[发明专利]有机溶解制浆方法和γ内酯在用于有机溶解制浆的溶剂中的用途

说明书

发明领域

本发明提供了有机溶解制浆的方法和γ内酯在用于有机溶解制浆的溶剂中的用途。

发明背景

最广泛使用的纸浆制造工艺是Kraft工艺。然而，Kraft制浆工艺的重要缺点是生成大量的包括有害组分的无机废流。为了避免无机废料的生成，已经提出并研究了有机溶解制浆作为Kraft制浆的备选方案。在有机溶解制浆中，在包括有机化合物和任选的水的溶剂中加热木素纤维素材料，以溶解更大部分的半纤维素和木素并得到高质量的、高分子量的适合于造纸的纤维素。通过简单的蒸馏将该溶剂与溶解的半纤维素和木素分离用于再循环。用于有机溶解制浆的公知的溶剂包括有机化合物，例如：低级脂族醇例如甲醇或乙醇、低级羧酸例如甲酸或乙酸、丙酮、多元醇例如乙二醇或甘油、或它们的混合物。通常水是所述溶剂的一部分，一般水的量多至50wt％。可向所述溶剂中加入少量的强无机酸作为催化剂，一般为十分之几至百分之几。可向所述溶剂中加入氧化剂例如过氧化氢或过氧酸可改进漂白。

有机溶解制浆一般在80-180℃下实施。操作压力主要取决于溶剂的挥发度。压力应该使溶剂仍处于液相。一般地，有机溶解制浆在刚好低于液体的沸腾温度下进行。使用相对挥发的溶剂的缺点是需要相对高的操作压力。

在E.Muurinen，“Organosolv Pulping-A review anddistillation study related to peroxyacid pulping”，Universityof Oulu，Finland，2000，ISBN 951-42-5661-1中给出了现有技术中有机溶解工艺的详尽的评述。

发明概述

已经发现，具有γ内酯基团的化合物可非常合适地用作有机溶解制浆的溶剂或溶剂的一部分。

因此，本发明提供了有机溶解制浆的方法，其中在50-210℃下在溶剂中加热固体木素纤维素原料以得到占原料中所存在的纤维素的至少50wt％的固体纤维素部分和液体部分，其中所述溶剂包括至少10wt％的符合通式(1)的化合物，

其中R₁-R₆各自独立地代表氢原子或与内酯基团的碳原子连接的有机基团。

另一方面，本发明提供了符合通式(1)的化合物在用于有机溶解制浆的溶剂中的用途。

对于有机溶解制浆来说，在溶剂中使用具有γ内酯基团的化合物的重要的优点是它具有相对高的沸点和因此有机溶解制浆可在相对低的压力下实施。

本发明的方法和用途的其它优点是符合分子式(1)的化合物是极性的和相对惰性的。因此，它是有效的有机溶解溶剂，它难以与木素纤维素原料或与在有机溶解工艺过程中生成的组分生成反应产物。

发明详述

本发明的方法是用于有机溶解制浆的方法，其中在包括至少10wt％的具有γ内酯基团的化合物的溶剂中加热固体木素纤维素原料以得到固体纤维素部分和液体部分。该液体部分含有所述溶剂和溶解的半纤维素和木素分解产物。有机溶解制浆的目标是得到适合于造纸的高质量的固体纤维素部分或纤维素浆。因此，根据温度、压力、加热时间和所用的溶剂来选择正确的工艺条件，使得更大部分的纤维素保持完整，即，没有被解聚并溶解在液体部分中。在本发明的方法中，至少50wt％的存在于原料中的纤维素被回收在所述固体纤维素部分中，优选至少60wt％，更优选至少80wt％。可例如通过对材料的样品进行水解然后对糖进行鉴定和定量(根据TAPPI方法T249cm-00由气相色谱法鉴定和定量)来确定原料和所得到的固体纤维素部分的纤维素含量。通过减去衍生自存在于样品中的葡甘露聚糖的葡萄糖部分对葡萄糖值进行校正之后，由校正过的葡萄糖值计算纤维素含量。

优选地，所得到的固体纤维素部分的平均聚合度至少为300。本文所称的纤维素的平均聚合度是指重均聚合度。可例如根据TAPPI方法T230om-04测量已知浓度的纤维素部分的溶液的粘度来确定聚合度。

优选地，在本发明的有机溶解工艺中，从原料中除去至少50wt％的木素纤维素原料中的木素，更优选至少80wt％。

在溶剂中在有机溶解工艺典型的温度(即，50-210℃，优选100-200℃，更优选80-180℃)下加热木素纤维素原料。

在本发明的方法中使用的溶剂包括至少10wt％的具有γ内酯基团的化合物，即符合通式(1)的化合物。优选地，所述溶剂包括至少20wt％的这种化合物，更优选至少50wt％，甚至更优选至少80wt％，wt％基于所述溶剂的总重量。