JP2021532280A - 架橋パルプ、それから作製されたセルロースエーテル生成物、ならびにパルプおよびセルロースエーテル生成物を作製する関連方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2018年7月31日出願の米国特許出願第62/712,844号および2018年8月16日出願の米国特許出願第15/999,228号の利益を主張し、これらのそれぞれの内容が参照により本明細書に組み込まれる。
一態様において、本開示は、架橋セルロース繊維を含むパルプであって、該パルプより生じるカルボキシメチルセルロース(CMC)の粘度の変動係数(COV)が30%未満であり、そして92%より高いパルプR18値を有するパルプを提供する。
上述の態様および特許請求された主題の付随する利点の多くは、添付図面と一緒に読めば以下の発明を実施するための形態を参照することによってよりよく理解されるので、より容易に理解される。
架橋パルプを作製する方法
ある特定の態様において、本開示は、架橋パルプを作製する方法を提供する。本明細書でさらに論じられるように、本開示の方法は、高粘度の架橋エーテル生成物を経済的に効率良く作製するのに適した架橋パルプを作製する際に有用である。
高稠度架橋を含む改変クラフト法
本開示の実施形態に従って架橋パルプならびに関連した系および組成物を作製する方法は、通常の技術に伴う1つまたは複数の問題に、そのような問題が本明細書に記載されていようがいまいが少なくとも部分的に対処することができる。例えば、本開示の少なくともいくつかの実施形態に従う方法により、低コストパルプが、高グレードのセルロースエーテルおよび/または他のセルロース誘導体(例えば、セルロースエステル)の生成における前駆体の働きをすることが可能になる。例えば、クラフトパルプは、ある特定の溶解グレードパルプよりはるかに安価であり、広く入手可能である。しかし、標準クラフトパルプが、セルロースエーテルの生成のための前駆体として使用されるとき、生じるセルロースエーテルは低グレードである傾向がある。
実施形態において、本開示の方法は、実施例2および3に関連して本明細書でさらに論じられるように、セルロース繊維を架橋した後、架橋パルプからアルカリ性水酸化物を抽出するステップを含む。次に図2を参照して、苛性物質の抽出および再使用を含む本開示の方法200を論じる。ある特定の実施形態において、本開示の方法100および/または他の方法は、方法200の1つまたは複数の態様を含む。実施形態において、方法200は、セルロース繊維源を蒸解および漂白してパルプを得るステップを含むプロセスブロック202で始まる。実施形態において、蒸解および漂白は、図1に関連して本明細書でさらに論じられるように行われる。プロセスブロック202の次に、漂白パルプを30%より高い稠度などに混合するステップを含むプロセスブロック204を行ってもよい。プロセスブロック204の次に、漂白された高稠度パルプをアルカリ性水酸化物および架橋剤で架橋するステップを含むプロセスブロック206を行ってもよい。本明細書でさらに論じられるように、そのような高稠度架橋反応は、より低い稠度の架橋反応にまさる多数の利点をもたらす。その利点としては、より高いR18値、より低い架橋試薬要件、および例えばとりわけCMC粘度COV、アルカリイオンCOVによって測定してより一貫したパルプが挙げられるが、これらに限定されない。
乾燥および半乾燥パルプ架橋
ある特定の実施形態において、本開示の方法は、木質繊維を架橋剤およびアルカリ性水酸化物と接触させるステップであって、木質繊維が約0重量%〜約50重量%の範囲の含水率を有するステップを含む。実施形態において、木質繊維の含水率は、約0重量%〜約10%の範囲である。この場合、約0重量%は、当技術分野において公知である検出限界によって制限して、0重量%〜1重量%の含水率を指す。特定の理論に拘泥することを望むものではないが、そのような乾燥または半乾燥木質繊維を架橋剤およびアルカリ性水酸化物と接触させることによって、架橋剤と木質繊維の密接混合が、パルプを活発に混合することなく水性懸濁液または溶液を反応容器中で混合するなどによって達成されると思われる。その上に、特定の理論に拘泥することを望むものではないが、乾燥および半乾燥木質繊維内の空隙は、アルカリ性水酸化物および架橋剤溶液で満たされていると思われる。これは、木質繊維をアルカリ性水酸化物および架橋剤の比較的希薄な溶液に分散させる他の方法とは対照的である。
アルカリ抽出によるパルプ処理およびパルプ洗浄
実施形態において、本開示の方法は、セルロース系パルプを水酸化アルカリで活性化して活性化パルプを得るステップと、活性化パルプからアルカリ性水酸化物を除去するステップと、活性化パルプを架橋剤で架橋して架橋パルプを得るステップとを含む。その点で、本開示の実施形態による方法400を概略的に示す図4に注意を向ける。
パルプ
別の態様において、本開示は、架橋セルロース繊維を含めて、パルプを提供する。実施形態において、パルプは、本明細書に記載されている方法に従って作製されたパルプである。
パルプR18値
実施形態において、本開示のパルプは、89%より高いR18値を有する。実施形態において、本開示のパルプは、92%より高いR18値を有する。本開示の方法に関連して本明細書でさらに論じられるように、パルプを20%より高い、30%より高い、またはそれ以上などの高稠度で架橋すると、一般的に、パルプR18値によって測定して比較的高い耐アルカリ性を有する架橋パルプが提供される。逆に、例えば30%より低い稠度で架橋すると、例えば93%より低いR18値を有するパルプが提供される。例えば、実施例1〜3に示されるように、そのような高稠度架橋により、約92%〜約100%の範囲のパルプR18値を有するパルプが提供される。
生じるCMCの粘度
実施形態において、本開示のパルプは、56cPより高い、該パルプより生じるCMCの粘度を有する。実施形態において、本開示のパルプは、90cPより高い、該パルプより生じるCMCの粘度を有する。実施形態において、本開示のパルプは、約100cP〜約400cPの範囲の、該パルプより生じるCMCの粘度を有する。
生じるCMCの粘度の変動係数
実施形態において、本開示のパルプは、37%未満の生じるCMCの粘度の変動係数(COV)を有する。実施例9および表6A〜6Cに関連して本明細書でさらに論じられるように、本開示のパルプから作製されたCMCは、20%以下、15%以下など37%未満の粘度COVを有する。特定の理論に拘泥することを望むものではないが、パルプを高稠度で架橋することによって、架橋パルプは比較的均等に架橋され、したがって、それから作製されたCMCは粘度COVが低い粘度を有すると思われる。
アルカリイオン濃度COV
ある特定の実施形態において、本開示のパルプは、比較的低いアルカリイオン濃度COVを有する。本明細書でさらに論じられているように、本開示の方法は、パルプを高稠度で架橋する。特定の理論に拘泥することを望むものではないが、そのような高稠度は高度に均一な架橋反応環境を提供すると思われる。この点で、パルプが架橋されているが、洗浄も中和もされていない場合など、架橋環境および得られた架橋パルプには、アルカリイオンなどある特定の架橋試薬がパルプ内に均等に分布されている。実施形態において、実施例12に関連して本明細書でさらに論じられるように、本明細書に記載されているパルプは、架橋時に5未満など10未満のナトリウムイオン濃度COVを有する。
得られたCMC多分散指数
ある特定の実施形態において、本開示のパルプは、約3以上の得られたCMC多分散指数(PDI)を有する。実施形態において、本開示のパルプは、約4.5より高い得られたCMC PDIを有する。実施形態において、本開示のパルプは、4.5〜約7の範囲の得られたCMC PDIを有する。実施形態において、本開示のパルプは、約5.0〜約6.5の範囲の得られたCMC PDIを有する。表1に示されるように、そのような比較的高いPDIは、コットンリンターパルプ、溶解木材パルプ(DWP)サルファイトパルプ、および通常架橋クラフトパルプなどの通常入手可能なパルプから調製されたCMCの、典型的には2以下であるPDIとは対照的である。本明細書で用いられているように、得られたCMC PDIは、CMC重量平均分子量とCMC数平均分子量の比である。
保水値
ある特定の実施形態において、本開示のパルプは、約0.8g/g〜約1.0g/gの範囲の保水値(WRV)を有する。ある特定の実施形態において、本開示のパルプは、約0.8g/g〜1.0g/g未満の範囲のWRVを有する。実施形態において、本開示のパルプは、約0.8g/g〜1.0g/g未満の範囲のWRVおよび89%〜94%の範囲のパルプR18値を有する。実施形態において、本開示のパルプは、約0.8g/g〜1.0g/g未満の範囲のWRVおよび92%〜94%の範囲のパルプR18値を有する。実施形態において、パルプは、約0.8g/g〜1.0g/g未満の範囲のWRVおよび92%〜94%の範囲のパルプR18値を有するクラフトパルプである。実施例10および表7に記載されているように、実施例1と同様にして調製された本開示の実施形態によるパルプは、約0.8g/g〜1.0g/g未満の範囲のWRVを有する。さらに、そのようなパルプは、92%〜94%のパルプR18値を有する。実施例1に関連して本明細書でさらに論じられるように、そのようなパルプは、30%より高い架橋稠度で調製されたクラフトパルプであった。そのようなパルプは、典型的には92%未満のR18値および1.1g/gより高いWRVを有する、30%未満の稠度で架橋されたパルプとは対照的である。
実施形態において、本開示のパルプとしては、99%以上のR18値および0.6g/g〜0.8g/gの範囲のWRVを有するCLPなどのリンターパルプが挙げられる。実施例10および表7に示されるように、本開示の実施形態による試料3Aおよび3Bに関連して本明細書でさらに論じられるように調製された架橋CLPは、99%以上などの比較的に高いR18値および0.6g/g〜0.8g/gの範囲などの比較的低いWRVを有することができる。
上記のように、ある特定の実施形態において、本開示のパルプとしては、高粘度エーテルおよび本明細書でさらに論じられるように、高度に不変の高粘度エーテルを作製するのに適したパルプが挙げられ、パルプのWRVは、未架橋供給原料パルプのWRVより低い。驚くべきことに、そのようなパルプは、本開示の架橋パルプを作製するために使用される供給原料パルプのWRVより低いWRVなどの比較的低いWRVでさえ高粘度稠度を有する高粘度エーテルを生成できるということが発見された。架橋パルプのWRVがパルプを高粘度エーテルに変換するのに十分に高い限り、架橋パルプは、約0.6g/g〜約0.8g/gの範囲などの比較的低いWRVを有することができる。特定の理論に拘泥するものではないが、架橋剤のセルロース分子と分子構造の開口部との間への導入のために、架橋により、期待DSを有する可溶性CMCの形成によって測定されるなどのパルプ反応性が分子レベルで増大したと思われる。
ヘミセルロース含有量
実施形態において、本開示のパルプは、乾燥質量で約6重量%以上(例えば、10重量%以上、15重量%以上、または20重量%以上)のヘミセルロースを有する。実施形態において、本開示のパルプは、乾燥質量で約6重量%〜乾燥質量で約30重量%の範囲のヘミセルロースを含む。実施形態において、本開示のパルプは、乾燥質量で約9重量%〜乾燥質量で約20重量%の範囲のヘミセルロースを含む。実施形態において、本開示のパルプは、ヘミセルロースを約15重量%で含む。
重量平均分子量
実施形態において、本開示のパルプは、1,000kDa以上、1,500kDa以上、2,000kDa以上など約800キロダルトン(kDa)より高い得られたCMC重量平均分子量を有する。実施形態において、パルプは、約900kDa〜約4,000kDaの範囲の得られたCMC重量平均分子量を有する。実施形態において、パルプは、約1,000kDa〜約2,500kDaの範囲の得られたCMC重量平均分子量を有する。
架橋剤
本開示のパルプは、1つまたは複数のセルロース繊維にカップリングしている架橋剤を含む架橋セルロース繊維を含む。
得られたCMC試験方法
本開示全体にわたって、パルプの特性は、「得られたCMC」特性の点から特徴づけることができる。これらは、パルプを使用して、生成することができるCMCの特性であり、CMCがセルロース誘導体の代表例として働く。CMCが、本開示の実施形態によるパルプを使用して、生成することができる唯一のセルロース誘導体ではないことは理解されるべきである。本明細書に記載されている所与のパルプの得られたCMC特性は、以下の手順によって決まる。この手順について追加の詳細は、Nevell T.P.およびZeronian S.、Cellulose Chemistry and its Applications,Chapter 15−Cellulose Ethers(1985年)で見ることができ、その文献は全体として参照により本明細書に組み込まれる。
セルロースエーテル生成物
別の態様において、本開示は、約56cPより高い粘度を有する架橋セルロースエーテルを含むセルロースエーテル生成物を提供する。実施形態において、本開示のセルロースエーテル生成物は、90cPの粘度を有する。実施形態において、本開示のセルロースエーテル生成物は、約100cP〜約400cPの範囲の粘度を有する。実施形態において、本開示のセルロースエーテル生成物は、表1に示され、実施例1に関連して本明細書でさらに論じられているように、90cP〜130cPの範囲の粘度を有する。実施形態において、本開示のセルロースエーテル生成物は、表2に示され、実施例2および3に関連して本明細書でさらに論じられているように、約100cP〜約300cPの粘度を有する。
ブレンドパルプ
別の態様において、本開示は、本開示によるパルプおよび第2のパルプを含むブレンドパルプを提供する。いかなる実施形態においても、第2のパルプは未架橋パルプである。
実施形態において、本開示のブレンドパルプは、銅エチレンジアミン(cuen)などの溶媒によって接触された後不溶解のままの繊維の量によって特徴づけることができる。実施形態において、ブレンドパルプは、cuenと接触させた後10重量%超、15重量%超、20重量%超、30重量%超が不溶解のままである。例えば、表10および実施例13を参照のこと。
パルプの高稠度架橋およびそれから作製されたカルボキシメチルセルロース
この実施例は、極めて高い粘度パルプをSWおよびHWの両パルプから作製するためのAndritz(商標)およびLoedige(商標)ミキサーなどの高稠度ミキサーの使用を含む、パルプを架橋する改良プロセスを明らかにする。高粘度パルプは、セルロース誘導体用途の市場における高価な高粘度CLPまたは木材パルプに取って代わることができる。これらの高稠度反応器は、さらに化学薬品の使用を大幅に低減することができる。
試料2A
この実施例における架橋パルプを調製するための出発物質は、New Bern mill,International Paper Company社の乾燥された漂白NB416パルプであった。パルプを、パルパー中、(蒸気によって加熱して)90℃で水に分散(固形分5%)して、スラリーを形成し、供給タンク中で固形分4重量%に希釈した。得られたスラリーは、固形分40重量%にプレスされたツインワイヤであった。パルプは、約65℃でツインワイヤプレスから出て、インラインのピンミルにかけた。温かいパルプをAndritz(商標)高稠度ミキサーに10ODkg/分の速度で供給し、5重量%NaOH(水性)および20重量%Heloxy 48/80重量%水の乳濁液と(歯車ポンプで)同時に混合した。Heloxy 48乳濁液は、Heloxy 48をDI水と(ライティングミキサーまたはブレンダーを使用して)高速混合下にブレンドすることによって調製した。Heloxy 48は乳濁液の形をしており、Heloxy 48を高速混合下にDI水中で混合することによって調製した。炉乾燥パルプへのNaOHおよびHeloxy 48の添加は、それぞれ2重量%および5重量%である。化学薬品と混合したパルプを蒸気で処理して、温度を約75℃で維持し、貯蔵塔に放出し、そこで温度を蒸気で75℃に維持した。塔のパルプ混合物は、約30%〜38%の稠度を有し、塔におけるパルプ滞留時間は60分である。60分の滞留時間後に、パルプを塔から10ODkg/分の速度で放出し、タンクに回収して、酢酸で中和した(pH4.5〜5.0、3%パルプ稠度、および10〜15C)。中和パルプをプレスして、その後の処理のために固形分約40%にした(抄紙機を用いて、0.50g/cm3〜0.80g/cm3のシート密度でロールを形成し、実験室試験用にフレークとして風乾した)。このパルプは、93%のパルプR18値を有する。
GPC実験装置は以下の通りであった:
装置:
・分離モジュールAlliance 2695、(Waters社)
・屈折率検出器2414、(Waters社)
・レーザー光度計Dawn−HELEOS(Wyatt Technology Inc.社)波長λ=658nmおよびK5フローセル
・PC制御Empowerソフトウェア3、(Waters社)
・Astraソフトウェア5.3.4.20を用いたGPC−MALSの評価(Wyatt Technology Inc.社)
GPC条件:
・GPC−カラムセット:Suprema;(Polymer Standards Service GmbH PPS社)
・GPC−炉温度:30℃
・溶離液:0.2m NaNO3を含む超純水
・流速:0.8mL/分
・検出器:RI(30℃)
・レーザー光度計Dawn Heleos、658nm
・注入量:100μl
・試料濃度:約0.2mg/mL、dn/dc、0.163mL/g
試料2B
この試料の架橋パルプを調製するための出発物質は、New Bern mill,International Paper Company社の乾燥された漂白NB416パルプであった。パルプを、パルパー中、(蒸気によって加熱して)90℃で水に分散(固形分5%)して、スラリー(供給タンク中で固形分4重量%)を形成し、ツインワイヤプレスして、固形分40重量%にした。温かいパルプをAndritz(商標)高稠度ミキサーに10(OD)kg/分の速度で供給し、5重量%NaOH(水性)および20重量%Heloxy 48/80重量%水の乳濁液と(歯車ポンプで)同時に混合した。炉乾燥パルプへのNaOHおよびHeloxy 48の添加は、それぞれ1重量%および4重量%である。化学薬品と混合したパルプを蒸気で処理して、温度を約65℃で維持し、貯蔵塔にポンプで汲み上げ、約65℃で温度制御した。塔のパルプ混合物は、約30%〜38%の稠度を有し、塔におけるパルプ滞留時間は約60分であった。60分の滞留時間後に、パルプを塔から10(OD)kg/分の速度で放出し、タンクに回収して、中和した(pH4.5〜5.0)。中和パルプをその後のプロセスのためにプレスし、または風乾した。CMC試料を、本明細書の他の箇所で記載されているパルプから調製した。
試料2C
この試料の架橋パルプを調製するための出発物質は、New Bern mill,International Paper Company社の乾燥された漂白NB416パルプであった。パルプを、パルパー中、20℃で水に分散し、遠心して、固形分40重量%にし、ピンミルでふわふわにした。26.8kg(10ODkg)の湿潤パルプ(20℃)をLoedige(商標)高稠度反応器(10kg/バッチ)に供給し、(混合しながら)温度を75℃に上げた。0.2kgのNaOH(水性)(50重量%)を、最初に反応器中のパルプに15秒で注入し、次に1kgの温水を注入した。次いで、2kgの20重量%Heloxy 48/80重量%乳濁液を混合物に注入し、次に1kgの温水を注入した。各注入間は2分であり、注入時間は15秒であった。パルプ(OD)へのNaOH(水性)およびHeloxy 48乳濁液の添加は、それぞれ1重量%および4重量%であった(苛性物質、Heloxy 48および水を同時に混合/注入して、同様の結果を達成することができる)。化学薬品とのパルプ混合物を反応器の内側で、75℃にて高速で5分間および低速で55分間の合計60分間混合した。反応器中のパルプ混合物は、約32%の稠度を有した。60分の滞留時間後に、パルプ混合物を酢酸で中和し、放出して、洗浄した。洗浄パルプを乾燥し、CMCを本明細書の他の箇所で記載されている試料から調製した。この試料からの0.5重量%CMC(DS=0.95)溶液粘度は95cPであった。NB416出発パルプは、0.5重量%CMC(DS=0.95)粘度が約33cPであった。
試料2C1
New Bern mill社の乾燥されていないNB416を化学薬品と混合した点以外は、上記の試料2Cを繰り返した。最終パルプ稠度は32%であり、パルプからの0.5重量%CMC(DS=0.95)溶液粘度は110cPであった。DSが1.25であった場合(8mlの30重量%NaOH(水性)および3.6グラムの本明細書の他の箇所で記載されているMCA)、パルプからの0.5重量%CMC溶液粘度は298cPであった。
高稠度架橋およびアルカリ抽出ステップを含む架橋パルプを作製する方法
この実施例は、CLPの高稠度架橋を使用して、架橋パルプを調製する方法を明らかにする。示されるように、得られたCMCは、例えば高い粘度、分子量、およびPDIを有する。
試料3A(パートA:約166グラム、6.64グラムのパルプ)
2.6グラムの10重量%H48/90重量%水乳濁液を、袋中のパルプ/苛性物質混合物(パートA)(パルプ上に3.92重量%H48、パルプ稠度4%)に添加し、袋中の混合物を手で徹底的に混合し、袋を35℃の炉に入れ、温度を5分で50℃に上げた。温度を40分間維持した(50℃の炉)。40分後に、パルプスラリーをDI水で洗浄し、酢酸で中和し、DI水で再び洗浄し、85℃の炉中で乾燥して、試験した。
試料3B(パートB:約166グラム、6.64グラムのパルプ)
パルプスラリーパートBを濾過して、できる限り苛性物質を除去した(約141グラム)。次いで、一部の濾液(6グラム)および2.6グラムの10重量%H48/90重量%乳濁液を混合し、次いで袋中のパルプ/苛性物質混合物(濾過後のパートB)に添加して、最終重量約33グラムとした(パルプ上に3.92重量%H48、パルプ稠度約20%)。袋中の混合物を手で徹底的に混合し、袋を35℃の炉に入れ、温度を5分で50℃に上げた。温度を40分間維持した(50℃の炉)。40分後に、パルプスラリーを洗浄、中和、再び洗浄、および乾燥し、3Aに記載されているように試験した。
試料3C(パートC:約166グラム、6.64グラムのパルプ)
パルプスラリーパートCを濾過して、苛性物質を除去した(133グラム除去)。次いで、133グラムのDI水をパルプに添加し、混合物を混合した。次いで、141グラムの液体を再び濾過した(新しい濾液)。このとき、混合物は苛性物質濃度が低下した。次いで、一部の新しい濾液(6グラム)および2.6グラムの10重量%H48/90重量%水乳濁液を混合し、次いで袋中の上記のパルプ/苛性物質混合物(苛性物質濃度が低下したパートC)に添加して、最終重量約33グラムとした(パルプ上に3.92重量%H48、パルプ稠度20%)。袋中の混合物を手で徹底的に混合し、袋を35℃の炉に入れ、温度を5分で50℃に上げた。温度を40分間維持した(50℃の炉)。40分後に、パルプスラリーを洗浄、中和、再び洗浄、および乾燥し、3Aに記載されているように試験した。
高温における高稠度架橋およびアルカリ抽出ステップを含む架橋パルプを作製する方法
この実施例は、高い架橋温度におけるCLPの高稠度架橋を使用して架橋パルプを調製する方法を明らかにする。示されるように、得られたCMCは、例えば高い粘度、分子量、およびPDIを有する。
試料4A〜4C
架橋温度が50℃の代わりに75℃であった点以外は、実施例3における(試料3A、3Bおよび3Cについての)試験を再び繰り返して、それぞれ試料4A、4Bおよび4Cを作製した。4A、4Bおよび4Cからの0.5%CMC(DS=1.0)溶液粘度(Brookfield粘度計、スピンドル2、速さ50RPM)は、それぞれ109cP、124cP、300cPである。
結論:高稠度架橋は、より低いコストで得られたCMCの粘度を上昇させた。例えば、試料3B対試料3Aおよび試料4B対試料4Aを参照のこと。抽出段階は、より高い架橋温度で品質を改善し、より高いCMCの粘度をもたらした。例えば、試料4C対試料3Cを参照のこと。さらに、改良プロセスを使用した架橋木材パルプ(実施例1)からのCMCも架橋CLP(実施例2)からのCMCも、全体として参照により本明細書に組み込まれる米国特許第9,828,725号に記載されている架橋パルプよりはるかに高い溶液粘度、PDIおよびMwを有するものであった。
92%より高いR18値を有する架橋パルプを作製する方法
この実施例は、架橋性反応物を順次投入するステップを含む本開示の実施形態による架橋パルプを調製する方法を明らかにする。示されるように、この実施例に従って作製されたパルプは、高い生じるCMCの粘度および高R18値を有する。
試料5A:
この試料の架橋パルプを調製するための出発物質は、New Bern mill,International Paper Company社の乾燥された漂白NB416パルプであった。パルプを、パルパー中、20℃で水に分散し、150メッシュスクリーンで脱水し、遠心して、固形分40重量%にし、ピンミルでふわふわにした。26.8kg(OD 10kg)の湿潤パルプ(20℃)をLoedige(商標)高稠度反応器(10kg/バッチ)に供給し、(80RPMで混合しながら)温度を75℃に上げた。0.6kgのNaOH(水性)(50重量%)を、反応器中のパルプに約5秒で注入し、次に1kgの温水を注入した。次いで、2.5kgの20重量%Heloxy 48/80重量%水乳濁液を混合物に注入し、次に1kgの温水を注入した。各注入間は2分であった。パルプ(OD)へのNaOHおよびHeloxy 48の添加は、それぞれ3重量%および5重量%である。化学薬品とのパルプ混合物を5分間混合し、合わせて55分間、75重量%、120RPMで混合し、反応器の内側の温度を約75℃、25重量%、40RPMで55分間維持した。反応器中のパルプ混合物は、約32%の稠度を有した。60分の滞留時間後に、パルプ混合物を0.45kgの酢酸で中和し、放出して、DI水で洗浄した。洗浄パルプを乾燥した。パルプのR18は93.7%であり、出発パルプNB416は88%のR18を有する。CMCをこの試料から調製した。試料からの0.5重量%CMC(水性)(DS=1.25)溶液粘度は、313cPである(本明細書でさらに記載されるように、パルプSCAN IVの計算値は2304ml/gである)。NB416パルプは、約40cPの0.5%CMC(DS=1.25)粘度を有するものであった。
試料5B
パルプ添加後に4.5kgの水を添加した点以外は、試料5Aのようにして試料5Bを調製した。最終パルプ稠度は27.5%であった。架橋パルプは、92.7%のR18値を有するものであった。パルプからの0.5重量%CMC(DS=1.25)粘度は190cPであった。
試料5C
パルプ添加後に8.1kgの水を添加した点以外は、試料5Aのようにして試料5Cを調製した。最終パルプ稠度は25%であった。架橋パルプは、92.4%のR18値を有するものであった。パルプからの0.5重量%CMC(DS=1.25)粘度は170cPであった。
試料5D
Mogi工場からの乾燥ユーカリパルプを化学薬品と混合した(パルプ上に1重量%NaOH(水性)および4重量%H48(水性乳濁液))点以外は、試料5Aのようにして試料5Bを調製した。最終パルプ稠度は32%であった。架橋パルプは、93.8%のR18値を有するものであった。このパルプからの0.5重量%CMC(DS=1.0)溶液粘度は65cPであった。
苛性物質および架橋剤の適用によって架橋パルプを作製して、パルプを乾燥および半乾燥させる方法
この実施例は、架橋性反応物の適用を含んで架橋パルプを調製して、パルプを乾燥または半乾燥させる方法を提供する。示されるように、そのような方法に従って作製されたパルプは、比較的高いR18値を有し、得られたCMCは、活発な混合ステップなしで高粘度を有する。
パルプの濾過における洗浄pHおよび苛性物質抽出
この実施例は、本開示の方法に従って調製されたパルプを低pH溶液で洗浄して、パルプ中に分散されている金属、灰、およびシリカのレベルを低減することを明らかにする。
苛性物質の洗浄および再使用を伴う高稠度パルプからの架橋ユーカリ(Eucalyptus)パルプ
Saillat mill,International Paper社の乾燥された混合硬材を化学薬品(パルプ上に1重量%NaOH(水性)および4重量%H48(水性乳濁液))と混合した点以外は、上記の試料5Dを繰り返した。最終パルプ稠度は32%であった。架橋パルプは、94.1%のR18値を有するものであった。パルプからの0.5重量%CMC(DS=1.0)溶液粘度は、架橋パルプをそれぞれpH4、3、および2で洗浄すると約63cP、50cP、40cPであった。パルプを低すぎるpHで洗浄すると、パルプを分解するおそれがあることが認められている。
高粘度パルプからのメチルセルロース
セルロース(CELL)パルプを粉砕して、粉末にし、ジエチルエーテル(DEE)に懸濁し、50重量%NaOH(水性)溶液を添加した。室温でアルカリ化した後、塩化メチル(MeCl)を反応器に添加し、温度を85℃に上げた。反応時間は、この温度で2時間であった。冷却した後、混合物を真空濾過によって回収し、中和し、熱水で4回洗浄した。プロピレンオキシド(PO)を添加することによって、ヒドロキシルプロピルメチルセルロース(HPMC)も調製した(表5)。
CMC粘性の変動係数
本開示は、本明細書に記載されている方法が、通常入手可能なCMCと比較して低変動係数(COV)を有する粘度のCMCを調整する際に有用なパルプを提供することを明らかにする。
試料2Cについて本明細書でさらに記載されるように機器および条件を使用して、架橋パルプの複数のバッチを調製し、生じるCMCの粘度は、20〜36%のCMC COVを有した。表6Bを参照のこと。この点で、より高い稠度架橋は、より均一な反応環境をもたらし、したがってCMCの粘度のCOVははるかに低くなる。
本開示のパルプの保水値
プロセス最適化のために、架橋パルプは、より高い架橋密度および低減されたWRVを有するものであった。
本開示のパルプのヘミセルロース含有量
本開示は、本開示の方法に従って作製されたパルプのヘミセルロースレベルを明らかにする。
HPLCを使用して、加水分解されたパルプおよびエーテル中で糖モノマーを検出した。グルコース、キシロースおよびマンノースのような主な糖を検出することができ、対応するグルカン、キシランおよびマンナン含有量を計算することができる。誘導体化のために、エーテル中の糖重量%は、セルロースパルプ中より低い。キシラン比は、グルカン、キシランおよびマンナンの合計中のキシランの%として計算される。マンナン比は、グルカン、キシランおよびマンナンの合計中のマンナンの%として計算される。ヘミセルロース%は、キシラン比およびマンナン比の合計である。
本開示のパルプのアルカリイオン変動係数
架橋時に、本明細書に記載されているパルプは、高稠度を有する。したがって、その中に分散されているナトリウムイオンなどのアルカリイオンは、改善された混合方法のために、より不十分な混合によって、より低い稠度で通常架橋されているパルプにおいて、より均等に分布されている。この実施例において、ナトリウムはNaOHに由来するものであり、架橋剤およびパルプと混合されて、架橋される。ナトリウムイオン濃度COVは、混合の有効性の一測定基準である。
ブレンドパルプ
本開示の架橋パルプを、未架橋パルプ、この場合はNB416、とブレンドすることによって、本開示のパルプを含むブレンドパルプを調製した。
多回架橋剤投入
(5重量%架橋剤で処理された)試料2Aに関連して本明細書でさらに論じられている方法に従って作製されたパルプの2回目の架橋を、全架橋剤投入量が15〜20重量%として行った。表11に示されるように、これらの架橋パルプ(2E、2F)は、はるかに高い粘度および>94%のR18を有するものであった。
約(aboutおよびapproximately)は、明記された値のプラスまたはマイナス5%を指す。
灰分:TAPPI T 211 om−07によって決定。
ASTM:米国材料試験協会
CMC:カルボキシメチルセルロース
CLP:コットンリンターパルプ
変動係数(COV):標準偏差と平均値の比として定義。
稠度:パルプの稠度(C)は、試料の乾燥重量(Wd)を試料の全重量(Wt)で割った商によって決まり、百分率として表される。稠度は、C=(Wd/Wt)×100として表すことができる。稠度は、TAPPI/ANSI T 240 om−12によって測定されてもよい。
結晶化度:Lionettoら、「Monitoring Wood Degradation during Weathering by Cellulose Crystallinity」、Materials、5巻、1910〜1922頁(2012年)の対応する方法によって決定され、その文献は全体として参照により本明細書に組み込まれる。
Cuen溶解度:ASTM−D1795−96の条件下における銅エチレンジアミンに対する溶解性。
カール指数:米国特許第6,685,856号に開示された対応する方法によって決定され、その文献は全体として参照により本明細書に組み込まれる。
重合度:ASTM−D1795−96によって測定されたセルロース分子中のD−グルコースモノマーの数。平均重合度は、セルロースポリマー集団における1セルロースポリマー当たりの平均D−グルコース分子数を指す。
置換度(DS):ASTM D 1439−03によって決定。
DWP:溶解木材パルプ
ヘミセルロース含有量:米国特許第7,541,396号の実施例6および7に記載されている方法により決定されたマンナンおよびキシラン含有量の合計。その文献は全体として参照により本明細書に組み込まれる。この試験は、TAPPI T 249 cm00に基づいて、Dionexイオンクロマトグラフィーによって分析。
HPLC:高速液体クロマトグラフィー
ISO:国際標準化機構
キンク:バルメットFS5繊維画像分析装置を使用して決定。
キンク角:バルメットFS5繊維画像分析装置を使用して決定。
カッパ価:ISO 302:2004によって決定。
MCA:モノクロロ酢酸
炉乾燥(OD):7重量%以下の水分まで乾燥。
R18:TAPPI T 235 cm−00によって測定。
生じるCMCの粘度:本明細書に記載されている得られたCMC試験方法に従った、得られたCMCの0.5%溶液の粘度を指す。
TAPPI:米国紙パルプ技術協会
遷移金属含有量:EPA SW−856方法3050、200.8によって決定。
EPA:米国環境保護庁
保水値(WRV):TAPPI T UM256M(2011)によって決定。
排他的な特性または特権が特許請求される本発明の実施形態を、以下の通り定義する。
Claims (45)
- 架橋セルロース繊維を含むパルプであって、
93%以上のパルプR18値を有するパルプ。 - 架橋セルロース繊維を含むパルプであって、
30%未満の、生じるカルボキシメチルセルロース(CMC)の粘度の変動係数(COV)、および
92%より高いパルプR18値
を有するパルプ。 - 架橋セルロース繊維を含むパルプであって、
0.8g/g〜1.0g/g未満の範囲の保水値(WRV)、および
89%より高いパルプR18値
を有するパルプ。 - 99以上のR18値、および
0.6g/g〜0.8g/gの範囲の保水値
を有する架橋リンターパルプ。 - ヘミセルロースを乾燥質量で約6重量%以上含む、請求項1から4のいずれか一項に記載のパルプ。
- 56センチポアズ(cP)より高い、生じるCMCの粘度を有する、請求項1から5のいずれか一項に記載のパルプ。
- 約100cP〜約400cPの範囲の生じるCMCの粘度を有する、請求項1から6のいずれか一項に記載のパルプ。
- 約800キロダルトン(kDa)より高い得られたCMC重量平均分子量を有する、請求項1から7のいずれか一項に記載のパルプ。
- 約900kDa〜約4,000kDaの範囲の得られたCMC重量平均分子量を有する、請求項1から8のいずれか一項に記載のパルプ。
- パルプR18値が93%〜約100%の範囲である、請求項1から3のいずれか一項に記載のパルプ。
- 約3以上の得られたCMC多分散指数(PDI)を有する、請求項1から10のいずれか一項に記載のパルプ。
- 架橋セルロース繊維が、2つ以上のグリシジル基を有するグリシジルエーテル架橋剤を含む、請求項1から11のいずれか一項に記載のパルプ。
- 0.8g/gより高い保水値(WRV)を有する、請求項1から3のいずれか一項に記載のパルプ。
- 0.8g/g〜1.0g/g未満の範囲のWRVを有する、請求項1または2に記載のパルプ。
- 乾燥質量で約6重量%〜乾燥質量で約30重量%の範囲のヘミセルロースを含む、請求項1から14のいずれか一項に記載のパルプ。
- クラフトパルプである、請求項1から3のいずれか一項に記載のパルプ。
- ワラパルプである、請求項1から3のいずれか一項に記載のパルプ。
- コットンリンターパルプである、請求項1から15のいずれか一項に記載のパルプ。
- 架橋セルロースエーテルを含むセルロースエーテル生成物であって、架橋セルロースエーテルが、
約56cPより高い粘度を有し、
請求項1から18のいずれか一項に記載のパルプから形成されている、
セルロースエーテル生成物。 - 架橋メチルセルロース、架橋CMC、架橋ヒドロキシプロピルメチルセルロース、架橋ヒドロキシルエチルセルロース、およびその組み合わせからなる群から選択される、請求項19に記載のセルロースエーテル生成物。
- 約3以上のPDIを有する、請求項19に記載のセルロースエーテル生成物。
- 約800kDより高い重量平均分子量を有する、請求項19に記載のセルロースエーテル生成物。
- 約900kDa〜約4,000kDaの範囲の重量平均分子量を有する、請求項19に記載のセルロースエーテル生成物。
- ヘミセルロースを乾燥質量で約2重量%以上含む、請求項19に記載のセルロースエーテル生成物。
- 乾燥質量で約2.5重量%〜乾燥質量で約20重量%の範囲のヘミセルロースを含む、請求項19に記載のセルロースエーテル生成物。
- 第1の繊維キンク値を有する、請求項1から18のいずれか一項に記載の第1のパルプと、
第1の繊維キンク値と異なる第2の繊維キンク値を有する第2のパルプと
を含むブレンドパルプ。 - 第1のパルプが、第1のパルプR18値を有し、第2のパルプが、第1のパルプR18値とは異なる第2のパルプR18値を有する、請求項26に記載のブレンドパルプ。
- 第1のパルプが、銅エチレンジアミン(cuen)溶液に部分溶解性である、請求項26に記載のブレンドパルプ。
- 第1のパルプが、cuen溶液に不溶性である、請求項26に記載のブレンドパルプ。
- パルプを作製する方法であって、
セルロース系供給原料を蒸解して、パルプを形成すること、
パルプを漂白して、漂白パルプを形成すること、
漂白パルプ内のセルロース繊維を架橋剤で架橋して、架橋パルプを形成すること、ここで架橋時において、漂白パルプが30%より高い稠度を有し、架橋パルプのR18値が92%より高い、ならびに
架橋パルプを乾燥すること
を含む方法。 - 漂白パルプを架橋することが、アルカリ性水酸化物を漂白パルプに供給するおことを含み、該方法が、セルロース繊維を架橋した後、架橋パルプからアルカリ性水酸化物を抽出することをさらに含む、請求項30に記載の方法。
- 漂白パルプを架橋することが、アルカリ性水酸化物および架橋剤を漂白パルプに複数回供給することを含む、請求項31に記載の方法。
- アルカリイオン濃度の変動係数が10%未満である、請求項30に記載の方法。
- 架橋パルプを、ロール、ベール、およびフラッフからなる群から選択される形態に形成するステップをさらに含む、請求項30に記載の方法。
- 請求項30に記載の方法に従って形成された架橋パルプ。
- パルプを作製する方法であって、
木質繊維を架橋剤およびアルカリ性水酸化物と接触させること、ここで木質繊維が約0重量%〜約50重量%の範囲の含水率を有する、
木質繊維、架橋剤、およびアルカリ性水酸化物を加熱して架橋木質繊維を得ること、ならびに
架橋木質繊維を洗浄して、未反応の架橋剤およびアルカリ性水酸化物を除去すること
を含み、架橋後のパルプのR18値が93%以上である、
方法。 - アルカリ性水酸化物を回収することをさらに含む、請求項36に記載の方法。
- 架橋パルプを中和して中和パルプを得ること、
中和パルプを洗浄して洗浄パルプを得ること、ならびに
洗浄パルプを乾燥すること
をさらに含む、請求項36に記載の方法。 - 請求項36に記載の方法に従って形成されたパルプ。
- 架橋セルロースパルプを作製する方法であって、
セルロース系パルプを水酸化アルカリで4%より高い稠度にて活性化して活性化パルプを得ること、
活性化パルプから水酸化アルカリを除去すること、ならびに
活性化パルプを架橋剤で20%より高い稠度および30℃〜95℃の範囲の温度にて架橋して架橋パルプを得ること
を含む方法。 - 架橋パルプを洗浄およびプレスしてプレスパルプを得ることをさらに含む、請求項40に記載の方法。
- プレスパルプを希釈および中和することをさらに含む、請求項41に記載の方法。
- 活性化パルプから除去された水酸化アルカリを回収することをさらに含む、請求項40に記載の方法。
- 架橋パルプを乾燥することをさらに含む、請求項40に記載の方法。
- 請求項40に記載の方法に従って形成されたパルプ。
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