[发明专利]磺化纤维素及其制备方法

说明书

对于使用时要与水接触的各种纸来说，湿强度是一个非常重要的性质。通常需要有湿强度的各种纸张包括：纸袋、标签、毛巾纸、薄页纸、地图纸、图样纸(paper pattern)、餐巾纸、立方体冰袋(ice cube bags)、尿布衬里纸、尿布包装纸、女用纸巾包装纸、一次性医用床垫、招贴纸、滤纸，以及许多其它的纸。当浸湿试验时，没进行过湿强处理的纸，其湿强度通常只是其原始干强度的3-7％。当浸于水中时，由于需要这些纸产品仍能保持一些它们的强度，因此已开发出了许多化学湿强树脂，它们能产生通常保持其干强度的20-40％的纸产品。在造纸工业中，把具有大于其原始干抗张强度15％的湿抗张强度的纸看作是湿强纸。

当浸湿时，基于它们的强度性能，还可将这些纸进一步细分。当在水中浸渍时，没有处理过的纸通常在数秒内丧失其强度，而使用某些湿强化学剂时，在浸渍期间湿强度的丧失速率减慢。一般认为，这样的纸具有暂时湿强度。另外的一些化学剂提供了更长的持续效应，即使湿强度并不是完全永久的，但一般也认为赋予了永久湿强度。

为了取得湿强度，已开发了通常为化学活性的、水溶性的湿强树脂，这些树脂在造纸机的湿部添加。一般来说，这些树脂都是很昂贵的，并容易出现许多问题。常用来改进湿强度的第一类树脂是氨基塑料树脂，尿-甲醛树脂和蜜胺-甲醛树脂。这些树脂是热固性的，因此需要热和低pH值以适当的固化。它们对亮度和吸收能力有副作用，并且低pH值对设备有腐蚀性。由于它们有含甲醛并在热固化时释放出甲醛这样的问题，因此它们已不常用。最近已开发出了环氧化聚酰胺树脂(PAE)和乙醛酸化聚丙烯酰胺树脂，并已发现在造纸工业中具有良好的接收性。它们可在中性或碱性条件使用，而且尽管环氧化聚酰胺树脂产生永久湿强度，乙醛酸化聚丙烯酰胺只提供暂时湿强度，但是还取得了干强度的某些增加。所列的这些树脂，除了具有显著的优点以外，它们还存在许多与使用有关的问题，包括：高成本、有限的贮存寿命、昂贵的添加系统，在纸机上的pH控制，固化时间以及对其它化学剂的敏感性。此外，由于要析出可吸收的有机卤(AOX)，因此环氧化聚酰胺存在环境问题，而由于乙醛酸化聚丙烯酰胺只产生暂时湿强度这样的性质，因此它们并不适于所有场合的使用。

在这个具有环境意识的年代，目前还没得到理想的湿强剂。环境问题继续影响着研究开发出新产品，这些产品更易生物降解并且更适宜于许多生态条件，而且还能完成在最终产品中提供适宜湿强度的任务。

业已发现，可以对纤维素纤维进行改性，从而在不另外添加任何化学活性聚合物的情况下能提供产品的湿强功能，但是如果需要的话，也可以与改性的纤维素纤维一起使用这些湿强树脂。根据本发明，将纤维素纤维进行磺化能对由本发明处理过的纤维制得的纸页的湿抗张强度和干抗张强度产生显著的改进。在不添加任何传统湿强剂下，湿抗张强度对干抗张强度的比率(有时称之为湿/干比率)可从约15％增加至40％。

因此，本发明的一方面涉及磺化纤维素纤维的制备方法，该方法包含下列步骤：(a)用氧化剂氧化纤维素形成醛基纤维素：和(b)用磺化剂磺化该氧化过的纤维素形成磺化纤维素。

本发明的另一方面涉及磺化的纤维素。该磺化的纤维素的特征在于，具有约0.005或更大、具体地说为约0.01-0.1、更具体地说为约0.01-0.04的取代度。在此所用的“取代度”(DS)表示纤维素中每摩尔葡萄糖单元磺基的摩尔数。当葡萄糖中C₂和C₃位上的两个羟基被氧化成二醛并转化成磺酸盐时，可得到的最大DS为2。

在此所用的“磺化纤维素纤维”不要与“磺化浆”相混淆，后者是以多种亚硫酸盐制浆法和绝大多数CTMP(热化学机械的)制浆方法为基础的。当对纸浆进行磺化时，被磺化的是纸浆的木素部分，而不是纤维素部分的磺化。对木素进行磺化的目的是使木素软化和/或在适当的条件下使之成为可溶的磺化木素或木素磺酸盐。在CTMP或其变异方法中，磺化的目的是使木素软化，以致使纤维在遭受最小破坏的情况下从物质中分离出来。借助于热机械装置完成纤维的分离，所述装置有助于磺化作用，以软化与纤维结合在一起的木素。根本就不想溶解或除去木素。在亚硫酸盐法或其变异方法的全化学浆的场合，在适当的条件下对木素进行磺化，结果木素以木素磺酸盐的形式被溶解，并从纤维中除去。