纸浆的处理方法

专利名称：纸浆的处理方法
引言本发明涉及纸浆处理方法。更具体地说，本发明涉及电子束处理或加工化学木浆。
背景技术：
化学木浆的电子束处理或电子加工技术(EPT)已众所周知，而且已经进行了多年研究，特别是在东欧国家。这样的研究包括实验室和中试规模的粘胶纤维和纤维质量的试验。
非在线电子处理溶解的纸浆然后进入粘胶纤维处理过程。高能电子与纤维素相互作用导致两种主要的影响，即纤维素活化和聚合度(DP)的减少。上述的效果在粘胶纤维过程中产生明显的益处，例如化学消耗的节约(例如二硫化碳、氢氧化钠和硫酸化合物的)及在纸浆化的过程中环境污染的减少，也可能在消耗装置工艺中具有环保的益处。
就发明人所知，在该领域中最早的专利作为Wolfen专利，由FisherK，Goldberg W and Wilkie M发明，授权给Dresden/Fisher公司的(DE2941624/DD WP 208708)。上述的专利描述了由于处理的活化效果，导致化学品节约的电子束处理粘胶纤维方法。
由于上述的专利，已经出版了大量的申请和授权专利。因此，在纸浆和粘胶纤维纸浆活化的EPT领域已经进行了深入地研究和探索，因此是众所周知的。
较高的电子束能量，很明显其具有更强的穿透能力。具有实际使用意义的最低的电子束能量为约250keV，但可能没有上限。由于没有更大的设备，目前实际使用的上限可能为50MeV，但更可能的是12MeV，因为高于该水平会形成放射性同位元素。另外对于上限能量水平的限制因素为能量越高，需要的防护层更厚。例如，300keV的设备，可以有效地使用而不用防护层(由于设备表面的铅涂层而进行自我防护层)。
该类型技术通常用于例如固化表面涂层，但任何较高的能量通常需要适当的防护层，所述的防护层由水泥制造用于高于约500keV的设备。
另外限制化学木浆EPT的因素为目前这样的处理是非在线方式进行的，其通过另外的纸浆处理及另外的加工或生产时间从而增加了处理成本。
当使用高能量的电子时或甚至γ射线时，观察到在施加的剂量下它们的效果是使纤维素和聚合物的分子量以非线性的方式断裂。起始的剂量引起DP的大幅减少，其然后随剂量的增加而变得稳定。显而易见已经为本领域的技术人员认为—似乎没有任何的文献暗示其他的可能性—即起始的DP需要被准确地知道以得到确切地最后的DP。
目前的非在线纸浆处理方法不仅需要知道起始的DP，而且也当使用纸浆积层时，由于可变的高度及边缘到中部的积层效应使其具有产品的多变性。也可能生产一种产品，其与单张处理相比，具有固有的更多的变化及较低的“质量”。对于单层的非在线处理，处理要求的水平使成本过高不经济。
本发明的目的因此本发明的目的是提供一种处理化学木浆的方法，包括EPT步骤，其相对于现有技术是新颖的而且具有创造性。
本发明的另外的目的是提供一种方法，其克服至少是部分与上述方法相关的缺点。

发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种方法，用于处理化学木浆，包括基于在线的方式将电子处理技术(EPT)施加到化学木浆的步骤，以控制纸浆的粘度或聚合度(DP)。
该方法包括施加辐射剂量为约1.5～25kGrays的步骤。
在线步骤可替代因此可消除化学DP减少的步骤。
DP的减少步骤可以是次氯酸盐处理步骤。
EPT步骤可以在通常或部分的次氯酸盐步骤后，以低的剂量施加作为粘度调整阶段以减少可能的不合格物料量。
施加的调整剂量为约0.1～5kGay。
除了需要测量DP以控制这样的阶段(DO(0))外，在蒸煮/消化阶段后不需要进行DP测量，可以施加固定的辐射剂量以达到选择的最后的产品粘度。
最后的产品的粘度为约14～20cPs，或为4～7cPs。
本发明的方法包括在特定的DP减少阶段后调整DP的EPT步骤，或在最后的非DP减少步骤后，及在消除了DP减少步骤或减少了施加的化学剂量后，包括将木浆经较高的辐射剂量处理的步骤。
本发明的方法包括通过明显减少或消除可吸附有机卤化物(AOX)和/或总有机卤化物(TOX)的产生，减少通常在常规的化学木浆生产中可见的环境问题。
当来自工艺前面阶段的进料具有宽范围的纸浆粘度时，本发明方法生产的纸浆，与常规化学方法生产的纸浆相比，具有明显减少的DP变化率。
本发明的方法也可生产这样的纸浆，与包括以常规经济的多层/部分捆处理技术，将EPT施加到相同纸浆样品的步骤的方法生产的同样的纸浆相比，具有较低的DP变化率。
本发明的方法生产的最后的产品的粘度为约7～20cPs，用于非短纤维的粘胶纤维的生产，包括粘胶纤维长丝、工业纤维、轮胎帘子线等产品。
根据本发明的另一个方面，提供一种处理化学纤维素的方法，包括基于在线的方式将EPT施加到包括棉绒的化学纤维素的步骤，以控制纸浆的粘度或DP。
上述的方法可包括以前描述的步骤。
根据本发明的又一个方面，提供一种处理化学木浆的控制方法，包括利用辐射剂量—粘度关系曲线基于在线方式施加EPT的步骤。
该方法可包括使用近似于对数、幂及指数特性曲线或其他特性曲线的关系或曲线的步骤。
上述的关系或曲线近似于对数、幂及指数特性曲线或类似特性曲线。例如，为说明的目的，如对于低能的γ辐射，X轴为剂量Y轴为DP(以cPs测量)的曲线可以描述表示为y＝-2.08Ln(x)+11.6，对于中等能量系统(300～3000KeV)为y＝13.67x-0.3786，对于如3～10MeV的电子束系统为y＝-2.19Ln(x)+11.87。
该方法可包括控制粘度减少或木浆DP的步骤。
当进料具有宽范围的纸浆粘度时，与常规化学方法生产的纸浆相比，本发明方法生产的纸浆具有减少的DP变化率。
本发明的方法也可生产这样的纸浆，与包括以常规经济的多层/部分捆处理技术，将EPT非在线施加到相同纸浆样品的步骤的方法生产的同样的纸浆相比，具有较低的DP变化率。
上述的令人感兴趣的是，如果不知道起始的DP是多少(在一个宽范围)，施加固定的辐射剂量，仍可得到比使用次氯酸盐步骤具有较窄范围的最后DP。
本发明的方法延及减少由常规的纸浆化学处理(即在漂白工序后的木材消化，所述的漂白工序包括通过氧(O)、氯(C)、氢氧化钠(E)、二氧化氯(D)、过氧化氢(P)、臭氧(Z)和/或次氯酸钠(H)的任何组合，但优选为ODEDH或任何类似的或其他的通常在纸浆处理中使用的漂白剂)产生的不合格物料，包括在特定的DP减少阶段(通常为H)后使用EPT调整DP的步骤，或在最后的非DP减少步骤后(E、D、P但通常为D)及在消除了DP减少步骤(通常为H)或减少施加的化学剂量后，将纸浆经较高的辐射剂量的处理。
上述的方法可减少环境问题，因此开发出所谓的没有总氯(TCF)的方法。
本发明可提供改进的具有较小DP范围的纸浆产品。
本发明最后涉及一种改进的产品，用于其他的粘胶纤维的生产，其是活化的即具有约4～7cPs。
本发明的详细描述参考如下的附图及通过非限制性实施例更详细地描述本发明。其中

图1显示该方法的流程示意图，显示常规的DEDH工序，及根据本发明的一个方面的EPT处理方法。
图2显示根据本发明的一个方面同时是形成本发明一个方面的辐射剂量与纸浆粘度(17cPs)的关系图或曲线。
图3显示根据本发明的另一个方面同时是形成本发明另一个方面的辐射剂量与纸浆粘度(17cPs和25cPs)的关系图或曲线。
图4显示根据本发明的又一个方面同时是形成本发明又一个方面的在D2步骤后的辐射剂量与纸浆粘度的关系图或曲线。
图5显示根据本发明的另一个方面的利用固定的15kGray辐射剂量的起始纸浆粘度的变化效果图；及图6显示说明根据本发明工业实施的相对于纸浆积层位置的纸浆的粘度。
在讨论上图之前，说明用于测量木浆更具体地说为溶解纸浆的聚合度的方法。
测量聚合度的方法范围粘度值是溶解纸浆的聚合度的度量。使用Ostwald粘度计，测量的粘度为铜铵溶液的1％的纤维素溶液。
原理将一定量的纸浆溶解在氢氧化钠和氢氧化铜铵混合物中。溶解的纤维素吸取到Ostwald粘度计上，记录其流过两个测量点所用的时间，从具体的粘度计系数计算粘度。
试剂铜铵溶液(164g/l的氨和23.9g/l的铜的水溶液)氢氧化钠1N设备粉碎机天平200g±0.001g玻璃瓶100ml+瓶塞机械震荡器水浴20℃Ostwald粘度计，内径为1.2mm、1.5mm或1.7mm。
秒表/计时器制备样品使用机械粉碎机或韦林氏搅切器将纸浆粉碎为绒毛。
分析步骤通过在125～135℃下准确干燥10g纸浆1小时，从而确定粉碎纸浆的水份。从得到的数值，使用方程1计算准确地相当于1g干纸浆的纸浆的量。称取计算量的空气干燥的纸浆并置于100ml瓶中。所述的瓶应是在干燥箱和随后的冷却后保持清洁和干燥的。
将15ml的1N氢氧化钠彻底分散在润湿的纸浆中。将85ml的铜铵分散在瓶中。溶液和塞子之间的空气间隙通过在瓶内放置适当的不溶物使其减少到最小。然后将瓶塞好置于机械震荡器上进行45分钟。
然后将瓶转移到在20℃精确恒温控制的水浴中，放置1小时以确保溶液温度为20℃。
将溶液吸取到25ml的Ostwald粘度计上，所述的粘度计封闭在20℃±1℃的水通过的水夹套中。当溶液流出粘度计毛细管时，使用秒表测量液面水平从上部达到下部所用的时间。使用方程2计算粘度，单位为cPs。
计算提供1g极干燥纸浆需要的纸浆量为方程11×100(100-％湿的水份)＝1g极干的纸浆重量方程2粘度(TAPPI)＝(时间秒×1.02×粘度计系数)/1.56使用在20℃已经知道的标准油的粘度和密度计算粘度计的系数k＝油的粘度/(流动的时间秒×油的密度)测量的纸浆粘度的粘度计系数＝1.02k铜氨溶液中的纤维素的密度为1.02Snia粘度与Tappi T-206的转化系数为1.56参考图1，可见纸浆首先经氧脱木质素步骤，之后其经第一个二氧化氯的步骤(D1)。之后施加提取步骤(E)，随后进行第二个二氧化氯的步骤(D2)。随后施加次氯酸步骤(H)以得到根据常规处理即DEDH工序的目前最后的产品。
根据DEDH工序，即使用常规的方法，如果溶解的纸浆的目标粘度为例如18cPs，通常可以得到的粘度为4～5cPs宽，约95％在该范围。粘胶纤维制造商生产例如粘胶短纤维(VSF)型产品必须使用上述的纸浆，在其过程中进一步减少DP以实现约4～7cPs的粘度。
在施加EPT加工的情况下，例如这可以在提取阶段(E)后施加，其中如果使用H阶段，则通常第一初步的DP测量作为DP(1)。(在该阶段进行的DP试验的变化系数(CoV)通常约为5％)。在确定了该初步的粘度后，可以在步骤H确定需要的次氯酸盐的量，以提供本发明最后的产品。应注意到在最后的纸浆产品上进行的测量更加精确，得到约2％的CoV。
根据本发明及参考图1、图2和图3，可见在图2和图3中的曲线近似于对数、幂或指数的特性曲线，或类似的特性曲线。在测量DP(1)后，施加剂量＜5kGray，优选为约1.5～3kGray，以得到粘度为约14～20cPs。另外，施加更高的剂量约10kGray或以上，例如高达约25kGray，优选为约12～16kGray，以得到的粘度为约4～6cPs，因此得到用于粘胶纤维生产的活化的纸浆。
在本发明的另一个方面，在测量DP(1)及施加H后，第二次初步测量粘度即DP(2)。施加的剂量为约15～16kGray以得到最后的DP为约4～6cPs。这提供了用于粘胶纤维生产的活化的纸浆。另外，如果DP太高，施加调整剂量的辐射。通过施加约0.1～5kGray(基于DP(2)的值)可回收合格的纸浆。这可以减少不合格物料的百分数，并提供在用户限定范围14～20cPs的最后的产品。应注意到如果需要最后的粘度为4～7cPs范围，可能甚至不必要测量DP(1)或DP(2)，因为作为剂量函数的DP的减少是相当不灵敏的。
如上所述本发明表明本发明的方法可提供根据选择工艺的量的灵活性，及更具体的方法控制的各种形式。例如本发明可测量E步骤(DEDH工序的)之后的DP，所述的E步骤在H步骤前约2.5～3小时。如果需要产生活化的粘胶纤维的纸浆，然后可以施加电子束剂量而取代次氯酸盐处理，或可测量H后的DP并校正通过调整剂量(如粘度太高)或全剂量阶段的任何工艺误差。即，本发明提供各种方法的选择。
实施例1生产的VSF纸浆通常为约14～25cPs用于亚硫酸盐纸浆。在生产该范围的纸浆时，通常生产的百分率落在用于消耗装置生产的该产品确定的范围以外，通常为约3～5％。
参考具体的图3，使用的EPT的剂量为约0.1～5kGray，这种不合格物料利用施加调整辐射剂量的图3及DP(1)或DP(2)的值可以有效地被消除。
实施例2参考具体地图4，以与DP减少后的纸浆相同的方式辐射不同的DP(1)粘度值值D(2)后的纸浆。这可以常规的VSF型产品的粘度范围即约14～25cPs提供最后的产品，或以较高的剂量可提供活化的产品用于VSF过程中，粘度范围为约4～6cPs。
实施例3参考具体的图5，当给纸浆施加固定剂量例如约15kGray以生产用于VSF工艺的材料，得到的最后产品的变化率明显减少。在1cPs的间隔及固定的15kGray剂量下，测量粘度范围为约14～约22cPs(包括-约9cPs的范围)的纸浆，整个这些产品的变化率减少到仅为约0.3cPs。
这可与提供约4～5cPs粘度的通常的化学处理相比。工业最好的粘度变化为约2cPs。
实施例4
如上所述，现有的技术即常规的纸浆辐射过程是非在线处理。起始的DP被准确知道，而且基于辐射设备及最后需要的粘度/剂量，可以确定用于最小成本过程的优化的纸浆层的数量。
在该实施例中进行多种试验，参考具体的图6，由设备提供者标明的优化的层的数量为12层纸浆。在预定的15kGray剂量辐射下，结果如图6示意。得到的粘度的变化率为平均为约1.2cPs。
因此本发明提供一种，与常规的化学方法相比，减少不合格物料的方法，包括使用在H阶段后调整DP的方法，或在DP(2)阶段后施加较高剂量的辐射，因此节约了次氯酸盐。这导致化学品节约及环境污染的减轻或改进。
本发明也提供改进的产品质量，所述的产品在通常的14～20cPs标准粘胶纤维供应范围内，具有减少的DP范围/变化率。这可将目前范围约4～5cPs的变化率减少到通常小于约1.5cPs，更典型地为约0.2～1cPs。
本发明也提供一种产品，用于粘胶纤维的生产，其可在4～6cPs的范围被活化用于VSF工艺。令人惊奇地是甚至在EPT处理之前的起始DP仅知道在非常宽的范围例如约10～12cPs，该纸浆的变化率下降到约1.0～0.2cPs，更典型地为约0.4～0.2cPs。
本发明的主要优点是可提供一种方法，其包括在线的EPT步骤，或γ辐射步骤，用于纸浆的处理，及在该处理中工艺控制的装置。
本发明也涉及用于所有纸浆产品的改进的粘度减少和控制方法。
本发明也可使该方法通过去除需要的次氯酸盐阶段更容易地转换为TCF方法，并具有相关的环境保护益处，例如明显减少可吸附的有机卤化物和/或总有机卤化物的含量。
因此可见本发明提供一种改进的工艺控制技术和方法，其比现有技术的非在线EPT处理(及由该方法生产的产品)更简单。另外在使不合格物料减少中，该方法导致大量的节约。
尽管本发明已经描述了特定的具体的实施方式，但对于本领域的普通技术人员显而易见的是本发明可有其他的修饰和/或各种变化。这样的修饰和/或变化因此被认为落在如本发明的权利要求的精神和范围之内，和/或它们是描述及举例性的。例如，已经注意到对于一定纯度的纤维素进料可以类似于熟知的用于常规化学DP减少步骤，调整需要的剂量。
权利要求
1.一种处理化学木浆的方法，包括基于在线的方式对化学木浆施加电子处理技术(EPT)步骤的步骤以控制纸浆的粘度或聚合度(DP)。
2.如权利要求1的方法，包括施加约1.5～25kGrays辐射剂量的步骤。
3.如权利要求1或2的方法，其中在线EPT步骤取代并因此去除化学DP减少步骤。
4.如权利要求3的方法，其中DP减少步骤是次氯酸盐处理步骤。
5.如权利要求1或2的方法，其中在通常或部分次氯酸盐步骤后，以低剂量施加EPT步骤作为粘度调整阶段以减少可能的不合格物料的量。
6.如权利要求5的方法，其中施加的调整剂量为约0.1～5kGray。
7.如前述任一项权利要求的方法，其中除了需要测量DP以控制这样的阶段(DO(0))外，在蒸煮/消化阶段后不进行DP测量，及可施加固定的辐射剂量以达到选择的最后产品粘度。
8.如权利要求7的方法，其中最后产品的粘度为约14～20cPs，或为4～7cPs。
9.如前述任一项权利要求的方法，包括在确定的DP减少阶段后调整DP的EPT步骤，或在最后的非DP减少步骤后，及在消除了DP减少步骤或减少了施加的化学剂量后，将木浆经较高辐射剂量处理的步骤。
10.如权利要求3或4的方法，包括通过明显减少或消除可吸附有机卤化物(AOX)和/或总有机卤化物(TOX)的产生，减少通常在常规化学木浆生产中可见的环境问题。
11.如前述任一项权利要求的方法，用于生产纸浆，当来自工艺前面阶段的进料具有宽范围的纸浆粘度时，所述生产的纸浆，与常规化学方法生产的纸浆相比，具有减少的DP变化率。
12.如权利要求1～10任一项的方法，用于生产这样的纸浆，与包括以常规经济的多层/部分捆处理技术，将EPT非在线施加到相同纸浆样品步骤的方法生产的同样的纸浆相比，具有较低的DP变化率。
13.如前述任一项权利要求的方法，用于生产最后的产品，其粘度为约7～20cPs，用于非短纤维的粘胶纤维的生产，包括粘胶纤维长丝、工业纤维、轮胎帘子线等产品。
14.一种处理化学纤维素的方法，包括基于在线的方式将EPT施加到包括棉绒的化学纤维素的步骤，以控制纸浆的粘度或DP。
15.如权利要求14的方法，包括上述权利要求1～13任一项的步骤。
16.一种处理化学木浆的工艺控制方法，包括利用辐射剂量—粘度关系曲线的步骤，以在线方式施加EPT步骤。
17.如权利要求16的方法，包括使用近似于对数、幂及指数特性曲线或其他特性曲线的关系或曲线的步骤。
18.如权利要求16或17的方法，包括控制粘度减少或木浆DP的步骤。
19.如权利要求16～18任一项的方法，用于生产纸浆，当进料具有宽范围的纸浆粘度时，与常规化学方法生产的纸浆相比，所述生产的纸浆具有减少的DP变化率。
20.如权利要求16～18任一项的方法，用于生产这样的纸浆，与包括以常规经济的多层/部分捆处理技术，将EPT非在线施加到相同纸浆样品的步骤的方法生产的同样的纸浆相比，具有较低的DP变化率。
全文摘要
本发明提供一种处理化学木浆，或包括棉绒的化学纤维素的方法，包括基于在线的方式对化学木浆或化学纤维素(视情况而定)施加电子处理技术(EPT)步骤的步骤以控制纸浆的粘度或聚合度(DP)。本发明也提供一种处理上述木浆或纤维素的工艺控制方法，包括利用辐射剂量－粘度关系曲线的步骤，从而基于在线方式施加EPT的步骤。本发明形式的在线EPT步骤取代并因此去除化学DP减少步骤。
文档编号C08B1/08GK1498227SQ02806650
公开日2004年5月19日 申请日期2002年3月14日 优先权日2001年3月15日
发明者伊恩·格列弗逊, 海因策斯特·莫比亚斯, 德里克·安德鲁·维特曼, 安德鲁 维特曼, 伊恩 格列弗逊, 斯特 莫比亚斯 申请人:塞皮有限公司