处理过的硫酸盐浆粕组合物及其制造方法_4

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briele Schild和Herbert Sixta,"用于粘胶 应用的硫酸盐衆柏的酶处理的可行性的精细研宄"(A Precise Study on the Feasibility of Enzyme Treatments of a Kraft Pulp for Viscose Application), Cellulose 2011,18:479-491,以其全部内容通过参考并入本文)。据信滤器堵塞值与过滤阻力相关。 [0099] 在某些实施方式中,γ值可用于度量反应性,因为它反映出纤维素黄原酸酯的平 均取代度。γ值可以从下文实施例4中所描述的用于获得过滤值&的实验程序获得。由 于γ值是平均值,因此对于黄原酸酯取代的完整评估来说,其分布可能更加重要。处理过 的浆柏可以具有60%或更低、55%或更低、50%或更低、45%或更低或40%或更低的γ值。 [0100] 在某些实施方式中,浆柏中纤维素的微晶尺寸可能提供反应性的指示(参见例 如 Klaus Fischer, Ingeborg Schmidt 和 Steffen Fischer,"用于加工粘胶的溶解衆柏的 (Reactivity of Dissolving Pulp for Processing Viscose),Macromolecular Symposium, 2009, 280, 54-59,以其全部内容通过参考并入本文)。具有较大微晶尺寸的浆 柏可能具有较低反应性,这是由于较大结晶区域中的纤维素不能容易地反应。微晶尺寸的 测量可以通过将纤维中微晶的总量的一部分进行平均来进行。处理过的浆柏可以具有小于 20. 6nm2 (例如小于19. 7nm2、小于19. 5nm2、小于19. 3nm2)的纤维素微晶横截面("Q")。
[0101] 在某些实施方式中,处理过的浆柏当通过X-射线晶体照相术测定时,具有以重量 计小于8% (例如小于4%、小于2%、小于1 %或小于0.5%)的纤维素 II。在某些实施方 式中,当通过X-射线晶体照相术测定时,浆柏具有小至0%的可检测的纤维素 II。X-射线 晶体照相术条件描述在例如下文的实施例5中。浆柏中的纤维素 II可以是强苛性碱处理 的指示,所述强苛性碱处理将天然的纤维素 I转变成热力学上更稳定的纤维素 II结构,并 伴有浆柏角质化、低的浆柏可接近性和低的浆柏反应性。因此,与用强苛性碱处理的浆柏相 比,所述处理过的浆柏可以维持天然纤维素 I浓度并因此维持更高反应性。
[0102] 羧基含量。在某些实施方式中,浆柏还具有小于3.6meq/100g浆柏(例如小于 3meq/100g、小于2meq/100g或小于lmeq/100g)的羧基含量。羧基含量可以使用Tappi方 法T237来测量。较低羧基的浆柏可以指示低的酸性半纤维素基团和低的浆柏氧化。高的 羧基含量可以降低纤维强度。
[0103] 趙度。处理过的浆柏可以具有通过一种或多种下列方法测量的粘度。固有粘度 (IV)和聚合度可以通过ASTM D1795测量(DP = 190x IV),毛细管粘度可以通过Tappi方 法T230测量,落球粘度可以通过Tappi方法T254测量。处理过的浆柏可以具有60cP或更 低(例如50cP或更低、40cP或更低或30cP或更低)和/或20cP或更高(例如30cP或更 高、40cP或更高或50cP或更高)的落球粘度。处理过的浆柏可以具有6dL/g或更低(例如 5dL/g或更低或4dL/g或更低)和/或3dL/g或更高(例如4dL/g或更高或5dL/g或更高) 的固有粘度。处理过的衆柏可以具有IOmPa. s或更低(例如8mPa. s或更低、6mPa. s或更低 或4mPa. s或更低)和/或4mPa. s或更高(例如6mPa. s或更高、8mPa. s或更高或IOmPa. s 或更高)的毛细管粘度。具有高粘度的浆柏在商业化粘胶法中,特别是在与低粘度溶解木 浆的掺混物中,在加工时间内可能不会老化至所需聚合度。此外,具有过低粘度的浆柏在生 产线中确定的老化过程期间可以形成过多的低分子量实体,这将不利地影响浸渍、掺杂物 和纤维质量。
[0104] 聚合度(DP) 〇当在本文中使用时,术语"聚合度"(DP)是指当通过ASTM-1795方 法测量时,纤维素分子中D-葡萄糖单体的数量。因此,术语"平均聚合度"或"平均DP"是 指纤维素聚合物群体中每个纤维素聚合物的D-葡萄糖分子的平均数目。上述范围内的DP 是合乎需要的,这是因为在经济上有吸引力的运行条件的范围内,掺杂物、即用于生产人造 丝纤维的处理过的浆柏溶液的粘度足够低,使得掺杂物可以被容易地老化到目标粘度,完 全黄原酸酯化,然后通过用于形成人造丝纤维的狭窄孔口挤出,但粘度尚未低至使浸渍过 程受到过多低粘度分子的不利影响并使得到的人造丝纤维的强度显著受损。优选地,处理 过的浆柏的DP值的范围应该是单峰的,并应该具有以模态DP值为中心的近似正态的分布 (参见例如美国专利号6, 210, 801,以其全部内容通过参考并入本文)。
[0105] 过渡金属含量。处理过的浆柏可以具有低的过渡金属含量。在处理过的浆柏中 过渡金属是不合乎需要的,因为例如它们在人造丝过程中加速纤维素的降解。在源自于树 木的处理过的浆柏中通常存在的过渡金属的实例包括铁、铜、镍和锰。优选地,处理过的浆 柏的总过渡金属含量小于约20ppm,更优选地小于约5ppm。优选地,当通过酸消化并通过 ICP分析(Tappi方法T266)测量时,处理过的浆柏的铁含量小于约4ppm,更优选地小于约 2ppm,并且当通过Tappi方法T266测量时,本发明的组合物的铜含量优选地小于约1.0 ppm, 更优选地小于约0. 5ppm。在某些实施方式中,过渡金属包括钙,并且当通过TAPPI T266测 定时,处理过的浆柏具有低的钙含量。例如,处理过的浆柏的钙含量可以为150ppm或更低 (例如IOOppm或更低、60ppm或更低或40ppm或更低)和/或30ppm或更高(例如50ppm 或更高、70ppm或更高或IOOppm或更高)。低1?衆柏可能对纺丝具有较小的负面影响(例 如堵塞)。
[0106] 灰含量。在某些实施方式中,当通过TAPPI方法T211测定时,处理过的浆柏具有低 的灰含量。例如,处理过的浆柏的灰含量可以为〇. 15%或更低(例如0. 12%或更低、0. 1% 或更低或〇. 07 %或更低或更低)和/或0. 02 %或更高(例如0. 04%或更高、0. 05 %或更高 或0. 08%或更高)。在某些实施方式中,低灰浆柏对纺丝稳定性具有较小的负面影响。
[0107] 铜倌。在某些实施方式中,当通过TAPPI方法T430测定时,处理过的浆粕具有低的 铜值。例如,处理过的浆柏的铜值可以为I. 6或更低(例如I. 2或更低、1.0 或更低或0. 7 或更低)和/或〇. 2或更高(例如0. 4或更高、0. 5或更高或0. 8或更高)。浆柏中低的铜 值与高的人造丝亮度相关。
[0108] 二氧化硅含量。在某些实施方式中,当通过如下文的实施例6中所描述的内部 Weyerhaeuser二氧化娃含量试验方法测定时,处理过的衆柏具有低的二氧化娃含量。例如, 处理过的衆柏的二氧化娃含量可以为70ppm或更低(例如60ppm或更低、40ppm或更低、 30ppm或更低或20ppm或更低)和/或20ppm或更高(例如30ppm或更高、40ppm或更高或 60ppm或更高)。低二氧化硅浆柏可能对纺丝具有较低负面影响(例如堵塞)。
[0109] 亮度。处理过的浆柏的亮度可以通过Tappi方法T525来评估。一般来说,具有高 亮度的浆柏可以产生更亮的人造丝纤维,其在某些应用(例如无纺织物)中是合乎需要的。 从含有处理过的浆柏的进料生产的人造丝,由于浆柏中的低铜值和低羧基含量而可能具有 高亮度,并且可能更适合于无纺应用(例如含有从改良的硫酸盐浆柏生产的人造丝纤维的 水刺法无纺织物),尽管由于处理过的纤维中较高的半纤维素含量(例如最高5% ),处理过 的纤维的长度可能小于溶解浆柏的纤维长度。
[0110] 纤维长度。处理过的衆柏的纤维长度可以在来自于OPTEST, Hawkesbury, Ontario 的Fiber Quality Analyzer?上按照制造商的标准程序,和使用TAPPI方法271om_02-- 衆柏和纸张的纤维长度,通过Automated Optical Analyzer来测定。仪器含有流动池,其 使用流体动力聚焦技术来拉直卷曲的纤维。这些卷曲的纤维可以在成像区域中精确测量, 能够对含有污染物的制造厂液流中的纤维进行表征。
[0111] 处理讨的浆粕的掺混物
[0112] 本发明的处理过的浆柏可以作为浆柏增量剂与一种或多种溶解浆柏合并,使得可 以减少溶解浆柏的量并同时仍提供能够产生人造丝的掺杂物。例如,可以将处理过的浆柏 与具有尚于92%的R18的溶解衆柏惨混,以形成具有6%或更尚的总木聚糖和甘露聚糖含 量的掺混物。在某些实施方式中,所述掺混物包含表面活性剂例如非离子型表面活性剂 (例如来自于Akzo Nobel 的Berol Visco 388、Berol SpiruBerol Fintex等或类似产品)。 在某些实施方式中,掺混物包含至少约20重量%或更多(例如25重量%或更多或30重 量%或更多)的处理过的浆柏。具有较高百分率的处理过的浆柏的掺混物可以具有较低量 的溶解浆柏,这可以降低制造成本并最大化木材组分的利用。
[0113] 掺混物可以具有15, 000或更低(例如10, 000或更低、9000或更低、8000或更低、 7000或更低、5000或更低)和/或3000或更高(例如5000或更高、7000或更高、8000或 更高、9000或更高或10, 000或更高)的过滤值在某些实施方式中,掺混物具有3000至 9000之间的过滤值心。
[0114] 在某些实施方式中,掺混物具有45. 1 %或更高的γ值(例如46%或更高或47% 或更高的γ值)。
[0115] 本公开将通过具体实施例进行更详细描述。提供下面的实施例是出于说明目的, 而不打算以任何方式限制本公开。本领域技术人员将会容易地认识到可以被改变或修改以 产生基本上相同结果的各种非关键参数。 实施例
[0116] 实施例1 :用于标准反应件试骀的方案
[0117] 在本实施例中,描述用于标准反应性试验(基于中国国家标准试验FZ/ T50010. 13)的方案。
[0118] 称量7. 7克浆柏(烤箱干重)并将浆柏放置在特氟龙瓶(250mL)中。向瓶子加入 180. 5mL 13. 7% NaOH。插入带有配合的盖子的搅拌器,将浆柏悬液以2000RPM搅拌5分钟。 盖上瓶子。手摇以分散瓶子底部处可能的纤维束(将瓶子颠倒几次)。然后将浆柏悬液以 2000RPM再搅拌2分钟。
[0119] 取出带有配合的盖子的搅拌器,并将瓶子转移到通风柜。向瓶子加入4. OmL二硫 化碳(CS2)。盖上瓶子(打开定时器:零时)。手摇。
[0120] 将瓶子夹紧到带有4个夹子的Burrell手腕动作振摇器(可以同时处理4个样品 瓶),并将杠杆臂设定到7. 5,将瓶子振摇4小时以溶解纤维素浆柏。4小时后,将瓶子移动 到通风柜,使粘胶熟化24小时。
[0121] 在从添加 CS2开始24小时时,将所有纤维素溶液(掺杂物)从瓶子倾倒到不锈 钢圆柱状过滤装置中(所述装置具有3. 2cm的圆柱体内径、25cm的圆柱体长度,将具有 200x200筛目和0. 0016英寸金属丝直径的不锈钢滤网安装在末端盖子与不锈钢0型环之 间,以提供2. 8cm的有效过滤器直径)。当第一滴掺杂物通过滤器流到收集圆柱体时为零 时,并测量1和2分钟内的掺杂物体积。标准反应性被定义为在第一个1分钟内通过过滤 器的以mL为单位的掺杂物体积。
[0122] 实施例2 :用于改自反应件试骀(MRT)的方案
[0123] 由于处理过的硫酸盐浆柏不是溶解浆柏,它的反应性与溶解浆柏相比通常为低至 中等。为了评估它对粘胶应用的适合性,使用改良反应性试验。用于改良反应性的程序与 实施例1中描述的实验室反应性试验相同,区别在于添加 IOmL CS2并且在4小时振摇后没 有熟化时间。改良反应性被定义为在第一个1分钟内流过过滤器的以mL为单位的
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