生產(chǎn)再生的纖維素和半纖維素的方法
【專利說明】生產(chǎn)再生的纖維素和半纖維素的方法
[0001]發(fā)明范圍
本發(fā)明涉及再生的纖維素和半纖維素的生產(chǎn)。
[0002]具體而言，本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的從纖維漿料漿料中分離出纖維素和半纖維素的方法，所述纖維漿料通過化學(xué)蒸煮制得并且包含纖維素和半纖維素，例如由木材或草制備的化學(xué)漿料。
[0003]本發(fā)明還涉及根據(jù)權(quán)利要求7的前序部分的處理纖維漿料的方法，并且涉及根據(jù)權(quán)利要求30的前序部分的分級所述纖維漿料的方法。
【背景技術(shù)】
[0004]溶解漿料通常用于生產(chǎn)粘膠纖維和其他紡織纖維，以及其中要求高的化學(xué)純度的不同的進(jìn)一步加工的產(chǎn)品中。傳統(tǒng)上，要求溶解漿料具有高百分比的纖維素(“α-纖維素”)，并且是對于各種衍生化學(xué)品(如二硫化碳)而言是反應(yīng)活性的。
[0005]產(chǎn)生高α -纖維素含量意味著從纖維中特別去除木質(zhì)素以及半纖維素材料(木聚糖和葡甘露聚糖)。木質(zhì)素的去除以與發(fā)生在化學(xué)漿料的生產(chǎn)期間的相同的方式進(jìn)行，一般地:通過將包含木素纖維素的原料與去除木質(zhì)素的化學(xué)品一起蒸煮，在針對每個工藝而言是典型的條件下，并且其可被分成例如堿性、酸性或基于溶劑(有機(jī)溶劑)的蒸煮方法。還可以將去除木質(zhì)素的不同的蒸煮反應(yīng)步驟組合，稱為多級蒸煮。在后續(xù)過程(氧脫木素和漂白)中完成木質(zhì)素去除，其中，用各種去除木質(zhì)素的化學(xué)品(如氧氣、二氧化氯、臭氧、氯、次氯酸鹽和過氧化氫)處理在蒸煮過程中產(chǎn)生的纖維懸浮液。
[0006]為了去除半纖維素，許多已知的工藝已被用于工業(yè)中已幾十年，其中所述工藝已經(jīng)被 Herbert Sixtan 詳細(xì)地描述在他的of Pulp{2QQ^>)中。
[0007]硫酸鹽漿料的堿提取也是已知的方法，其被描述在若干個專利申請中，例如W0公開 2007/065 969。
[0008]溶解漿料(粘膠漿料)的許多制造方法是基于亞硫酸鹽蒸煮。一般來說，在亞硫酸鹽制漿廠中，增加α -纖維素的百分比以此種方式進(jìn)行:在“熱堿階段”期間通過將經(jīng)稀釋的NaOH溶液用作試劑并在高溫條件下聯(lián)合漂白去除半纖維素。
[0009]還存在其中在蒸煮過程中已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)α -纖維素的所需的百分比的蒸煮工藝。這樣的方法是基于多級亞硫酸鹽蒸煮或預(yù)水解硫酸鹽蒸煮。
[0010]在亞硫酸鹽方法中，適當(dāng)?shù)馗淖兓瘜W(xué)品且尤其是不同的蒸煮步驟的pH。在預(yù)水解硫酸鹽蒸煮中，在工藝的開始存在特殊的酸性水解步驟，其中通過使用蒸汽、水或酸溶液將木片的pH降低到低水平。預(yù)水解漿料的漂白完全不必需要單獨的步驟用于去除半纖維素。預(yù)水解硫酸鹽蒸煮是如此接近在紙漿生產(chǎn)中使用的基本的硫酸鹽工藝，以致相比于紙漿的生產(chǎn)，對其的應(yīng)用不需要完全不同的技術(shù)。
[0011]預(yù)水解硫酸鹽工藝的缺點是，隨著水解的強(qiáng)度增加對于纖維素的選擇性受到損害。這導(dǎo)致產(chǎn)生的每噸溶解漿料的木材消耗變得不經(jīng)濟(jì)地高。有可能通過選擇較溫和的條件以用于水解步驟來改善選擇性，在這種情況下在水解期間不如理論上可能的那樣多地去除半纖維素。但是，較低水平的半纖維素的去除意味著，為了實現(xiàn)所需的α-纖維素含量，必須持續(xù)去除半纖維素，例如通過聯(lián)合漂白工藝進(jìn)行的熱堿步驟或冷堿步驟的方式。
[0012]如今，對半纖維素作為生物聚合物材料的重要性的興趣增加。具體而言，存在使用聚合的半纖維素的新方法，例如通過衍生化的方式。
[0013]如上所述，傳統(tǒng)上，在纖維漿料能夠用于溶解漿料應(yīng)用之前不得不從纖維漿料中去除半纖維素。然而，其中在水解的條件下已進(jìn)行的處理已經(jīng)導(dǎo)致半纖維素的降解，并作為結(jié)果，聚合材料的百分比是相當(dāng)小的。
[0014]公開W0 2008/098 032描述了其中尤其包含纖維素和半纖維素的木質(zhì)纖維素原料完全溶解在離子液體中的方法。該液體幾乎不包含水或只包含非常少量的水。纖維素和半纖維素例如通過加入水從離子液體中沉淀。此公開沒有描述任何將纖維素和半纖維素彼此分離的方法。出于這個原因，使用這種方法生產(chǎn)的再生的木素纖維素材料不是純的纖維素，相反其還包含半纖維素。為了從循環(huán)的離子液體中沉淀半纖維素，將乙腈或THF加入到所述液體中。
[0015]在來自2009年的文章中，Mazza等人描述了水對于纖維素在各種離子液體中的溶解度的重要性(Mazza等人，Cellulose 2009，第16卷，第2號，第207-215頁)。作者進(jìn)行了實驗以確定有多少水可以被添加到纖維素溶液中，其中所述溶劑為離子液體。該出版物并沒有提及水含量如何影響了其他溶解的組分。
[0016]Froschauer 等人在 Μοπ?3?3Γοιηο?Θ?3?ι?Θ8 2012，13，1973-1980 描述了可用于選擇性地溶解來自富含半纖維素的漿料的木聚糖的溶劑。他們根本沒有提及水含量的重要性。
[0017]發(fā)明概述技術(shù)問題
本發(fā)明的目的是消除與已知技術(shù)相關(guān)的缺點，并產(chǎn)生在相同的工廠中生產(chǎn)再生的(即“重新形成的”)聚合半纖維素以及相應(yīng)地再生的纖維素的全新的解決方案。
[0018]問題的解決方案
本發(fā)明是基于這樣的想法，即可以通過使用同一種纖維素溶劑例如離子液體或其水溶液，將包含半纖維素和纖維素的纖維漿料分級成半纖維素和纖維素，在這種情況下通過改變水含量調(diào)節(jié)所述溶劑的濃度，這總是根據(jù)要溶解的組分。現(xiàn)有技術(shù)沒有利用的事實是有機(jī)溶劑，諸如ΝΜΜ0或IL與水一起形成溶劑體系，其在給定范圍的水含量內(nèi)選擇性地溶解半纖維素，并相應(yīng)地在另一范圍的水含量內(nèi)其溶解纖維素。
[0019]在本發(fā)明中，從具有例如高半纖維素含量的纖維漿料中分離出半纖維素和相應(yīng)地纖維素以以通過將它們?nèi)芙庠谶@樣的溶劑或其水溶液中來形成分開的級分。通過將水加入到溶液中使它們從這樣的溶劑或其含水溶液中沉淀-各自從其自身的溶液中沉淀，在此之后，可以回收再生的半纖維素和纖維素。
[0020]更具體地，根據(jù)本發(fā)明的生產(chǎn)再生的半纖維素和纖維素的方法的特征在于權(quán)利要求1的特征部分中陳述的。
[0021]進(jìn)而，處理纖維漿料的方法的特征在于權(quán)利要求7的特征部分中所陳述的，并且分級所述纖維漿料的方法的特征在于權(quán)利要求30的特征部分中陳述的。
[0022]本發(fā)明的有益效果
通過本發(fā)明實現(xiàn)了相當(dāng)多的優(yōu)點。因此，在本發(fā)明的方法中，傳統(tǒng)上用作紙張原材料的包含半纖維素的漿料可以被有效地分級成富含聚合的半纖維素的級分和非常純的纖維素級分，例如再生的纖維素纖維、不同的纖維素顆?；蚶w維素膜。與用于生產(chǎn)纖維素聚合物的常規(guī)產(chǎn)業(yè)鏈不同，通過改進(jìn)經(jīng)由本身為已知方法的傳統(tǒng)的漿料蒸煮(例如多硫化物蒸煮)，本發(fā)明的方法還使得增加葡甘露聚糖和木聚糖兩者在中間產(chǎn)物漿料中的百分比成為可能。以這種方式，相對于目前的生產(chǎn)鏈，可以顯著地增加以基于半纖維素的和基于纖維素的材料產(chǎn)品形式的木材原料的收率。
[0023]例如在再生的纖維生產(chǎn)鏈中以本文所述的方式使用離子液體和相似的纖維素溶劑，原則上在目前生產(chǎn)再生的纖維素纖維(參見粘膠廠)的這樣的商業(yè)單元中是可行的。生產(chǎn)化學(xué)纖維素漿料的工廠為基于所述半纖維素級分開發(fā)新的價值鏈和如上所述地更有效地利用木材原料提供了工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施、經(jīng)濟(jì)規(guī)模和可能性。本發(fā)明的方法實現(xiàn)了此種漿料廠的調(diào)整，從而產(chǎn)生再生的半纖維素和纖維素產(chǎn)品。該漿料廠可以成為例如纖維素短纖維的生產(chǎn)者。楽料廠可被進(jìn)一步發(fā)展成生物精煉廠(b1refinery)，也就是說在同一個生產(chǎn)單元中可以并行地生產(chǎn)多種生物聚合物，例如聚合的半纖維素和再生的纖維素產(chǎn)品兩者。
[0024]在漿料廠中進(jìn)行纖維素的溶解和再生是特別有利的，這還因為中間產(chǎn)物:富含半纖維素的纖維漿料或貧含半纖維素的纖維漿料不需要被干燥，因為物流(logistic)不需要它。這避免了纖維的角質(zhì)化。纖維結(jié)構(gòu)保持打開，從而允許溶劑經(jīng)由纖維的多孔結(jié)構(gòu)進(jìn)入纖維壁，并使溶解更加有效。
[0025]例如相比于傳統(tǒng)的粘膠法，在沒有事先衍生化的情況下，使用直接溶解方法和使用上述的纖維素溶劑的纖維素的溶解進(jìn)而簡化了工藝和為其實施所需求的裝置。
[0026]在傳統(tǒng)的漿料漂白單元方法中(例如在過氧化物、臭氧和次氯酸鹽階段，以及通過酸化例如用硫酸酸化)，漿料廠環(huán)境提供調(diào)節(jié)纖維素的粘度的機(jī)會以對應(yīng)在各個情況下產(chǎn)生的纖維素產(chǎn)品的需要。
[0027]在下文中，描述了優(yōu)選的實施方案。
【附圖說明】
[0028]附圖示出了一個實施方案的流程圖的基本制圖。
[0029]實施方案
本發(fā)明在一方面利用了纖維素溶劑(如離子液體)使基于木材的漿料纖維中的全部半纖維素溶解的能力，以及在另一方面，利用了可以通過控制離子液體的水含量來控制例如離子液體使半纖維素和纖維素溶解的能力的觀察結(jié)果。根據(jù)本發(fā)明這些現(xiàn)象可以用于這兩種生物基聚合物的分級，并用于材料的溶解和重新沉淀。
[0030]基于上述內(nèi)容，可以采用其中從纖維