[发明专利]新的纸浆和制浆方法

说明书

发明领域

本发明涉及新的纸浆，它是由在微波辐照下在四烷基铵盐水溶液内搅拌下得到的木质纤维素材料。本发明还涉及木质纤维素材料的制浆方法和软化木质纤维素材料的方法。

背景技术

纸浆

纸浆是生产纸张、纸板、纤维板和类似的制造产品的原料。其纯化形式是人造丝、纤维素或者其他纤维素衍生产品的纤维素来源。

由植物纤维获得纸浆，因此它是可再生的资源。自从最早的巴比伦和埃及文明以来，纤维植物一直被用作用于书写材料的资源，例如纸莎草。造纸(它是由分离的纤维再粘结形成内聚的片材)的起源归因于在105AD时期中国的蔡伦，它使用竹子、桑树皮和破布。直到1800年代中期，商业上才使用木材作为造纸资源。当今使用的主要木材制浆方法，例如粉碎木材、苏打、SO2或亚硫酸盐和硫酸盐或牛皮纸法分别在1844、1853、1866和1870年开发。由于它们的发展，因此基本的方法被改性并改变，且该技术被高度改善。

对于大多数工业来说，二十世纪七十年代的环境和能量的担心影响了纸浆和造纸厂操作的巨大变化，以及许多努力致力于开发能量最有效且最清洁的生产方法。在大多数情况下，短期的实践结果成为增加的方法，例如洗涤器、沉淀器、存储池(holding pond)等，它们最小化流出液的排放。其他趋势是，通过改性粉碎木材方法，改进纸浆质量，增加使用高产率的纸浆，在收割和切片中使用更多的树木，和消除或最小化在制浆中的巨大的含硫化合物以及来自漂白的有毒和腐蚀性氯化合物。

在制浆工艺之前，通过收割、去皮、切片和筛选工艺处理木材。用于制浆的切片目的是降低木材到允许加工的化学品渗透并扩散且没有过度切割或损坏纤维的尺寸。约20mm长的碎片容易自由流动且可气动或者在皮带上运输，然后成堆或在储藏室内储存。Kirk-Othmer，Encyclopedia of Chemical Technology，第3版，第379-391页。

本发明的纸浆可细分为机械纸浆和化学纸浆。

所述机械纸浆细分为粉碎木浆、热机械纸浆(TMP)和化学热机械纸浆(CTMP)。通过贴着润湿的旋转砂轮挤压湿润的木材，其中木材的轴平行于轮子的轴，从而制备粉碎木浆。在中间的粉碎区内的温度可以是180-190℃。水的运动和纸浆的除去控制并耗散热量，从而防止木材焦化。在这一处理之后，粉碎木浆除了含有单独的纤维以外，还含有显著比例(70-80wt％)的纤维束、破碎纤维和微粒。纤维基本上是具有最初完整的细胞壁木质素的木材。因此它们非常坚硬和庞大，且没有象化学纸浆纤维一样坍塌。由于以约95％的产率获得粉碎木浆，因此其成本相对低。除了木材的主要直接成本是电力，为约49-75kJ(11，7-17，9kcl)/吨标准纸张等级。

通过将木片预洗蒸到110-150℃，以便使它们可延展，从而制备热机械纸浆(TMP)。当它被加热到湿木质素的玻璃化转变点以上的温度时，发生木材的热塑化。当这些木片在磨浆机内在高稠度下纤维化时，全部单独的纤维被释放；在中间的薄层内发生分离，并由细胞壁的S1层产生带状(ribbonlike)材料。纤维化含量取决于磨浆条件且对于纸浆性能来说是关键的。这一材料具有高的光散射系数，但它低于粉碎木材，且具有高的柔性，得到与纸张良好的粘结和表面光滑度。长纤维的增加比例改进TMP纸浆的撕裂性能，但在这一部分内的纤维坚硬且对粘结很少有贡献。与粉碎木浆相比，纤维碎纤维化要少得多。

以TMP相同方式制备化学热机械纸浆(CTMP)，但预处理碎片用亚硫酸钠在pH9-10下温和处理。在该方法中，用蒸汽加热到130-170℃的化学品浸渍碎片，随后磨浆。产率为90-92％，比TMP低2-3％。与相当的热机械纸浆相比，CTMP纸浆具有较大的长纤维分数和较低的微粒部分。完整的纤维比TMP纤维柔性更大，因此获得更好的shhet形成和粘结性能。据报道CTMP制浆尤其适合于高密度硬木制浆。

在化学制浆中，从中间薄片中溶解足够的木质素，允许在很少机械作用(如果有的话)下分离纤维。然而，一部分细胞壁木质素保留在纤维内，并尝试在蒸煮过程中除去它导致纸浆过度降解。为此，约3-4wt％的木质素通常残留在硬木化学纸浆内，和4-10wt％残留在软木化学纸浆内。如果要制造完全脱木质素的纸浆的话，则随后通过在单独的加工中除去木质素。