[发明专利]高得率和提高性能的纤维

说明书

本申请是申请日为2008年4月21日，申请号为200880102124.3(国际申请号为PCT/US2008/061008)，发明名称为“高得率和提高性能的纤维”的发明专利申请的分案申请。

这是共同未决和共同转让的2007年6月12日提交的国际专利申请号PCT/US2007/070927的部份继续申请，其通过引用结合到本文中。

公开背景

木质制浆主要使用两种主要方法：机械制浆和化学制浆。机械制浆主要用机械能从木质中分离出浆纤维，不大量除去木质素。结果，机械制浆的得率高，通常在85-98％范围。制备的纤维浆通常具有高松厚度(bulk)和挺度(stiffness)特性。但是，机械制浆消耗高水平操作能，并且机械浆的强度通常较差。

为了减少所需能量水平和改良纤维强度，已有其他方法选择与机械能组合使用。热机械制浆(TMP)在高压和高温度蒸汽下研磨木片。化学热机械制浆(CTMP)在机械制浆之前用化学剂破坏木片。CTMP制浆的得率稍低于机械制浆，但它提供强度略有改良的浆纤维。亚硫酸钠是用于CTMP制浆的主要化学剂。在过去10年内，工业上已经开始用碱性过氧化氢作为浸渍化学剂和作为直接用于CTMP制浆的高浓磨浆机处理的化学剂。这种制浆过程称为碱性过氧化物机械制浆(APMP)，提供具有比传统CTMP制浆亮度提高和强度改良的纤维浆。另外，在APMP制浆过程中的最新突破包括通过应用第二低浓磨浆系统减少所需磨浆能，和提高阻挡筛选技术以选择性保留筛渣，同时允许所需纤维穿过，到达造纸机。

化学木质制浆是主要用化学和热能分离木质素和浆纤维的过程。通常，木质素占约20-35％干木质量。当基本除去大部分木质素时，制浆提供约45-53％浆得率。

化学制浆是使木片与化学剂在压力和温度下反应以除去将浆纤维结合一起的木质素。根据所用化学剂将化学制浆分为牛皮纸法、苏打法和亚硫酸盐法。碱式制浆(AP)使用氢氧化钠的碱性溶液，包括硫化钠(牛皮纸法)或不包括硫化钠(苏打法)。酸式制浆使用用钠、镁、钙或氨的亚硫酸氢盐缓冲的亚硫酸溶液(亚硫酸盐法)。化学制浆提供比机械制浆强度改良(因为纤维降解度较小)和可漂白性提高(因为除去木质素)的浆纤维。

在化学法中，使木质与化学剂在蒸煮器中“蒸煮”以便除去一定程度的木质素。用卡伯值表示剩余木质素的水平。可以很大程度地调节制浆参数以获得相同卡伯值。例如，可用较高的温度和/或较高的碱加入量补偿较短的制浆时间，以制备具有相同卡伯值的浆。

通常将牛皮浆分为两种主要的终用途：未漂白浆和可漂白级浆。对于未漂白的软木浆，制浆通常进行至获得约65-105范围的卡伯值。对于可漂白级软木牛皮浆，制浆通常进行至获得小于30的卡伯值。对于可漂白级硬木牛皮浆，制浆通常进行至获得小于20的卡伯值。

对于可漂白级浆，牛皮纸制浆通常产生约1-3重量％夹生纤维束和约97-99重量％释放的(liberated)浆纤维。夹生、未纤维化的材料通常称为筛渣，纤维化的材料称为良浆。通过多级筛选过程使筛渣与良浆分离。通常将筛渣排放在下水道中，再循环回蒸煮器中，或者增稠和燃烧。在少数情况下，将筛渣收集和在蒸煮器中再蒸煮。但是，使用这种已有技术，再蒸煮筛渣存在缺点，包括非常低的纤维得率、可能增加浆尘埃的水平和降低浆亮度(可漂白性较差)。

现代筛选工段通常设计从化学制浆过程中除去约1-2重量％筛渣。如果机器出现蒸煮困难和浆意外夹生，则筛渣的量呈指数样增加。现代可漂白级牛皮浆筛选工段在物理上不是设计成加工大于约5％重量筛渣的浆。当筛渣水平增加至略高于4-5％重量时，筛选工段堵塞并关闭磨浆机，或者绕过筛选工段，浆被倒在地上或倒入等外槽内，被除去或者逐渐共混回入过程中。因此，通常将可漂白级牛皮浆蒸煮至相对低的卡伯值(软木为20-30，硬木为12-20)以维持低水平的筛渣和良好的可漂白性。