[发明专利]纤维素-木质素纸浆的处理方法

说明书

背景技术

本发明一般涉及纤维素-木质素材料的处理方法和特别是纤维素-木质素纸浆例如木纸浆的处理方法。

木材含有两种主要组分：纤维性纤维素部分和非纤维性木质素部分。形成纤维性纤维素部分的聚合链是彼此排列且与相邻的链形成坚固的缔合键。木质素是键合纤维素纤维的三维聚合材料且还分布在纤维本身之内。

木材在造纸厂里被转换成纸浆供使用。纸浆包含能够被浆料化或者被悬浮的木材纤维，然后沉积在筛网上形成一张纸。有两种主要类型的制浆技术：机械制浆和化学制浆。在机械制浆中，木材被物理地分成单纤维。在化学制浆中，木片用化学溶液蒸煮以溶解部分木质素，并从而将其除去。通常使用的化学制浆方法包括：(a)硫酸盐法制浆，(b)亚硫酸盐法制浆，和(c)苏打法制浆。硫酸盐法制浆是最普遍使用的，且包括在氢氧化钠和硫化钠的水溶液里蒸煮木片。通常将在制浆方法中所产生的木纸浆分离成纤维性料(mass)并洗涤。

在制浆工艺之后木纸浆是深颜色的，原因是木纸浆中含有蒸煮期间没有除去的残余木质素，在制浆过程中所述残余木质素已经被化学改性而形成发色基团。为了减轻纸浆的颜色以便使它适合于白纸的生产，需要通过使用脱木质素材料和通过采用漂白将任何残余木质素化学转化成无色化合物而除去残余木质素。

通常，木纸浆的脱木质素和漂白是用元素氯进行的。尽管氯是非常有效的漂白剂，但是来自氯漂白工艺的排放物含有大量的作为这些工艺产生的副产物而产生的氯化物。这些氯化物容易腐蚀加工设备，因此要求在漂白设备的结构中使用昂贵的材料。另外，担心排放物中的氯化有机物的潜在性环境影响。

为了避免这些缺点，造纸工业已经尝试减少或者消除元素氯用于木纸浆的脱木质素和漂白中。在这方面，已经进行了努力以开发漂白工艺，在该漂白工艺中含氯试剂被替换，例如被为了漂白纸浆的氧替换。氧的使用确实使得使用的元素氯的量大幅度减少。然而，对于用元素氯遇到的问题，氧的使用常常不是完全满意的技术方案。氧不是与元素氯一样的选择性的脱木质素试剂，它不仅对纸浆进行脱木质素，而且降解和削弱纸浆的纤维素纤维。同样，氧脱木质素通常剩余一些残存木质素在纸浆里，该残存木质素必须通过氯漂白而除去以获得充分漂白的纸浆，因此与氯使用有关的担心依然存在。

如果能将木纸浆的臭氧脱木质素和漂白设置为有效地运转，则其为一种非常有利于工业的方法。臭氧具有非常高的氧化电势，且被认为具有成为非常有效的脱木质素试剂的潜在性。通过允许脱木质素-漂白方法的另外封闭(additional closure)，臭氧有可能可有利于工业。由于臭氧阶段不添加任何有害的离子到黑液回收流中，所以，它的洗涤排出物可与现有阶段逆流地(counter-currently)使用。通过该手段，回收锅炉的燃料将会增加，且来自水的污染物将减少。因此，认为使用臭氧的驱动力是环境改善。

阻止使用臭氧的原因为臭氧已经显示不能满足选择性要求，中浓阶段不如低浓或者高浓一样有效，且要求相对低的温度。如果臭氧要被造纸工业接受，则必须改善脱木质素的选择性。目前的系统没有生产出满足工业纸浆强度需要的纸浆。使用中浓和较高温度的限制可以迂回地得到解决，但是这些限制的消除将肯定使得臭氧的应用更有吸引力。由于漂白工段(bleach plant)是中浓的，所以对低浓或者高浓阶段进行改型是成问题的。对于臭氧阶段而言低温对于现代的漂白设备的密闭系统是特别成问题的。

已经尝试改善臭氧漂白的工艺改变包括pH、浓度和温度的优化。该工艺在较低pH下得到改善。低浓或者高浓比中浓好。低温将改善工艺。然而，这些工艺改变中没有一个使得该工艺满足工业需求。

几个专利公开了臭氧在制浆工艺或脱木质素-漂白工艺中的应用。例如，Pan的美国专利6,258,207公开了一种目的在于对非木质物质进行制浆的方法。该方法由三阶段构成：酸螯合阶段；接着螯合的是碱性过氧化物阶段，该阶段可以或者不可以用臭氧或者过乙酸得到增强；接着是机械制浆的最后阶段。该方法是针对禾草类的，例如大麻和麦秆。

Hammer等人的美国专利5,034,096公开了一种使用过氧化物、氧、和/或臭氧与添加氰胺或氰胺盐对含纤维素材料进行漂白和脱木质素的方法。当该方法包括过氧化物作为漂白剂时，该方法还包括一种稳定剂或者络合物形成剂(complex former)以避免过氧化物分解。如果纤维素中的重金属盐在漂白之前通过洗涤纤维素而被除去，则可省略稳定剂或者络合物形成剂的添加。