用于加工纖維素膜或成形制品的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了生產(chǎn)纖維素膜或纖維素成形制品的方法，其包括步驟：將非溶解性含纖維素的紙漿浸漬于堿性液體中，用二硫化碳黃化浸漬的含纖維素的紙漿，將黃化的含纖維素的紙漿溶解于堿性液體中以形成粘膠溶液，并且由粘膠溶液鑄造纖維素膜或纖維素成形制品，其中使用以下優(yōu)化加工條件中的一個或多個：浸漬至少部分地是在約30℃至約50℃的溫度下進(jìn)行的；浸漬是在堿濃度為約16重量%至約18重量%的堿性液體中進(jìn)行的；黃化是使用以存在的纖維素的重量計，約30%至約40%的二硫化碳進(jìn)行的；黃化至少部分地是在約20℃至約30℃的溫度下進(jìn)行的；溶解至少部分地是在約10℃至25℃的溫度下進(jìn)行的；溶解產(chǎn)生以溶液重量計堿濃度為約5.5%至約7.5%的粘膠溶液，和/或溶解產(chǎn)生以溶液重量計纖維素濃度為約8.5%至約9.5%的粘膠溶液。
【專利說明】用于加工纖維素膜或成形制品的方法
發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明提供了加工纖維素的優(yōu)化方法，其中將非溶解性含纖維素的紙漿用來制備用于纖維素膜或諸如纖維的纖維素成形制品的制備的粘膠溶液。
【背景技術(shù)】
[0002]除了在紙的工業(yè)生產(chǎn)中的實用性以外，含纖維素的紙漿有很多其他應(yīng)用，包括纖維素膜和諸如纖維的纖維素成形制品的工業(yè)制造。
[0003]有諸多含纖維素的紙漿的來源，例如木材(特別是軟木材)、棉、亞麻、大麻和竹類。紙漿通常由這些原材料制備，所述原材料通過處理以分離并除去木質(zhì)素和半纖維素，從而使紙漿的纖維素含量最大化。
[0004]本領(lǐng)域技術(shù)人員已知有兩種通用的制漿技術(shù)。首先，通過研磨或碾磨原材料以物理地分離纖維素纖維與半纖維素和木質(zhì)素，可以機械地制備紙漿。
[0005]可選地，可以化學(xué)地處理原材料以溶解木質(zhì)素和半纖維素，理想情況下不破壞源自原材料的纖維素纖維?；瘜W(xué)制漿方法的實例包括硫酸鹽蒸煮法(Kraft process)和亞硫酸鹽法。
[0006]還有大量混合制漿方法，其中在機械制漿方法中使用化學(xué)加工步驟，反之亦然。這樣的方法的實例包括熱機械方法，其中除了機械粉碎以外，木片或其他原材料也要暴露于熱；和化學(xué)熱機械方法，其中在粉碎和熱暴露之前，木片首先暴露于化學(xué)制漿方法中所用的化學(xué)物。
[0007]對于纖維素再生領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，從化學(xué)制漿方法中得到了兩類紙漿。首選是‘溶解紙漿’或‘溶解級紙漿’`，其用作粘膠法的原料。溶解紙漿的特征在于高纖維素含量，約90%以上。如它們的名稱所示，它們在商業(yè)纖維素再生工藝所用的溶劑或膠狀物(dopes)中是可溶解的。
[0008]紙漿的另一類是‘非溶解紙漿’，其實例包括‘商品衆(zhòng)’或‘短纖漿’。這些在粘膠法或其他用于生產(chǎn)纖維素膜或纖維素成形產(chǎn)品的方法中具有有限的實用性，因為，如它們名稱所示，它們在常用的加工溶液或膠狀物中是不可溶的。因此，它們主要用于除纖維素再生之外的應(yīng)用。例如，所有短纖漿中超過80%用于生產(chǎn)嬰兒尿布。
[0009]與溶解紙漿相比，由于非溶解紙漿更低的成本，先前已在粘膠法中進(jìn)行利用非溶解紙漿的嘗試。然而，由于它們對所得粘膠溶液的性質(zhì)的有害作用，所以它們僅能以低比例使用，作為填充材料，不超過所用總紙漿的約5%至10%。
[0010]市售的非溶解紙漿的實例包括購自Fibria、UPM和ENCE的Pearl429(Weyerhauser)、Peach (Weyerhauser)> Fluff416(Weyerhauser)、Port WentworthSBSK (Weyerhauser)和 Bleached Eucalyptus 紙衆(zhòng)。
[0011]除它們的溶解性以外，非溶解紙漿與溶解紙漿在許多方面不同。例如，它們通常具有比溶解紙漿更高的半纖維素含量、更低的α -纖維素含量，為更不精制的，具有更高的聚合度(DP)和/或具有更低的品質(zhì)控制。[0012]本領(lǐng)域技術(shù)人員將知曉，通常實施的膠粘法包括步驟:將紙漿在苛性鈉中溶解或在荀性納中制衆(zhòng)，在荀性喊溶液中浸潰，用二硫化碳黃化纖維素，并在荀性喊水溶液中再溶解以形成粘膠。
[0013]粘膠通常被過濾并再過濾以使材料純度最大化，從而改進(jìn)產(chǎn)品品質(zhì)。然后采用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的技術(shù)使其形成所需形狀，例如通過狹縫或輥擠出以使形成一片膜，或通過噴絲板擠出以形成纖維狀材料。所形成的粘膠隨后與酸性鑄造液接觸以由粘膠再生纖維素。
[0014]擠出的纖維素膜也可以通過另外的輥和浴，從而清洗和軟化膜并獲得所需的光學(xué)和機械性能。
[0015]在某些應(yīng)用中，在浸潰和黃化步驟之間，浸潰的纖維素漿或溶液可進(jìn)行堿化，其中除去一部分苛性堿液體(例如通過壓制)來得到具有靶標(biāo)纖維素和碳酸鈉(soda)含量的堿性纖維素。該步驟的目的是改進(jìn)纖維素的性質(zhì)，主要通過降低其聚合度(DP)。
[0016]如果使非溶解紙漿進(jìn)行這些常規(guī)實施的步驟，則所得的粘膠溶液將會具有對于成膜/成形應(yīng)用而言不可接受的低過濾性。就是這種對粘膠溶液的過濾性的不良影響，妨礙了非溶解紙漿以高于總漿的約5重量％至10重量％的比例而用于粘膠法。
[0017]另一方面，被優(yōu)化以用于粘膠法的溶解紙漿可以用來生產(chǎn)具有高水平過濾性的粘膠液體。
[0018]可以采用很多不同的測試方法來測量過濾性。通過獲取對以五分鐘的間隔通過濾布的粘膠重量作圖而生成的曲線的斜率，計算阻塞常數(shù)(Rv)。
[0019]TVff是對三十分鐘內(nèi)過濾的粘膠的總量的測量。
`[0020]通常，Rv和TVW值越高，則粘膠品質(zhì)越高，因為它不會阻塞或堵塞濾布。
[0021]以秒測量的球沉降速度(BFV)，是對重0.13g+/-0.02g的鋼球下沉至深度為205mm的粘膠溶液樣品的底部所花費的時間的測量。
[0022]作為用于定量粘膠溶液品質(zhì)的替代技術(shù)，可以使用纖維計數(shù)法，其中測量溶液中剩余纖維的數(shù)量。
[0023]在本領(lǐng)域中仍然需要優(yōu)化粘膠法以使較低成本的非溶解紙漿用于纖維素加工方法中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0024]因此，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了生產(chǎn)纖維素膜或纖維素成形制品的方法，其包括步驟:將非溶解性含纖維素的紙漿浸潰于堿性液體中，用二硫化碳黃化浸潰的含纖維素的紙漿，將黃化的含纖維素的紙漿溶解于堿性液體中以形成粘膠溶液，并且由粘膠溶液鑄造纖維素膜或纖維素成形制品，其中使用以下優(yōu)化加工條件中的一個或多個:浸潰至少部分是在約30°C至約50°C的溫度下進(jìn)行的；浸潰是在堿濃度為約16重量％至約18重量％的堿性液體中進(jìn)行的；黃化是使用以存在的纖維素重量計約30%至約40%的二硫化碳而進(jìn)行的；黃化是在約20°C至約30°C的溫度下進(jìn)行的；溶解至少部分是在約10°C至25°C的溫度下進(jìn)行的；溶解產(chǎn)生了以溶液重量計堿濃度為約6%至約7%的粘膠溶液，和/或，溶解產(chǎn)生了以溶液重量計纖維素濃度為約8.5%至約9.5%的粘膠溶液。
[0025]有利地，本發(fā)明的優(yōu)化加工條件可以用于形成高品質(zhì)粘膠溶液，其適于由非溶解紙漿制備纖維素膜或纖維素成形制品。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的方法而生產(chǎn)的成形制品最優(yōu)選為纖維。還可以形成的其他產(chǎn)品包括繩索(ropes)、紗線、布或香煙濾嘴。這些其他產(chǎn)品可以直接由纖維素溶液形成，或可以由用纖維素溶液紡成的纖維形成。
[0027]為避免疑義，出現(xiàn)的另外的加工步驟可以并最有可能在步驟a)之前和/或在步驟a)至d)之間進(jìn)行。這樣的步驟將在以下更詳細(xì)地討論。將認(rèn)識到的是，這樣的步驟可以改變紙漿的外觀或性質(zhì)。因此，當(dāng)在步驟b)和c)中引用含纖維素的紙漿時，要理解的是，紙漿將不必是紙漿本身的形式，而可以是紙漿的經(jīng)加工的變體形式，例如由非溶解紙漿制備的漿液、溶液或碎屑。
[0028]如上所述，技術(shù)人員會理解非溶解紙漿表示何物。她/他會識別具有以下性質(zhì)中的一個或多個性質(zhì)的紙漿:與溶解漿相比，相對高的半纖維素含量(通常為約10%以上)、相對低的α-纖維素含量(通常為約90%以下，更通常為約83%至約89%)、更不精制的、相對高的聚合度(DP)(通常為約700至約1200)和/或具有相對低的品質(zhì)控制。
[0029]步驟a)之前，優(yōu)選進(jìn)行制漿或溶解步驟。該步驟包括在堿性液體(例如苛性堿溶液，通常包含諸如氫氧化鈉的堿金屬氫氧化物)中形成含纖維素的紙漿的溶液或漿液。常規(guī)地，與溶解紙漿一起使用的苛性堿溶液的濃度為18重量％至20重量％。溶液或漿液中纖維素的濃度通常為約2重量％至15重量％。
[0030]在步驟a)中，將纖維素的溶液或漿液浸潰于堿性溶液中一段時間。這使得堿性溶液滲透纖維素，導(dǎo)致部分形成纖維素堿鹽，例如鈉鹽。堿性液體通常為苛性堿溶液，通常包含諸如氫氧化鈉的堿金屬氫氧化物。
[0031 ] 常規(guī)地，與溶解紙漿一起使用的苛性堿溶液的濃度為18重量％至20重量％。溶液或漿液中纖維素的濃度通常為約2重量％至15重量％。浸潰通常進(jìn)行10分鐘至120分鐘并且溫度等于或大于約50°C。
[0032]在本發(fā)明的方法中可以使用這些方法條件中的一些條件。然而,令人驚訝地，已發(fā)現(xiàn)當(dāng)使非溶解紙漿暴露于更溫和的條件下時，可以獲得有利的結(jié)果。
[0033]因此，在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，步驟a)是通過將非溶解紙漿浸潰于16%至18%堿金屬氫氧化物的苛性堿溶液中而進(jìn)行的。在特別優(yōu)選的實施方案中，將非溶解紙漿浸潰于堿金屬氫氧化物濃度為約16.5重量％至約17.5重量％、約17.5重量％至約18重量％、約17重量％至約18重量％、約16.6重量％至約17.0重量％、或約17.2重量％至約17.8重量％的苛性堿溶液中。相同濃度的苛性堿溶液可用于上文所述的制漿或溶解步驟中。
[0034]還出人意料地發(fā)現(xiàn)在比常用溫度更低的溫度下浸潰非溶解紙漿產(chǎn)生了可用于形成具有改進(jìn)性能的粘膠溶液的堿性纖維素。因此，在本發(fā)明優(yōu)選的實施方案中，浸潰至少部分地在約30 V至約50 °C、約35 °C至約48 °C、約35 °C至約45 V、約38 V至約42 °C、或約40 V至約48 °C的溫度下進(jìn)行。
[0035]已發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的可以用于生產(chǎn)具有良好過濾性的粘膠溶液的優(yōu)選浸潰條件，與同溶解紙漿一起使用的常規(guī)浸潰條件相比，可以導(dǎo)致從纖維素紙漿中除去更少的半纖維素。以前認(rèn)為應(yīng)當(dāng)從紙漿中 除去最大可能量的半纖維素以使所得的粘膠溶液的過濾性最大化。然而，已出人意料地發(fā)現(xiàn)，盡管應(yīng)從紙漿中除去大比例的天然半纖維素，但保留少量似乎實際上有助于所得的粘膠溶液的品質(zhì)。[0036]因此，在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，以存在的纖維素總量的重量計，形成于步驟(c)的粘膠溶液優(yōu)選包含0.1%至約1.0%、約0.8%、約0.6%或約0.5%的半纖維素。
[0037]在常規(guī)實施的粘膠法中，可以將錳添加至浸潰液中以降低纖維素紙漿的DP。通常添加40ppm至500ppm的量(以混合物的重量計)。在本發(fā)明的方法中可以以相同的方式使用錳。
[0038]一種或多種浸潰添加劑可以存在于或被添加至本發(fā)明的方法所使用的含纖維素的漿液或溶液中。這些通過使纖維素結(jié)構(gòu)保持開放而發(fā)揮作用，并且技術(shù)人員將會熟知這樣的材料?？梢允褂玫慕⑻砑觿┑膶嵗ǜ视秃?或烷氧基化醇，特別是乙氧基化醇。這些可以在本發(fā)明的任何步驟中被添加至溶液或漿液，最優(yōu)選在步驟a)和/或進(jìn)行的任意制漿或溶解步驟中。特別優(yōu)選的浸潰添加劑的實例是BeiO1388。在使用時，諸如Bero1388的浸潰添加劑優(yōu)選的添加量以纖維素重量計為約0.1%至約5.0%、約0.5%至約5%、約1%至約4%、或約0.5%至約2%ο
[0039]另外地或可選地，一種或多種膨脹劑可以存在于或被添加至本發(fā)明所加工的漿液或溶液中。優(yōu)選地，在步驟a)和/或進(jìn)行的任意制漿或溶解步驟中將一種或多種膨脹劑添加至漿液或溶液?？梢栽诒景l(fā)明方法中使用的膨脹劑的具體實例包括丙二醇、聚乙二醇、聚乙烯醇或聚丙烯酸酯。
[0040]在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，在開始步驟b)之前，可以使包含纖維素的漿液或溶液進(jìn)行排水步驟(以除去過量的堿性液體，例如通過壓制)、破碎和/或老化步驟。如果進(jìn)行，則排水步驟和/或破碎步驟將優(yōu)選地產(chǎn)生纖維素碎屑產(chǎn)物。
[0041]從進(jìn)行的任意排水步驟獲得的堿性纖維素產(chǎn)物優(yōu)選包括約32%以下的纖維素和/或約16%以下的堿性物質(zhì)(最優(yōu)選為堿金屬氫氧化物，例如氫氧化鈉)。
[0042]常規(guī)地，通過在30°C以上的溫度下使由溶解紙漿形成的堿性纖維素與26%至29%的二硫化碳(以存在的纖維的重量計)接觸來實現(xiàn)黃化。例如，可以將堿性纖維素添加至引入氣態(tài)二硫化碳、液態(tài)二硫化碳或二硫化碳水溶液的攪乳器(攪乳器黃化)。
[0043]之前就已發(fā)現(xiàn)使用更多量的二硫化碳是有問題的，因為已發(fā)現(xiàn)三硫代碳酸鈉(其為二硫化碳與苛性堿溶液之間的反應(yīng)的不期望的副產(chǎn)物)的形成速率提高，特別是當(dāng)在升溫下進(jìn)行黃化時。
[0044]盡管非溶解性纖維素紙漿(或由此類紙漿形成的碎屑、漿液或溶液)在本發(fā)明的方法中進(jìn)行的黃化步驟中可以經(jīng)歷一些常規(guī)加工條件，但已出人意料地發(fā)現(xiàn)當(dāng)調(diào)整常規(guī)加工條件時獲得了最佳結(jié)果。
[0045]更具體地，如果非溶解性纖維素紙漿或由此類紙漿形成的碎屑、漿液或溶液進(jìn)行黃化步驟，則其優(yōu)選在約30°C以下、更優(yōu)選在約20°C至約30°C、約22°C至約28°C、約24°C至約26°C、或約25°C至約30°C的溫度下進(jìn)行。
[0046]另外地或可選地，所述紙漿、碎屑、漿液或溶液優(yōu)選與以存在的纖維素的重量計約30%以上的二硫化碳接觸，更優(yōu)選與約30%至約40%、約30%至約35%的二硫化碳、約32%至約38%的二硫化碳、或約34%至約38%的二硫化碳接觸。已出人意料地發(fā)現(xiàn)增加在黃化期間使用的二硫化碳量降低了由黃化纖維素形成的粘膠溶液的粘度。
[0047]在本發(fā)明方法的步驟c)中，通過將非溶解紙漿(或由其制備的碎屑、漿液或溶液)溶解于堿性液體(例如苛性堿溶液，通常包含堿金屬氫氧化物，例如氫氧化鈉)中而實現(xiàn)溶解。液體優(yōu)選為含水的。
[0048]優(yōu)選使用會產(chǎn)生纖維素含量(CIV)為約5%至15%、約5%至13%、約5%至約10%、或約7%至約10%和/或苛性堿含量(SIV)為約2%至約10%、約4%至約8%、約5.5%至約
7.5%、或約6%至約7%的粘膠溶液的堿性液體的量和濃度。 [0049]溶解優(yōu)選在約10°C至約25°C、約15°C至約20°C、約18°C至約22°C或約16°C至約18°C的溫度下進(jìn)行。
[0050]在本發(fā)明的方法中，可以進(jìn)行堿化步驟。這將優(yōu)選在浸潰之后和/或黃化之前進(jìn)行。堿化步驟的目的是改善紙漿中所含的纖維素的性質(zhì)，例如，通過降低纖維素的聚合度。
[0051]如作為粘膠法的一分部而常規(guī)實施的，堿化步驟包括從溶解性纖維素紙漿于堿性液體中的漿液或溶液除去一部分堿性液體(并且任選地添加新鮮的堿性液體)，從而得到靶標(biāo)纖維素含量和/或靶標(biāo)堿或碳酸鈉含量，例如至少約33%的纖維素和/或至少約16%的堿。
[0052]可選地，在本發(fā)明方法中，不同的靶標(biāo)纖維素和/或堿含量可為優(yōu)選的。更具體地，在本發(fā)明的優(yōu)選方案中，堿性纖維素產(chǎn)物最佳包含約32%以下的纖維素和/或約16%以下的堿性物質(zhì)(最優(yōu)選為堿金屬氫氧化物，例如氫氧化鈉)。
[0053]在本發(fā)明的可選實施方案中，堿化步驟可以排除在所述方法外。在本發(fā)明的一個實施方案中，將經(jīng)浸潰步驟(步驟a)的含纖維素的漿液或溶液冷卻以防止堿化發(fā)生。例如，可以使溶液或混合物冷卻至約50°C以下、約40°C以下、約30°C以下的溫度、或最優(yōu)選地至約25°C以下的溫度。
[0054]由根據(jù)本發(fā)明方法而加工的紙漿形成的粘膠溶液優(yōu)選地具有至少400、更優(yōu)選至少500、至少600、或至少700的K值。
[0055]另外地或可選地，由根據(jù)本發(fā)明方法而加工的紙漿形成的粘膠溶液優(yōu)選地具有以下特性中的一個或多個:Rv為約200以上、更優(yōu)選約500以上，TVW為約100以上，以及纖維支數(shù)為約100個纖維/克以下、或更優(yōu)選20個纖維/克以下。
[0056]一般而言，由于作為本發(fā)明的一部分而實施的有利且優(yōu)化的條件，可以制備完全由非溶解紙漿形成的粘膠溶液。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員可能仍希望由溶解和非溶解紙漿的混合物生產(chǎn)粘膠溶液。因此，在本發(fā)明的優(yōu)選方法中，本發(fā)明方法中使用的紙漿的至少約15%將會是非溶解紙漿。換言之，于步驟(a)中浸潰的和/或于步驟(C)中形成的粘膠溶液中存在的和/或于步驟(d)中鑄造纖維素膜或纖維素成形制品所用的粘膠溶液中存在的纖維素的至少約15%將會由非溶解紙漿獲得。
[0057]在更優(yōu)選的實施方案中，于步驟(a)中浸潰的和/或于步驟(C)中形成的粘膠溶液中存在的和/或于步驟(d)中鑄造纖維素膜或纖維素成形制品所用的粘膠溶液中存在的纖維素的至少約25%、約50%、約70%、約90%、約95%、或甚至約98%將會由非溶解紙漿獲得。
[0058]本發(fā)明的方法進(jìn)一步包括從粘膠溶液鑄造纖維素膜或纖維素成形制品的步驟。用于此的技術(shù)將是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的。
[0059]例如，在本發(fā)明的某些優(yōu)選實施方案中，當(dāng)鑄造纖維素膜時，可以使用常規(guī)鑄造技術(shù)，其中溶液通過狹縫擠出以形成所需形狀。然后將擠出的材料與鑄造液接觸，例如通過將其供給入鑄造浴中。
[0060]擠出的纖維素膜也可以通過另外的輥和浴以清洗和軟化膜，并且以獲得所需的光學(xué)和機械性質(zhì)。
[0061]在其他優(yōu)選的實施方案中，當(dāng)成形制品為纖維素纖維時，那些纖維優(yōu)優(yōu)選通過經(jīng)由噴絲板擠出纖維素溶液而形成，從而生產(chǎn)纖維狀材料。然而，可以使用任何纖維形成技術(shù)和設(shè)備。
[0062]同樣地，在本發(fā)明的實施方案中，當(dāng)由纖維素溶液制備纖維成形制品而非纖維時，可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的常規(guī)技術(shù)使纖維素溶液模制，形成或成形為所需的配置。
[0063]此外，在其中由從纖維素溶液制成的纖維來形成纖維素制品的實施方案中，纖維素纖維可使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何技術(shù)而轉(zhuǎn)化成那些制品。
[0064]隨后，成形的纖維素溶液優(yōu)選轉(zhuǎn)移至包含鑄造液的鑄造浴中。
[0065]為了使根據(jù)本發(fā)明方法制備的粘膠溶液的品質(zhì)最大化，除浸潰、黃化溶解和鑄造以外，可以使其中所用的含纖維素的紙漿進(jìn)行一種或多種處理步驟。
[0066]例如，可以使含纖維素的紙漿進(jìn)行電子束處理。使用電子束輻射來處理含纖維素的紙漿是已知的，并且已經(jīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)過程多年。通常通過將紙漿層或片傳送至固定電子束源附近(例如使用輸送器)來進(jìn)行用電子束輻射的紙漿處理。
[0067]電子束輻射可以從任何數(shù)量的位置發(fā)射，例如從一個、兩個、三個、四個、五個或六個位置發(fā)射。然而，在本發(fā)明的優(yōu)選方面中，電子束輻射從兩個位置發(fā)射，最優(yōu)選地，從紙漿的上方和下方發(fā)射。電子束輻射可以從單一的、固定的或可移動的電子束源發(fā)射，或者從多個可以獨立地為固定或可移動的電子束源發(fā)射。從多個位置的電子束輻射的發(fā)射可以是同時的或順序的。
[0068]優(yōu)選地，非溶解紙漿所暴露的電子束輻射的電壓將相同于或低于常規(guī)電子束處理方法所用的電壓。例如，從一個、一些或所有位置發(fā)射的電子束輻射將為約IOmeV以下、約5meV以下、約1.5meV以下、約1.0meV`以下、約800keV以下、約600keV以下、約500keV以下、約400keV以下、約300keV以下、約250keV以下、或甚至約200keV以下。
[0069]本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何能夠發(fā)射所需的輻射的電壓和劑量的電子束發(fā)射設(shè)備都可以用于本發(fā)明的方法中。
[0070]例如，可以使用能夠在750keV至1.5meV的電壓下遞送電子束輻射劑量的中壓裝置。使用此類裝置的處理服務(wù)由許多公司提供，例如AquaMed。這樣的設(shè)備是有利的，因為紙漿加工速度(即處理速度)為高的。
[0071]另外地或可選地，可以使用低壓裝置。此類裝置通常用于涂敷固化系統(tǒng)，并且此類設(shè)備的實例至少在UK由PCT Engineering Systems提供。該設(shè)備能夠在高至300keV的電壓下遞送電子束輻射的簾式束劑量。束寬是可調(diào)的，取決于要處理的紙漿面積，并且以可接受水平的一致性來實現(xiàn)處理。由于相對低壓的電子束輻射的發(fā)射，所以需要最小限度的屏蔽，使得設(shè)備更可操作地用于從多個位置處理紙漿和/或用于同時和/或順序地使用不同位置的多個所述裝置來處理紙漿，而對使用者的健康不具任何風(fēng)險。
[0072]在某些實施方案中，優(yōu)選的是，用來自不同位置的等量的電子束輻射處理非溶解紙漿。然而，在可選的方案中，從不同位置發(fā)射的輻射量變化了約IOOkeV以下、約SOkeV以下、約60keV以下、約50keV以下、約40keV以下、約30keV以下、約20keV以下、約IOkeV以下，或約5keV以下。
[0073]紙漿所暴露的電子束輻射的總劑量可以改變。在本發(fā)明的優(yōu)選方面中，將紙漿暴露于以下劑量的電子束福射，所述劑量約為約0.5mRad至約5.0mRad(約5kgy至約50kgy)、約 1.0mRad 至約 4.0mRad(約 IOkgy 至約 40kgy)、約 1.5mRad 至約 3.5mRad(約 15kgy 至約35kgy)、約 2.0mRad 至約 3.0mRad(約 20kgy 至約 30kgy)、或約 1.0mRad 至約 2.0mRad(約IOkgy至約20kgy)。在其中將紙漿供給經(jīng)過電子束以使紙漿暴露于輻射的實施方案中，可以控制供給速度以確保給予靶標(biāo)劑量。
[0074]非溶解紙漿所暴露的輻射的劑量和電壓可以根據(jù)要處理的紙漿的來源、密度、面積、厚度和/或重量而改變。根據(jù)本發(fā)明而處理的紙漿的厚度可以為約0.1_、約0.5_、約
1.0_、約5.0_、或10.0mm至約100mm、約50_、約20_、約15_、或約10mnin在本發(fā)明方法中所處理的紙衆(zhòng)的重量可以為約200g/m2、約400g/m2、約600g/m2、或約700g/m2至約2000g/m2、約 1500g/m2、約 1200g/m2、約 1000g/m2、或約 800g/m2。
[0075]非溶解紙漿可以連續(xù)地(例如，通過使用輸送裝置)或間歇地暴露于電子束輻射。
[0076]經(jīng)處理的紙漿優(yōu)選具有約600以下、約500以下、約400以下、或最優(yōu)選約300以下的聚合度。這相對于未處理的非溶解紙漿的聚合物(其通常為約800至1400)構(gòu)成了顯著的改善。令人驚訝地，可以使用比常規(guī)使用的輻射顯著更低的輻射的電壓和/或劑量來獲得這些有利的結(jié)果。
[0077]另外地或可選地，存在有本發(fā)明方法中使用的紙漿可以進(jìn)行的其他處理步驟。
[0078]例如，在短纖漿的情況中，這些可以以片狀形式供應(yīng)，并且可以期望使它們起毛(fluff)或粉碎，例如使用高剪切混和器。
[0079]另外地或可選地，紙漿可以進(jìn)行干燥步驟，例如通過將其置于烘箱并加熱至例如約40°C至100°C的溫度。
[0080]作為其他處理步驟，可以將紙漿分層。
[0081]在本發(fā)明的優(yōu)選實施方`案中，使紙漿進(jìn)行降低的溫度處理。不希望受限于理論，應(yīng)確信通過使紙漿暴露于低溫，木紙漿的纖維特性被破壞，可能破壞了氫鍵結(jié)合并使纖維素纖維更易得到。
[0082]降低的溫度處理通過使紙漿暴露于低溫而實現(xiàn)，例如0°C以下、_50°C以下、_100°C以下、-150°C以下或_180°C以下。
[0083]降低的溫度處理可以通過將紙漿儲存或保持在低溫環(huán)境、例如工業(yè)用冷凍庫中而實施。另外地或可選地，可以將紙漿暴露于低溫劑中，例如低溫液體，如液氮、液氦、液氫、液氧、液氖或它們的混合物。如果使用液體低溫劑，優(yōu)選使紙漿浸透和/或浸沒在其中。
[0084]在優(yōu)選方案中，降低的溫度處理的持續(xù)時間為約60分鐘以下、更優(yōu)選約30分鐘以下、約20分鐘以下、或約15分鐘以下。
[0085]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了根據(jù)本發(fā)明第一方面的方法獲得的纖維素膜或纖維素成形制品。
[0086]為避免任何疑義，在適當(dāng)?shù)那闆r下，以上討論的對本發(fā)明第一方面的特征的參考任選地適于本發(fā)明第二方面的產(chǎn)品。
[0087]現(xiàn)在，將在以下實施例中闡述本發(fā)明，所述實施例表明本發(fā)明的優(yōu)化粘膠加工條件可以用于由非溶解紙漿生產(chǎn)高品質(zhì)粘膠溶液。
實施例[0088]實施例1:優(yōu)化浸潰條件一浸潰液的NaOH濃度
[0089]研究了用于浸潰含纖維素的紙漿的堿性液體的濃度影響。在50°C下，將軟木材溶解紙漿浸潰于濃度為18.3重量％和17.5重量％的氫氧化鈉溶液中30分鐘。采用常規(guī)的加工條件將所得的衆(zhòng)液堿化處理(mercerized)、黃化和溶解。
[0090]所得粘膠溶液具有以下性質(zhì):
[0091]表1:
[0092]
【權(quán)利要求】
1.用于生產(chǎn)纖維素膜或纖維素成形制品的方法，其包括步驟: a.將非溶解性含纖維素的紙漿浸潰于堿性液體中， b.用二硫化碳黃化所述浸潰的含纖維素的紙漿， c.將所述黃化的含纖維素的紙漿溶解于堿性液體中以形成粘膠溶液，以及 d.由所述粘膠溶液鑄造纖維素膜或纖維素成形制品， 其中使用以下優(yōu)化加工條件中的一個或多個: ?浸潰至少部分地是在約30°C至約50°C的溫度下進(jìn)行的， ?浸潰是在堿濃度為約16重量％至約18重量％的堿性液體中進(jìn)行的， ?黃化是使用以存在的纖維素的重量計約30%至約40%的二硫化碳進(jìn)行的， ?黃化至少部分地是在約20°C至約30°C的溫度下進(jìn)行的， ?溶解至少部分地是在約10°C至25°C的溫度下進(jìn)行的， ?溶解產(chǎn)生以溶液重量計，堿濃度為約5.5%至約7.5%的粘膠溶液，和/或 ?溶解產(chǎn)生以溶液重 量計，纖維素濃度為約8.5%至約9.5%的粘膠溶液。
2.如權(quán)利要求1所述的方法,其中浸潰是在堿濃度為約16.5重量％至約17.5重量％的堿性液體中進(jìn)行的。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中浸潰至少部分地是在約40°C至約48°C的溫度下進(jìn)行的。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其中浸潰至少部分地是在約35°C至約45°C的溫度下進(jìn)行的。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的方法，其中浸潰是在基本不含錳的漿液或溶液中進(jìn)行的。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的方法，其中浸潰是在含有浸潰添加劑的漿液或溶液中進(jìn)行的。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述浸潰添加劑為乙氧基化醇。
8.如權(quán)利要求6或7所述的方法，其中所述浸潰添加劑為Berol388。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項所述的方法，其中在黃化之前，使所述含纖維素的紙漿或由其制備的漿液或溶液進(jìn)行排水步驟、破碎步驟和/或老化步驟中的一個或多個步驟。
10.如權(quán)利要求1至9中任一項所述的方法，其中黃化是使用以存在的纖維素的重量計，約32%至約38%的二硫化碳進(jìn)行的。
11.如權(quán)利要求1至10中任一項所述的方法，其中以溶液的重量計，步驟c)制備的所述粘膠溶液的纖維素含量為約5%至約10%。
12.如權(quán)利要求1至11中任一項所述的方法,其中溶解至少部分地是在約15°C至約20°C的溫度下進(jìn)行的。
13.如權(quán)利要求1至12中任一項所述的方法，其中在完成步驟a)時，將所述漿液或溶液的溫度降低以防止堿化發(fā)生。
14.如權(quán)利要求1至13中任一項所述的方法，其中在步驟c)中形成的粘膠溶液具有以下中的一個或多個=Rv為約200以上、TVW為約100以上和/或纖維支數(shù)為約100個纖維/克以下。
15.如權(quán)利要求1至14中任一項所述的方法，其中在步驟c)中形成的粘膠溶液具有以下的一個或多個=Rv為約500以上和/或纖維支數(shù)為20個纖維/克以下。
16.如權(quán)利要求1至15中任一項所述的方法，其中在步驟c)中形成的粘膠溶液的K值為至少約400。
17.如權(quán)利要求1至16中任一項所述的方法，其中在步驟c)中形成的粘膠溶液的K值為至少約600。
18.如權(quán)利要求1至17中任一項所述的方法，其中在步驟a)之前，使所述紙漿進(jìn)行選自電子束輻射、起毛、破碎、干燥、分層和/或降低的溫度處理的一個或多個另外的處理步驟。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中電子束輻射包括使非溶解性含纖維素的紙漿暴露于電子束輻射。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述電子束輻射源自多個位置。
21.如權(quán)利要求19或20所述的方法，其中電子束輻射是從兩個位置發(fā)射的。
22.如權(quán)利要求19至21中任一項所述的方法，其中電子束輻射是從所述紙漿之上和之下的位置發(fā)射的。
23.如權(quán)利要求19至22中任一項所述的方法，其中在所述多個位置中的一個或多個位置發(fā)射的電子束福射的電壓為約1.5meV以下。
24.如權(quán)利要求19至23中任一項所述的方法，其中在所述多個位置中的一個或多個位置發(fā)射的電子束福射的電壓為約500keV以下。
25.如權(quán)利要求20至24中任一項所述的方法，其中從所述多個位置發(fā)射的電子束輻射的電壓的變化為約50keV以下。
26.如權(quán)利要求19至25中任一項所述的方法，其中所述紙漿暴露的電子束輻射的劑量為約 0.5mRad 至約 5.0mRad。
27.如權(quán)利要求19至26中任一項所述的方法，其中所述紙漿暴露的電子束輻射的劑量為約 1.5mRad 至約 3.5mRad。
28.如權(quán)利要求19至27中任一項所述的方法，其中所述紙漿的厚度為約0.1mm至約IOOmm0
29.如權(quán)利要求19至28中任一項所述的方法，其中所述紙漿的重量為約200g/m2至約1200g/m2。
30.如權(quán)利要求19至29中任一項所述的方法，其中，在暴露于電子束輻射之后，所述紙漿的平均聚合度為約500以下。
31.如權(quán)利要求19至30中任一項所述的方法，其中，在暴露于電子束輻射之后，所述紙漿的平均聚合度為約400以下。
32.如權(quán)利要求1至31中任一項所述的方法，其中于步驟(a)中浸潰的和/或于步驟(C)中形成的溶液中存在的和/或于步驟(d)中鑄造所述纖維素膜或所述纖維素成形制品的溶液中存在的纖維素的至少約15%是由經(jīng)處理的非溶解紙漿獲得的。
33.如權(quán)利要求1至32中任一項所述的方法，其中于步驟(a)中浸潰的和/或于步驟(C)中形成的溶液中存在的和/或于步驟(d)中鑄造所述纖維素膜或所述纖維素成形制品的溶液中存在的纖維素的至少約50%是由經(jīng)處理的非溶解紙漿獲得的。
34.如權(quán)利要求1至33中任一項所述的方法，其中于步驟(a)中浸潰的的和/或于步驟(C)中形成的溶液中存在的和/或于步驟(d)中鑄造所述纖維素膜或所述纖維素成形制品的溶液中存在的纖維素的至少約90%是由經(jīng)處理的非溶解紙漿獲得的。
35.如權(quán)利要求1至34中任一項所述的方法，其中所述成形制品為纖維。
36.如權(quán)利要求1至34中任一項所述的方法，其中所述成形制品為繩索、紗線、布或香煙過濾嘴。
37.如權(quán)利要求35所述的方法，其還包括使步驟d)中鑄造的纖維素纖維形成制品的步驟。
38.如權(quán)利要求37所述的方法，其中所述制品為繩索、紗線、布或香煙過濾嘴。
39.由權(quán)利要求1至38中任一項所述的方法獲得的纖維素成形制品。
40.由權(quán)利要求1至3 4中任一項所述的方法獲得的纖維素膜。
【文檔編號】C08J5/02GK103562277SQ201280024609
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2012年5月18日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月20日
【發(fā)明者】馬丁·理查德·科克羅夫特, 盧克·費希爾 申請人:伊諾維亞薄膜有限公司