

Cuando la pasta de madera que contiene celulosa y al menos 7% de hemicelulosa que tiene un índice de cobre de 2 o inferior se pone en contacto con un oxidante bajo las condiciones expuestas anteriormente, se produce una pasta tratada que tiene un D.P. en el intervalo desde 200 a 1100, que contiene al menos 7% en peso de hemicelulosa, que tiene un índice de cobre inferior a 2 y un \DeltaR de menos de 2,0. Se debe entender que la descripción anterior de condiciones particulares bajo las cuales una pasta de madera blanqueada o sin blanquear pueden ser puestas en contacto con un oxidante para reducir su grado de polimerización medio sin reducir sustancialmente su contenido en hemicelulosa o incrementar el índice de cobre son a titulo de ejemplos y que otras condiciones pueden proporcionar resultados adecuados y caer todavía dentro del alcance de la presente invención. Además, se debe entender que en algunas situaciones, la pasta que sale de la etapa de reducción del D.P. puede ser adecuada para su uso en la producción de una disolución de dopado para la fabricación de fibras lyocell; sin embargo en otras situaciones, pueden ser deseables etapas de procedimiento subsiguientes tales como etapas de blanqueo en el supuesto de que las etapas subsiguientes no den lugar a una reducción significativa en el contenido en hemicelulosa o a un incremento significativo en el índice de cobre de la pasta. Además, como se advirtió anteriormente, en algunas situaciones, puede ser necesario o ventajoso someter la pasta que ha sido expuesta a un oxidante en una primera etapa a una segunda o incluso tercera etapa de puesta en contacto con un oxidante con el fin de reducir adicionalmente el grado de polimerización de la celulosa sin reducir sustancialmente el contenido en hemicelulosa o incrementar el índice de cobre de la misma.

De nuevo con referencia a la Figura 1, una vez la pasta alcalina ha sido tratada con oxidantes en un reactor de acuerdo con la presente invención, la pasta tratada se puede bien lavar en agua y transferida a un baño de disolvente orgánico, tal como NMMO, para su disolución con anterioridad a la formación del elemento moldeado de lyocell, o la pasta tratada se puede lavar con agua y secada para su posterior envasado, almacenamiento y/o transporte. Alternativamente, la pasta lavada se puede secar y rota en fragmentos para su almacenamiento y/o transporte.

Una característica deseable de la pasta tratada de la presente invención es que las fibras de celulosa permanecen sustancialmente intactas después de su tratamiento. Consecuentemente, la pasta tratada tiene un grado de refino y un contenido en finos que son similares a los de la pasta sin tratar.

Otra característica deseable de las pastas tratadas de la presente invención es su fácil solubilidad en los disolventes orgánicos, tales como los óxidos de aminas terciarias que incluyen el NMMO. La rápida solubilización de la pasta tratada con anterioridad al hilado de las fibras lyocell es importante con el fin de reducir el tiempo requerido para generar las fibras lyocell, u otros elementos moldeados tales como películas, y por consiguiente reducir el coste del procedimiento. Además, la disolución eficaz es importante debido a que ella minimiza la concentración de partículas residuales, sin disolver y parcialmente disueltas, material gelatinoso, que pueden reducir la velocidad a la que se pueden hilar las fibras, tienden a obturar las hileras a través de las cuales se hilan las fibras lyocell, y pueden dar lugar a la ruptura de las fibras a medida que ellas se hilan.

Mientras que no se desea estar ligado a ninguna teoría, se cree que los procedimientos de la presente invención utilizados para reducir el D.P. medio de la celulosa permeabilizan también la capa secundaria de las fibras de pasta, permitiendo de este modo la penetración eficaz del disolvente a lo largo de la fibra de pasta. La capa secundaria es la capa predominante de la pared celular y contiene la mayor parte de la celulosa y de la hemicelu-
losa.

Además, las composiciones de la presente invención tienen preferiblemente un contenido en carbonilo inferior a 60 \mumol/g y un contenido en carboxilo inferior a 60 \mumol/g, y más preferiblemente, un contenido en carbonilo inferior a 30 \mumol/g y un contenido en carboxilo inferior a 30 \mumol/g. El contenido en grupos carboxilo y carbonilo se mide por medio de ensayos patentados efectuados por el Thuringische Institut fur Textil-und Kunstoff Forschunge, V., Breitcheidstr. 97, D-07407 Rudolstadt, Alemania. Como una alternativa a la determinación del contenido en carbonilo de la pasta usando los ensayos TITK patentados, las muestras de pasta y una pasta con bajo contenido en grupo carbonilo y térmicamente estable se pueden analizar mediante espectro-fotometría de infrarrojos por transformada de Fourier (FTIR) y las diferencias en los espectros entre las dos muestras pueden proporcionar una indicación de la existencia de grupos carbonilo.

Adicionalmente, la pasta tratada de la presente invención tiene preferiblemente un contenido en metal de transición bajo. Los metales de transición son indeseables en la pasta tratada debido a que, por ejemplo, ellos aceleran la degradación de la celulosa y del NMMO en el procedimiento de obtención de la fibra lyocell. Los ejemplos de metales de transición encontrados comúnmente en la pasta tratada obtenida a partir de árboles incluyen hierro, cobre, níquel y manganeso. Preferiblemente, el contenido total en metal de transición de las composiciones de la presente invención es inferior a 20 ppm, y más preferiblemente inferior a 5 ppm. Preferiblemente el contenido en hierro de las composiciones de la presente invención es inferior a 4 ppm, y más preferiblemente inferior a 2 ppm, según se mide mediante Weyerhaeuser Test AM5-PULP- 1/6010, y el contenido en cobre de las composiciones de la presente invención es preferiblemente inferior a 1,0 ppm, y más preferiblemente inferior a 0,5 ppm, según se mide mediante Weyerhaeuser Test AM5-PULP- 1/6010.

Con el fin de fabricar las fibras lyocell, u otros elementos moldeados, tales como películas, a partir de la pasta tratada de la presente invención, la pasta tratada se disuelve en primer lugar en un óxido de amina, y preferiblemente en un óxido de amina terciaria. Los ejemplos representativos de disolventes de óxidos de aminas útiles en la práctica de la presente invención se establecen en la patente de EE.UU. Nº 5.409.532. El disolvente de óxido de amina actualmente preferido es el N-óxido de N-metil-morfolina (NMMO). Otros ejemplos representativos de disolventes útiles en la práctica de la presente invención incluyen dimetilsulfóxido (DMSO), dimetilacetamida (DMAC), dimetilformamida (DMF) y los derivados de caprolactama. La pasta tratada se disuelve en el disolvente de óxido de amina mediante cualquier medio reconocido en la técnica tal como los que se establecen en las Patentes de EE.UU. N^{os} 5.534.113; 5.330.567 y 4.246.221. La pasta tratada y disuelta se denomina disolución de dopado. La disolución de dopado se usa en la fabricación de las fibras lyocell, o de otros elementos moldeados, tales como películas, mediante una variedad de técnicas, que incluyen el soplado en masa fundida, el hilado entrelazado, el hilado centrífugo, la inyección en seco y en húmedo, y otros métodos. Los ejemplos de técnicas para la fabricación de una película a partir de las composiciones de la presente invención se establecen en la Patente de EE.UU. Nº 5.401.447 de Matsui y colaboradores, y en la Patente de EE.UU. Nº 5.277.857 de Nicholson.

Una técnica útil para la fabricación de las fibras lyocell a partir de una disolución de dopado implica extruir la disolución de dopado a través de una boquilla para formar una pluralidad de filamentos, lavar los filamentos para separar el disolvente, y secar los filamentos de lyocell. La Figura 2 muestra un diagrama de bloques del procedimiento actualmente preferido para la formación de las fibras lyocell a partir de las pastas tratadas de la presente invención. El término "celulosa" en la Figura 2 se refiere a las composiciones de la presente invención. Si fuera necesario, la celulosa en la forma de pasta tratada se descompone físicamente, por ejemplo mediante una desfibradora, antes de ser disuelta en una mezcla de óxido de aminaagua para formar una disolución de dopado. La pasta tratada de la presente invención se puede disolver en un disolvente de amina de cualquier manera conocida, por ejemplo, como se indica en la Patente de EE.UU. Nº 4.246.221 de McCorsley. La pasta tratada se puede humedecer en una mezcla no disolvente de 40% de NMMO y 60% de agua. La mezcla se puede remover en un mezclador de palas tipo sigma de doble brazo y se separó por destilación suficiente agua para dejar 12-14% basada en el NMMO de tal manera que se forma una disolución de celulosa. Alternativamente, se puede usar inicialmente NMMO de contenido apropiado en agua para obviar la necesidad de una destilación bajo vacío. Este es un modo conveniente de preparar las disoluciones de dopado para el hilado en el laboratorio donde NMMO de 40-60% de concentración disponible comercialmente se puede mezclar con NMMO reactivo de laboratorio que tiene sólo un 3% de agua para producir un disolvente de la celulosa que tiene 7-15% de agua. La humedad normalmente presente en la pasta debe ser tenida en cuenta en el ajuste del agua necesaria presente en el disolvente. Se debe hacer referencia a las artículos de Chanzy, H. y A. Peguy, Journal of Polymer Science, Polymer Physics, Ed 18: 1137-11444 (1980), y Narvard, P. y J. M. Haudin, British Polymer Journal, página 174 (Diciembre de 1980) para la preparación en el laboratorio de disoluciones de dopado de la celulosa en disolvente de NMMO-agua.

La pasta tratada y disuelta (denominada ahora disolución de dopado) se fuerza a través de los orificios de extrusión para producir filamentos o fibras latentes que se regeneran más tarde.

La Figura 3 y la Figura 4 son micrografías electrónicas de barrido de una fibra lyocell húmeda inyectada en seco de la presente invención a ampliaciones de 100X y 10.000X respectivamente. Las fibras mostradas en la Figura 3 y en la Figura 4 se produjeron de acuerdo con el Ejemplo 11.

Debido a las composiciones a partir de las cuales se produjeron ellas, las fibras lyocell producidas de acuerdo con la presente invención tienen un contenido en hemicelulosa que es igual a ó menos que el contenido en hemicelulosa de la pasta tratada que se usó para fabricar las fibras lyocell. Típicamente las fibras lyocell producidas de acuerdo con la presente invención tienen un contenido en hemicelulosa que es desde 0% a 30,0% menos que el contenido en hemicelulosa de la pasta tratada que se usó para fabricar las fibras lyocell. Las fibras lyocell producidas de acuerdo con la presente invención tienen un D.P. medio que es igual a, mayor que o menos que el D.P. de la pasta tratada que se usó para fabricar las fibras lyocell. Dependiendo del método que se use para formar las fibras lyocell, el D.P. medio de la pasta se puede reducir adicionalmente durante la formación de la fibra, por ejemplo a través de la acción del calor. Preferiblemente las fibras lyocell producidas de acuerdo con la presente invención tienen un D.P. medio que es igual a, ó desde 0% a 20% menos que ó mayor que, el D.P. medio de la pasta tratada que se usó para fabricar las fibras
lyocell.

Las fibras lyocell de la presente invención exhiben numerosas propiedades deseables. Por ejemplo, las fibras lyocell preparadas a partir de las pastas tratadas de la presente invención comprenden al menos 5 por ciento en peso de hemicelulosa, celulosa que tiene un grado de polimerización medio desde 200 a 1100, un índice de cobre inferior a 2,0 y un \DeltaR inferior a 3,0. Preferiblemente, dichas fibras tienen un contenido en hemicelulosa en el intervalo desde 5% en peso a 27% en peso y más preferiblemente desde 5% en peso a 18% en peso, y lo más preferiblemente desde 10% en peso a 15% en peso. El grado de polimerización medio de la celulosa está preferiblemente en el intervalo desde 300 a 1000, más preferiblemente desde 300 a 1100 y lo más preferiblemente desde 400 a 700. Estas fibras exhiben un índice de cobre inferior a 2,0, más preferiblemente inferior a 1,1, y lo más preferiblemente inferior a
0,8.

Las fibras lyocell de la presente invención formadas a partir de las disoluciones de dopado preparadas a partir de la pasta tratada de la presente invención exhiben propiedades físicas que las hacen adecuadas para su uso en un cierto número de aplicaciones tejidas y no tejidas. Los ejemplos de las aplicaciones tejidas incluyen productos textiles, telas y los semejantes. Las aplicaciones no tejidas incluyen por vía de ejemplo medios de filtración y productos absor-
bentes.

Adicionalmente, la pasta tratada de la presente invención se puede conformar en películas por medio de métodos conocidos por cualquier persona medianamente especializada en la técnica. Un ejemplo de un método para la fabricación de una película a partir de las composiciones de la presente invención se describe en la Patente de EE.UU. Nº 5.401.447 de Matsui y colaboradores, y en la Patente de EE.UU. Nº 5.277.857 de Nicholson.

Los ejemplos siguientes ilustran meramente el mejor modo contemplado ahora para la práctica de la invención, pero no se deben considerar como que limitan la invención.

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Ejemplo 1

Pasta Kraft alcalina sin blanquear de pino meridional con un índice kappa de 26,4 (TAPPI Standard T236 cm-85) y una viscosidad de 0,302 Pa.s (302 cp) (TAPPI T230) (D.P. de 1593), un índice de cobre de 0,6 y un contenido en hemicelulosa de 13,5% \pm 2,0% se trató con oxígeno en un recipiente a presión con capacidades de mezcla de elevada consistencia. La mezcla se agitó lentamente durante diez segundos cada minuto. El recipiente había sido calentado previamente antes de la adición de la pasta a 90ºC. Se añadió a la pasta alcalina una cantidad de hidróxido de sodio (NaOH) equivalente a 45,36 kg por 907 kg de pasta. La mezcla se agitó durante 20 segundos. A continuación el recipiente de reacción se cerró y se incrementó la presión a 413,69 kPa mediante la introducción de oxígeno en el recipiente a presión. Se puso en funcionamiento el mezclador durante 60 minutos como se describió anteriormente. El agua estaba presente en el recipiente en una cantidad suficiente para proporcionar una consistencia del
25%.

Después de los 60 minutos, se interrumpió la agitación y se separó la pasta del recipiente a presión y se lavó. La viscosidad de la pasta lavada que se obtiene era de 0,046 Pa.s (46 cp) (D.P. de 963). La pasta tratada tenía un índice de cobre de 0,5 medido mediante TAPPI Standard T430, un contenido en hemicelulosa del 13,5 por ciento \pm 2,0%, un índice kappa de 10,6, y el \DeltaR de la pasta tratada era de 0,4.

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Ejemplo 2

Se repitió el procedimiento del Ejemplo 1 con la adición de peróxido de hidrógeno después de la adición de hidróxido de sodio. El recipiente a presión se operó durante 60 minutos a una temperatura de 115ºC. Se añadió el peróxido en una cantidad de 9,07 kg por 907 kg de pasta.

La pasta tratada tenía una viscosidad de 0,030 Pa.s (30 cp), un índice de cobre de 0,3 y un contenido en hemicelulosa de 13,5 \pm 2,0%. La pasta exhibía un índice kappa de 7,0.

Ejemplo 3

La pasta tratada del Ejemplo 1 se blanqueó para determinar el efecto del blanqueo sobre el D.P. de la pasta tratada. La pasta tratada del Ejemplo 1 se sometió a una secuencia de blanqueo DED que comprende una etapa D1 con dióxido de cloro, una etapa E con hidróxido de sodio/peróxido de hidrógeno y una etapa D2 con dióxido de clo-
ro.

Etapa D1

La etapa D1 trató la pasta procesada de acuerdo con el Ejemplo 1 mediante lavado en tres veces con agua destilada, esponjamiento con husillo de la pasta, y a continuación transferir la pasta a un saco de polipropileno. La consistencia de la pasta en el saco de polietileno se ajustó a un porcentaje de diez con la adición de agua. Se introdujo dióxido de cloro correspondiente a una cantidad equivalente a 12,70 kg por 907 kg de pasta en la pasta diluida mediante disolución del dióxido de cloro en el agua usada para ajustar la consistencia de la pasta en el saco. El saco se selló y se mezcló y a continuación se mantuvo a 65ºC durante 15 minutos en un baño de agua. La pasta se separó y se lavó con agua desionizada.

Etapa E

A continuación la pasta lavada se colocó en un saco de polipropileno de nuevo aporte y se introdujo un compuesto cáustico con la mitad de la cantidad de agua necesaria para proporcionar una consistencia del diez por ciento. Se mezcló peróxido de hidrógeno con la otra mitad del agua de dilución y se añadió al saco. La carga de peróxido de hidrógeno era equivalente a 9,07 kg por 907 kg de pasta. El saco se selló y se mezcló y se mantuvo durante una hora a 88ºC en un baño de agua. Después de separar la pasta del saco y lavarla con agua, el conjunto de filamentos más fibras se filtró y a continuación se colocó de nuevo en el saco de polipropileno y se rompieron a mano.

Etapa D2

Se introdujo dióxido de cloro en la pasta en una cantidad equivalente a 9,07 kg por 907 kg de pasta con el agua de dilución necesaria para proporcionar una consistencia del 10 por ciento. El saco se selló y se mezcló, y a continuación se mantuvo durante tres horas a 80ºC en un baño de agua.

La pasta que se obtiene se separó del saco y se secó. La pasta blanqueada tenía una viscosidad de pasta de 0,040 Pa.s (40 cp), (D.P. de 914), un brillo TAPPI de 88, un índice de cobre de 0,6, un \DeltaR de 1,4 y un contenido en hemicelulosa de 13,0%. El índice kappa de la pasta con anterioridad a la etapa D1 era de 10,6.

Ejemplo 4

Este ejemplo trata una pasta del Ejemplo 2 con la secuencia de blanqueo del Ejemplo 3. La pasta que se obtiene exhibió una viscosidad de aproximadamente 0,022 Pa.s (22 cp) (D.P. de 697), un brillo TAPPI de 88,3, un índice de cobre de 0,6, un \DeltaR de 2,0, y un contenido en hemicelulosa de 13,0%. El índice kappa de la pasta con anterioridad a la etapa D1 era de 7,0.

Ejemplo 5

Pasta alcalina sin blanquear de pino meridional se trató mediante el procedimiento descrito en el Ejemplo 1 usando lejía blanca Kraft sin oxidar en lugar de hidróxido de sodio. La lejía blanca Kraft sin oxidar era una lejía blanca sintética con la siguiente concentración:

: Alcali total valorable (TTA): 108,5 gramos por litro como Na_{2}O

: Alcali activo (AA): 106,9 gramos por litro como Na_{2}O

: Alcali eficaz (EA): 91,5 gramos por litro como Na_{2}O

: Sulfidez: 24,8 por ciento de TTA y 28,8 por ciento de AA

La densidad de la lejía blanca era de 1,125

La pasta que se obtiene tenía una viscosidad de 0,030 Pa.s (30 cp) (D.P. de 810), un índice kappa de 7,0 un índice de cobre de 0,3, y un contenido en hemicelulosa de 13,0%.

Ejemplo 6

Pasta Kraft alcalina sin blanquear de pino meridional se trató de acuerdo con el Ejemplo 2 excepto que el hidróxido de sodio se reemplazó con lejía blanca Kraft sin oxidar como se describe en el Ejemplo 5.

La pasta que se obtiene tenía una viscosidad de 0,042 Pa.s (42 cp), (D.P. de 931), un índice kappa de 6,3, y un índice de cobre de 0,3. El contenido en hemicelulosa de la pasta era del 13,0%.

Ejemplo 7

Pasta Kraft alcalina sin blanquear de pino meridional del Ejemplo 5 se sometió a la secuencia de blanqueo DED del Ejemplo 3.

La pasta que se obtiene exhibía una viscosidad de 0,025 Pa.s (25 cp), (D.P. de 744), un brillo TAPPI de 87,6, un índice de cobre de 0,9, y un contenido en hemicelulosa del 13,0%.

Ejemplo 8

Este ejemplo ilustra la reducción del grado de polimerización sin un incremento significativo en el contenido en hemicelulosa o en el índice de cobre en un reactor de consistencia media.

Pasta Kraft alcalina sin blanquear de pino meridional con un índice kappa de 26,4 y una viscosidad de 0,456 Pa.s (456 cp) (D.P. de 1721) se colocó en una cesta de pasta de un reactor de oxígeno de consistencia media a escala experimental. Una mitad de la cantidad de agua necesaria para proporcionar una consistencia del 6 por ciento se vertió en la parte superior de la cesta junto con hidróxido de sodio en una cantidad equivalente a 45,36 kg por 907 kg de pasta. La mitad restante del agua de dilución necesaria para proporcionar una consistencia del 6 por ciento se vertió en la parte superior de la cesta y se incluyó peróxido de hidrógeno en una cantidad equivalente a 9,07 kg por 907 kg de pasta. Se cerró la parte superior del reactor y se introdujo gas oxígeno en una cantidad equivalente a 413,69 kPa. La temperatura del reactor se incrementó a 125ºC durante cinco a ocho minutos usando una camisa caliente y el calentamiento del fluido que se hace recircular. La temperatura se mantuvo a 125ºC durante una hora. A continuación la presión se liberó y se separó el calentamiento y se vertió la lejía. La cesta con la pasta tratada se separó y se lavó con agua desionizada. A continuación se repitió el procedimiento. A la terminación del segundo tratamiento, la pasta se trató de acuerdo con la secuencia DED del Ejemplo 7.

La pasta que se obtuvo tenía una viscosidad de 0,025 Pa.s (25 cp) (D.P. de 744), un brillo TAPPI de 89,5, un índice de cobre de 0,6, y un \DeltaR de esencialmente 0. El contenido en hemicelulosa de la pasta tratada era del 13,0%.

Ejemplo Comparativo 9

Este ejemplo reproduce el procedimiento del Ejemplo 3 con la excepción de que más bien al final de la etapa D en el Ejemplo 3, se proporciona una etapa ácida final según se describe a continuación. La pasta de la etapa E del Ejemplo 3 se diluyó a una consistencia del 25 por ciento usando agua desionizada. El pH de la pasta se cambió a 1,0 mediante la adición de ácido sulfúrico. A continuación la pasta que se obtuvo se coció durante 45 minutos a 70ºC. A continuación la pasta se separó del saco y se lavó con agua desionizada.

La pasta tratada exhibía una viscosidad de 0,024 Pa.s (24 cp) (D.P. de 729), un brillo TAPPI de 84,3, un índice de cobre de 1,4, y un \DeltaR de aproximadamente -0,3.

En este ejemplo comparativo, el índice de cobre de la pasta se incrementa desde 0,5 a 1,4 debido al procedimiento de blanqueo; en comparación, el índice de cobre de la pasta tratada mediante la secuencia de blanqueo del Ejemplo 3 exhibió un índice de cobre final de 0,6.

Ejemplo Comparativo 10

Este ejemplo ilustra los efectos de usar una etapa de hipoclorito como la etapa final en el Ejemplo 3.

La pasta del Ejemplo 3 después de la etapa E se diluyó a una consistencia del 25 por ciento con agua que contiene hipoclorito de sodio en una carga equivalente a 6,80 kg por 907 kg de pasta. Se introdujo compuesto cáustica suficiente para proporcionar un pH final de 8. A continuación la pasta se calentó durante 2 horas a 55ºC. La pasta que se obtiene se separó del saco y se lavó con agua desionizada. La pasta que se obtiene exhibió una viscosidad de 0,026 Pa.s (26 cp) (D.P. de 758), un brillo TAPPI de 90,0, un índice de cobre de 1,6 y un \DeltaR de 3,9.

En este ejemplo comparativo, el índice de cobre se incrementó desde 0,5 a 1,6 debido a la secuencia de blanqueo descrita anteriormente. Por contraste, la pasta blanqueada del Ejemplo 3 exhibió un índice de cobre de 0,6.

Ejemplo 11

Fibras hiladas en húmedo inyectadas en seco

La pasta del Ejemplo 4 se usó para preparar una disolución de dopado mediante disolución de la pasta tratada en NMMO. La disolución de dopado se hiló en fibras mediante un procedimiento de hilado en húmedo de inyección en seco según se describe en la Patente de EE.UU. 5.417.909. El procedimiento de hilado en húmedo de inyección en seco se efectuó mediante TITK. Las propiedades de las fibras preparadas mediante el procedimiento de hilado en húmedo de inyección en seco se resumen en la Tabla 1 a continuación.

TABLA 1 Propiedades de las fibras

Finura de las fibras (dtex)	1,63	1,25
Contenido en celulosa (%)	11,3	11,3
Contenido en hemicelulosa (%)	13	13
Tenacidad en seco (cN/tex)	40,9	42,0
Tenacidad en húmedo (cN/tex)	31,0	32,5
Relación de tenacidad (%)	75,8	77,4
Alargamiento en seco a rotura (%)	12,9	12,7
Alargamiento en húmedo a rotura (%)	13,2	12,7
Tenacidad de lazo (cN/tex)	8,7	10,4
Relación de tenacidad de lazo (%)	21,3	24,8
Módulo inicial (cN/tex)	787	766
Módulo en húmedo (cN/tex)	191	213
DP (grado de polimerización) de la fibra	462	462

Claims

1. Una pasta que comprende:

una pasta alcalina tratada que comprende:

(a): al menos 7% en peso de hemicelulosa:

(b): celulosa que tiene un grado de polimerización medio desde 200 a 1100;

(c): un índice de cobre inferior a 2,0; y

(d): un \DeltaR inferior a 2,0.

2. La pasta de acuerdo con la reivindicación 1, en la que dicha pasta alcalina tratada se produce a partir de madera.

3. La pasta de acuerdo con la reivindicación 2, en la que la pasta alcalina tratada se produce a partir de al menos una especie de árbol de madera blanda seleccionado del grupo que consiste en abeto, pino, picea, alerce, cedro, y tsuga.

4. La pasta de acuerdo con la reivindicación 2, en la que la pasta alcalina tratada se produce a partir de al menos una especie de árbol de madera dura seleccionado del grupo que consiste en acacia, aliso, álamo temblor, roble, gomero, eucalipto, álamo, gmelina y arce.

5. La pasta de acuerdo con la reivindicación 1, en la que la pasta alcalina tratada comprende celulosa que tiene un grado de polimerización medio desde 300 a 1100, y desde 7% en peso a 35% en peso de hemicelulosa.

6. La pasta de acuerdo con la reivindicación 1, en la que la pasta alcalina tratada comprende celulosa que tiene un grado de polimerización medio desde 300 a 1100, y desde 7% en peso a 20% en peso de hemicelulosa.

7. La pasta de acuerdo con la reivindicación 1, en la que la pasta alcalina tratada comprende celulosa que tiene un grado de polimerización medio desde 400 a 700, y desde 10% en peso a 17% en peso de hemicelulosa.

8. La pasta de acuerdo con la reivindicación 1, en la que la distribución de los valores de D.P. de la celulosa de la pasta alcalina tratada es unimodal.

9. La pasta de acuerdo con la reivindicación 1, en la que la pasta alcalina tratada tiene un índice de cobre inferior a 1,1.

10. La pasta de acuerdo con la reivindicación 1, en la que la pasta alcalina tratada tiene un índice de cobre inferior a 0,8.

11. La pasta de acuerdo con la reivindicación 1, en la que el índice kappa de la pasta alcalina tratada es inferior a 1,0.

12. La pasta de acuerdo con la reivindicación 1, en la que la pasta alcalina tratada tiene un contenido en carbonilo inferior a 60 \mumol/g.

13. La pasta de acuerdo con la reivindicación 1, en la que la pasta alcalina tratada tiene un contenido en carboxilo inferior a 60 \mumol/g.

14. La pasta de acuerdo con la reivindicación 1, en la que la pasta alcalina tratada tiene un contenido en metal de transición inferior a 20 ppm.

15. La pasta de acuerdo con la reivindicación 14, en la que el contenido total en metal de transición es inferior a 5 ppm.

16. La pasta de acuerdo con la reivindicación 1, en la que dicha celulosa tiene valores de D.P. individuales que están distribuidos unimodalmente.

17. La pasta de acuerdo con la reivindicación 1, en la que la pasta alcalina tratada comprende un índice kappa inferior a dos; y un índice de cobre inferior a 0,8.

18. Fibra lyocell que comprende:

una pasta alcalina tratada que comprende:

(a): al menos 5% en peso de hemicelulosa;

(b): celulosa que tiene un grado de polimerización medio desde 200 a 1100;

(c): un índice kappa inferior a 2,0; y

(d): un \DeltaR inferior a 2,0.

19. La fibra de acuerdo con la reivindicación 18, que tiene un contenido en hemicelulosa desde 5% en peso a 22% en peso.

20. La fibra de acuerdo con la reivindicación 18, que tiene un contenido en hemicelulosa desde 5% en peso a 18% en peso.

21. La fibra de acuerdo con la reivindicación 20, que comprende además celulosa que tiene un grado de polimerización medio desde 300 a 1100.

22. La fibra de acuerdo con la reivindicación 18, que tiene un contenido en hemicelulosa desde 10% en peso a 15% en peso.

23. La fibra de acuerdo con la reivindicación 22, que comprende además celulosa que tiene un grado de polimerización medio desde 300 a 1100.

24. La fibra de acuerdo con la reivindicación 18, que comprende además celulosa que tiene un grado de polimerización medio desde 300 a 1100.

25. La fibra de acuerdo con la reivindicación 18, que comprende además celulosa que tiene un grado de polimerización medio desde 400 a 700.

26. La fibra de acuerdo con la reivindicación 18, en la que dicha celulosa tiene una distribución unimodal de los valores del grado de polimerización.

27. La fibra de acuerdo con la reivindicación 18, que tiene un valor del índice de cobre inferior a 2,0.

28. La fibra de acuerdo con la reivindicación 27, que tiene un valor del índice de cobre inferior a 1,1.

29. La fibra de acuerdo con la reivindicación 27, que tiene un índice de cobre inferior a 0,8.

30. La fibra de acuerdo con la reivindicación 18, que tiene un contenido total en metal de transición inferior a 20 ppm.

31. La fibra de acuerdo con la reivindicación 30, que tiene un contenido total en metal de transición inferior a 5 ppm.

32. Un procedimiento para la fabricación de una composición para su conversión en fibra lyocell, comprendiendo dicho procedimiento:

poner en contacto una pasta alcalina que comprende celulosa y al menos 7% de hemicelulosa bajo condiciones alcalinas con una cantidad de un oxidante suficiente para reducir el grado de polimerización medio de la celulosa a dentro del intervalo desde 200 a 1100, sin reducir sustancialmente el contenido en hemicelulosa de la pasta o incrementar sustancialmente el índice de cobre.

33. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 32, en el que dicho oxidante comprende al menos un elemento del grupo que consiste en un producto químico con un grupo peróxido, oxígeno, dióxido de cloro, ozono y combinaciones de los mismos.

34. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 33, en el que la reducción en el grado de polimerización medio de la celulosa tiene lugar en la presencia de una relación de magnesio a metales de transición inferior al 50%.

35. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 32, en el que el contenido en hemicelulosa de la pasta se reduce en menos del 50%.

36. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 35, en el que el contenido en hemicelulosa de la pasta se reduce en menos del 15%.

37. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 35, en el que el contenido en hemicelulosa de la pasta se reduce en menos del 5%.

38. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 32, en el que el índice de cobre se incrementa en menos del 50%.

39. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 32, en el que el índice de cobre se incrementa en menos del 25%.

40. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 32, en el que la etapa de puesta en contacto comprende además poner en contacto la pasta con una fuente de álcali seleccionada del grupo que consiste en hidróxido de sodio, lejía blanca oxidada, y lejía blanca sin oxidar.

41. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 32, en el que la pasta alcalina y el oxidante se ponen en contacto a un pH superior a 8,0.

42. Un procedimiento para la fabricación de fibras lyocell que comprende las etapas de:

(a) poner en contacto una pasta alcalina que comprende celulosa y al menos 7% de hemicelulosa bajo condiciones alcalinas con una cantidad de un oxidante suficiente para reducir el grado de polimerización medio de la celulosa al intervalo desde 200 a 1100 sin reducir sustancialmente el contenido en hemicelulosa o incrementar sustancialmente el índice de cobre; y

(b) formar fibras a partir de la pasta tratada de acuerdo con la etapa (a).

43. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 42, en el que el oxidante se selecciona del grupo que consiste en un producto químico con un grupo peróxido, oxígeno, dióxido de cloro, ozono y combinaciones de los mismos.

44. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 43, en el que la reducción en el grado de polimerización medio de la celulosa tiene lugar en la presencia de una relación de magnesio a metales de transición inferior al 50%.

45. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 42, en el que el contenido en hemicelulosa se reduce en menos del 15%.

46. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 42, en el que el índice de cobre se incrementa en menos del 25%.

47. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 42, en el que la etapa de puesta en contacto tiene lugar en la ausencia sustancial de un inhibidor de la degradación de la celulosa por el oxidante.

48. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 32, en el que la etapa de puesta en contacto tiene lugar en la ausencia sustancial de un inhibidor de la degradación de la celulosa por el oxidante.

49. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 42, en el que la pasta alcalina y el oxidante se ponen en contacto a un pH superior a 8,0.