溶解纸浆的制作方法

本发明总体上涉及纸浆加工且更具体地涉及替代纸浆及其生产方法。

背景技术：

溶解纸浆是具有高的纤维素含量，例如大于约90％纤维素含量，或大于约96％纤维素含量的漂白的木材纸浆。通常，将其漂白至高水平的亮度并且具有诸如均匀的分子量分布的特殊性质。将其称为溶解纸浆，是因为未将其制成纸而是将其溶于溶剂或另外制成均匀的溶液，然后将其进行纺织以生产纺织品纤维或进一步进行化学反应以生产种类繁多的纤维素衍生物。

许多木材种类可用于生产溶解纸浆，然而，现在主要使用松树和桉树种类。大多数溶解纸浆由硬木材种类制备，主要是因为可用性、密度、成本和相对容易去木质素。在过去还尝试诸如芦苇、甘蔗渣和竹子的一年生植物，然而，减少所产生纸浆的二氧化硅含量却很困难，这使得该方法很麻烦并且其使用并不广泛。

由于为制备溶解纸浆选择特殊的硬木材种类需要大量木材种类的化学和物理性质的知识，因此努力探索使用其他硬木材材料用于溶解等级纸浆(grade pulp)的生产的可能性已经微乎其微。

显著地，溶解等级木材纸浆可用于生产粘胶(viscose)。粘胶(还称为粘胶人造纤维)为通过化学处理天然纤维素而产生的人造纤维基纤维，主要是使用粘胶方法溶解等级木材纸浆。有时，使用来自棉纤维(棉绒)的纤维素，但这并不常见。粘胶方法可用于根据需要生产具有不同物理和化学性质的人造纤维以生产最终产物，其可包括织物、非织物和高韧性品种。

粘胶人造纤维具有许多与棉线相似的性质。它容易染色，当加热 时不收缩并且可生物降解。因此，它用于许多纺织品和服装应用并且常与其他纤维混合。它具有良好的空气渗透性并且是良好的导热体，这使其成为适用于在温暖天气使用的凉爽舒适的纤维。由于其大于棉线的高吸湿性，其还可用于一次性卫生产品。

类似地，努力探索使用从其他木材种类制备的溶解纸浆的可能性已经十分微小。

因此，亟需提供替代溶解纸浆、其制备方法以及使用溶解纸浆用于制备新型粘胶纤维(viscose fibre)的方法。

概述

在第一方面中，提供了包含厚荚相思的纤维素材料的溶解纸浆。有利地，与其他分类学相近的种类(例如马占相思)不同，出乎意料地发现厚荚相思包含相对低量的亲脂性含量或亲脂性提取物，这使其适用于制备满足严格工业要求的溶解纸浆。

在第二方面中，提供了包含厚荚相思的纸浆的纤维素组合物，其特征在于基于所述组合物的固体含量厚荚相思纸浆为至少50wt％。

在第三方面中，提供了包含厚荚相思木片和至少一种水解介质的组合物。

在第四方面中，提供了组合物用于制备溶解纸浆的用途。

在第五方面中，提供了制备溶解纸浆的方法，所述方法包括：(a)将包含厚荚相思的纤维素材料或木质纤维素材料的组合物水解以由此形成经处理的纤维素组合物或木质纤维素组合物；(b)在条件下将所述经处理的组合物加热以生产所述溶解纸浆。

在第六方面中，提供了生产再生纤维素纤维的方法，所述方法包括：(a)碱处理厚荚相思的溶解纸浆以生产纤维素黄酸酯；(b)中和所述纤维素黄酸酯以生产所述再生纤维素纤维。

在第七方面中，提供了包含厚荚相思的纤维素材料的再生纤维素纤维，所述厚荚相思的纤维素材料的特征在于亲脂性含量为0至0.20wt％。

在第八方面中，提供了包含本文公开的再生纤维素纤维的纺织品。

定义

本文使用的下列词语和术语应具有所指定的含义：

术语“亲脂性成分”包括存在于木材中的脂肪酸、甾醇类、烃类、类固醇烃类和酮类，并且可溶于有机溶剂。亲脂性成分可通过诸如二氯甲烷(DCM)和丙酮的有机溶剂提取。因此，亲脂性成分可被称为“亲脂性提取物”，或更具体地，“DCM提取物”或“丙酮提取物”。术语“亲脂性含量(content)”也可在本文交换地使用。

术语“纤维素”或其语法变型是指形成线性链的β(1→4)连接的D-葡萄糖单元的均聚物。纤维素可包含数百至数千或更多的葡萄糖单元，使纤维素成为多糖。纤维素在诸如植物的细胞壁的许多天然产物中发现，因此可在木材、纸浆和棉花等其他中发现。在一些实施方案中，“纤维素”是指基本上不含木质素的有机材料或生物质。

术语“木质纤维素”或其语法变型在本文使用以指包含纤维素、半纤维素和木质素的有机材料或生物质。碳水化合物聚合物(纤维素和半纤维素)与木质素紧密结合。通常，这些物质还可包含木聚糖、蛋白质和/或诸如淀粉的其他碳水化合物。木质纤维素材料例如，在植物的茎、叶子、外皮、外壳和穗轴或树木的树叶、树枝和木质部中发现。木质纤维素材料可包含原始植物生物质和/或诸如农业生物质、商业有机物、建筑和拆迁废墟、城市固体废物、废纸和庭园废物的非原始植物生物质。木质纤维素材料的常见形式包括树木、灌木、草、小麦、麦秸、甘蔗渣、玉米、玉米壳、包括来自核的纤维的玉米粒、来自诸如玉米、大米、小麦和大麦的谷物的碾磨(包括湿法碾磨和干法碾磨)的产品和副产品以及城市固体废物、废纸和庭园废物。木质纤维素材料还可为但不限于草本材料、农业剩余物、林业剩余物和造纸厂剩余物。另外的实例包括但不限于树枝、灌木、甘蔗、玉米和玉米壳、能源作物、森林、水果、花、谷物、草地、草本作物、树叶、树皮、针叶、原木、树根、树苗、短期轮作木本作物、灌木、道岔草地、树木、蔬菜、果皮、葡萄树、甜菜浆、麦麸、燕麦壳、硬和软木、由包括农业和林业活动的农业过程产生的有机废物、特别地包括林业木材废物或 其混合物。木质纤维素材料可包含诸如漂白纸浆或未漂白物质的漂白物质。

如本文使用的，术语“半纤维素”是指包含不同糖单元的杂聚物，例如但不限于木糖、甘露糖、半乳糖、鼠李糖和阿拉伯糖。半纤维素是由数百至数千糖单元形成的支链聚合物。半纤维素可包含戊糖和己糖糖类二者。

词语“基本上”不排除“完全地”，例如“基本上不含”Y的组合物可以完全不含Y。必要时，可从本发明的定义中省略词语“基本上”。

除非另外规定，术语“包含”和“包括”及其语法变型意图代表“开放式”或“包含式”语言，使得它们不仅包括所列举的要素还允许包括另外未列举的要素。

如本文使用的，在制剂组分浓度的语境中，术语“约”通常意指所列值的+/-5％，更通常所列值的+/-4％，更通常所列值的+/-3％，更通常，所列值的+/-2％，甚至更通常所列值的+/-1％，且甚至更通常所列值的+/-0.5％。

在本公开中，可以范围形式公开一些实施方案。应当理解，范围形式的描述仅为了方便和简洁并且不应被解释为对公开范围的绝对限制。因此，范围的描述应被认为具有具体公开的所有可能子范围以及所述范围内的单个数值。例如，诸如1至6的范围的描述应被认为具有诸如1至3、1至4、1至5、2至4、2至6、3至6等的具体公开的子范围以及所述范围内的单个数值，例如，1、2、3、4、5和6。无论范围的宽度如何，均适用于上述范围。

在本文还可概括地和一般地描述一些实施方案。属于一般公开的各个下位种类和亚属分组也形成本公开的一部分。这包括实施方案的一般描述，条件或否定限制是从上位类别中排出任何对象，无论所排出的材料是否在本文具体列举。

附图简述

附图例示了公开的实施方案并且用于说明公开的实施方案的原理。然而，应当理解设计附图仅为了说明目的，并且不作为限制本发 明的定义。

图1表示本公开实施方案的预水解Kraft方法的示图。

图2表示本公开实施方案的粘胶方法的示图。

图3表示来自实施例2中提及的三个样品的实验室制备的碱性纤维素的预老化行为的图表：厚荚相思预水解Kraft溶解纸浆、桉树预水解Kraft溶解纸浆和商购桉树纸浆的参照。

图4表示来自实施例2中提及的三个样品的稀释的实验室制备的粘胶掺杂(dope)溶液在熟化后的相对颗粒体积分布的图表：厚荚相思预水解Kraft溶解纸浆、桉树预水解Kraft溶解纸浆和商购桉树纸浆的参照。

图5表示来自实施例2中提及的三个样品的实验室制备的粘胶掺杂溶液的熟化后行为的图表：厚荚相思预水解Kraft溶解纸浆、桉树预水解Kraft溶解纸浆和商购桉树纸浆的参照。

详细描述

本公开用于探索使用金合欢属植物(Acacia)制备溶解纸浆和使用由厚荚相思制备的预水解Kraft溶解纸浆制备粘胶纤维的可能性。

许多木材种类已用于商业Kraft纸浆生产。然而，金合欢属植物种类并未用于商业溶解等级纸浆生产。Kraft纸浆与溶解纸浆的区别在于木质素和半纤维素从溶解纸浆中去除。木质素和半纤维素的去除使纸浆可溶解，因此是“溶解”纸浆。此外，木质素和半纤维素的去除增加纸浆的纤维素含量以产生具有更强机械性质的纸浆。

因此，溶解纸浆为包含木材原料的纤维素纸浆的组合物。可使用本文公开的方法从木材制备溶解纸浆或溶解等级纸浆。

根据其应用，溶解等级纸浆有不同的商业规格。用于粘胶人造纤维生产的溶解等级纸浆的典型纸浆规格在下面表1中示出。

[表1]

已经发现厚荚相思包含少量的亲脂性成分，因此可满足溶解等级纸浆所需的纸浆规格。亲脂性成分(或亲脂性提取物)包括存在于木材中的脂肪酸、甾醇类、烃类、类固醇烃类和酮类，并且可溶于有机溶剂。木材中存在亲脂性含量对制浆过程和产生的溶解纸浆的质量具有负面影响。例如，纸浆的还原性质可能受甾醇类和具有小于C₂₀的碳链长度的饱和脂肪酸的影响。纸浆的粘度可能随甾醇剩余物的量的增加而增加，并且导致制浆过程的可操作性困难。此外，增加亲脂性含量的量可负面影响α纤维素的产率。α纤维素是期望的，因为它与半纤维素、β纤维素和γ纤维素相比具有最高程度的聚合并且是最稳定的。半纤维素是无定形的，因此有助于与纤维素相比更小地影响纸浆或纤维的机械强度。

因此，在一些实施方案中，提供了包含厚荚相思的纤维素材料的溶解纸浆。

木材中的亲脂性成分通过诸如二氯甲烷、丙酮、氯仿和乙醚的有 机溶剂提取。厚荚相思的二氯甲烷(DCM)提取物可小于约1wt％或小于约0.5wt％或小于约0.4wt％、或约0.33wt％或更少、或小于约0.3wt％或小于约0.25wt％或小于约0.2wt％或小于约0.1wt％，或为0至约0.2wt％的木材；并小于约0.2wt％、或约0.1wt％或更少的纸浆。作为比较，马占相思的DCM提取物为约1.21wt％的木材和约0.29wt％的纸浆。厚荚相思的丙酮提取物可小于约0.5wt％或小于约0.4wt％或小于约0.3wt％、或约0.2wt％或更少的纸浆。

因此，厚荚相思有利地具有优于其他金合欢属植物种类的化学性质。此外，有利地，由于厚荚相思具有较低的亲脂性成分，可容易地分离木材纤维并且可容易地管理在整个供应链和生产过程期间木材和纸浆的可操作性。在实施方案中，厚荚相思用作溶解纸浆的生产中的原材料。

经水解产生戊糖的多糖称为戊聚糖。木聚糖(一种类型的半纤维素)是戊聚糖的实例。本文公开的酸性预水解步骤降解木材原料中的半纤维素。因此，溶解纸浆中戊聚糖的量表示留在所生产的溶解纸浆中的半纤维素的量。包含厚荚相思的溶解纸浆可具有约2.0mg至约3.0mg的戊聚糖每100mg的木材原料。因此，公开的溶解纸浆可具有约2.0wt％至约3.0wt％的量的戊聚糖。在实施方案中，戊聚糖的量小于约2.9wt％或小于约2.8wt％或小于约2.7wt％或小于约2.6wt％或小于约2.5wt％，且大于约3.0wt％。

公开的溶解纸浆可具有大于约90wt％，或大于约95wt％，或大于约96wt％的溶解纸浆中的总碳水化合物的总α纤维素含量。公开的溶解纸浆可具有大于约90wt％、或大于约91wt％、或大于约92wt％、或大于约93wt％、或约94wt％或更多、或约95wt％或更多、或约96wt％或更多的溶解纸浆中的总碳水化合物的α纤维素含量。公开的溶解纸浆可具有至少约90wt％至约99wt％的溶解纸浆中的总碳水化合物的α纤维素含量。在实施方案中，公开的溶解纸浆可具有约96.4wt％的溶解纸浆中的总碳水化合物的α纤维素含量。

溶解纸浆中存在的半纤维素的量可大于约2.5％、或大于约3％、或大于约3.1％、或大于约3.2％的溶解纸浆中的总碳水化合物。

耐碱性对预测产品产率和高分子量纤维素部分的比例是重要的。溶解纸浆中的纤维素对于18％的氢氧化钠溶液的抵抗性称为“R18”，同时溶解纸浆中的纤维素对于10％氢氧化钠溶液的抵抗性称为“R10”。18％氢氧化钠溶液(R18)溶解半纤维素，而10％氢氧化钠溶液(R10)溶解低分子量纤维素和半纤维素二者。诸如α纤维素的较高比例的高分子纤维素是期望的，因此较高的R18值是期望的。溶解纸浆中的纤维素在18％氢氧化钠溶液中抵抗性可大于约95％、或大于约96％、或大于约97％、或大于约98％。

R18和R10值之间的差越大，溶解纸浆中降解的纤维素的量越高。在实施方案中，公开的溶解纸浆的R18值和R10值之间的差大于约0.5、或大于约0.6、或大于约0.7、或大于约0.8、或大于约0.9、或大于约1.0。

溶解纸浆中的纤维素在18％氢氧化钠溶液中的溶解度称为“S18”，同时溶解纸浆中的纤维素在10％氢氧化钠溶液中的溶解度称为“S10”。S10和S18值表示纸浆溶解度并且表示纸浆加工过程中材料损失的量，所述纸浆加工通常包括使用氢氧化钠溶液。S10和S18值分别与R10和R18值相反，并且通过从100％中分别减去R10和R18值来计算。溶解纸浆中的纤维素在18％氢氧化钠溶液中的溶解度可小于约5％、或小于约4％、或小于约3％、或小于约2％。溶解纸浆中的纤维素在10％氢氧化钠溶液中的溶解度可小于约10％、或小于约8％、或小于约7％、或小于约6％、或小于约5％。可使用本文公开的预水解Kraft方法从木材中制备溶解纸浆。

Kraft(或硫酸盐)方法是通常使用的制浆过程，其中使用氢氧化钠和硫化钠的碱性混合物水溶液处理和蒸煮木材。该处理降解在木材纤维内和之间的木质素并使其可溶解，能实现纤维分离。

“制浆(pulping)”通常是指实现纤维分离的方法。木材和其他有机植物材料包含纤维素、半纤维素、木质素和其他微量组分。木质素是在单个纤维之间穿插的聚合物网络，并且充当细胞间粘合剂以将单个木材纤维粘合在一起。在制浆过程期间，将木质素大分子分裂，由此释放单个纤维素纤维并且溶解可导致纸或其他最终产品的变色和以后 分解的杂质。

使用Kraft方法生产溶解纸浆使用另外的酸性预水解处理步骤，其用于降解木材中包含的半纤维素，因此称为“预水解Kraft方法”。由于半纤维素组分在碱性介质中抵抗降解而需要该酸性预水解步骤。通常，将产生的包含降解的半纤维素组分的酸性液体蒸发并燃烧用于能量产生或作为废物丢弃。

因此，在实施方案中，制备溶解纸浆的方法包括：(a)将包含厚荚相思的纤维素材料或木质纤维素材料的组合物水解以由此形成经处理的纤维素组合物或木质纤维素组合物；(b)在条件下将所述经处理的组合物加热以生产溶解纸浆。

基于木材原料，根据公开的方法制备的溶解纸浆的产率可大于约30wt％、或大于约35wt％、或大于约36wt％、或大于约37wt％、或大于约38wt％、或大于约39wt％。

根据本公开的实施方案，用于制备溶解纸浆的预水解Kraft方法在图1中例示。

参考图1，第一步为将木材原料切割成为合适大小的木片用于填充消化器容器。例如，大于约80wt％的木片大小可为约7mm或更大并且具有约7mm或更少的厚度。适用于填充消化器容器的典型木材片尺寸分布如下：具有约45mm或更大的尺寸的过大片至多为0.5wt％；具有约8mm或更大的厚度的过厚片至多为8wt％；具有约7mm或更大的尺寸和约7mm或更少的厚度的片(称为“合格品”)至少为82.5wt％；具有约3mm至约7mm的尺寸的片(称为“小合格品”)至多为7wt％；具有小于约3mm的尺寸的片(称为“细料”)至多为1wt％；可存在最多为1wt％的树皮。

如果基本上为球形，木片的尺寸是指片的直径，或者，如果为非球形的片，木片的尺寸是相对于球形片的当量直径。

木片可选自：树皮、树干、树根及其混合物。木材可选自特征在于亲脂性含量小于0.25wt％的植物。木材可选自金合欢属植物。木材可选自厚荚相思。

将木片加入至102中的消化器容器，其中可加入低压(LP)蒸汽以 软化木片。LP蒸汽可具有约4.0-4.2barg的压力。

消化器容器可为适用于在预水解Kraft方法中加热和蒸煮木材的任何消化器。可适当选择消化器容器为相对耐热和相对耐腐蚀的。

在实施方案中，水解步骤包括使用水解介质处理厚荚相思的纤维素材料或木质纤维素材料的步骤。水解介质可与厚荚相思的纤维素材料或木质纤维素材料反应以分解半纤维素。将纤维素或半纤维素的多糖水解以形成低分子量羧酸或有机酸。水解是与使用水破坏分子中的键有关的反应。反应主要在离子(例如多糖剩余物的阳离子抗衡离子)和水分子之间发生并且常改变溶液的pH值。因此，诸如有机酸的酸性反应产物可在水解过程中形成，产生酸性水解产物。

水解介质的实例为蒸汽或加压蒸汽。在实施方案中，水解介质基本上由蒸汽组成。蒸汽可处于本文公开的压力和温度。在实施方案中，使用蒸汽处理可在一个或两个或多个压力下进行。例如，在104中，可将在低至中等压力中的蒸汽加入至消化器以加热木材。加入的蒸汽可具有约4barg至约12barg的压力。加入的蒸汽可具有约150℃至约200℃的温度。蒸汽可来自LP蒸汽来源，并且具有约4.0-4.2barg的压力和约150-153℃的温度。蒸汽可来自中等压力(MP)蒸汽来源，并且具有约11.0-11.5barg的压力和约190-200℃的温度。蒸汽可在LP蒸汽来源和MP蒸汽来源之间交替。可将蒸汽加入至消化器的底部。

水解步骤可在单一步骤/阶段或多步骤/阶段中进行。在实施方案中，可在改变的压力和温度条件下使用蒸汽连续处理木片。

可进行水解步骤直至满足一定条件。可在一定条件下将木材处理预定的时间量。一定条件可包括例如，添加蒸汽直至木片的温度为约160至约175℃且消化器中的压力为约7barg，并保持这些条件约60分钟至约120分钟、或约75分钟至约120分钟、或约90分钟至约120分钟、或约105分钟至约120分钟、或约60分钟至约105分钟、或约60分钟至约90分钟、或约75分钟至约105分钟、或约90分钟至约105分钟、或约90分钟至约100分钟的时间。

可进行水解步骤直至水解产物具有小于约3的pH值、或小于约2的pH值、或约pH 1至约pH 3、或约pH 2至约pH 3的pH值。可处 理木材直至水解产物具有小于约3、或小于约2、或约pH 1至约pH 3、或约pH 2至约pH 3的pH值。在实施方案中，水解产物为浓缩蒸汽水解产物。

在104中，蒸汽可与木材中的成分反应以产生性质为酸性的反应产物。例如，可将木材中的半纤维素降解，产生与没有酸性预水解步骤产生的纸浆相比，有利地α纤维素含量更高并且具有更均匀的纤维素分子量分布的纸浆。对于生产合成粘胶人造纤维纤维特别地需要这些性质。产生的酸可进一步提高半纤维素的多糖的水解。

在一些实施方案中，经历酸水解的组合物包含厚荚相思木片，和至少一种水解介质。公开的组合物可用于制备溶解纸浆。

在106中，可通过将诸如热白液(HWL)的碱性溶液添加至消化器容器中来中和酸性组合物。可将HWL储存在容器HWL ACC中。可在约100℃至约150℃，或约110℃至约140℃、或约135℃的温度下添加HWL。可将HWL引入至消化器容器，例如通过泵送来自HWL源的HWL。白液为氢氧化钠和硫化钠的碱性混合物水溶液。氢氧化钠可以约60g/L至约80g/L、或约70g/L至约75g/L的浓度存在于白液中。硫化钠可以约30g/L至约40g/L、或约34g/L至约35g/L的浓度存在于白液中。可将HWL以相对于木材原料的逆流方向或一致(concurrent)的方向供给至消化器容器。在实施方案中，将HWL供给至消化器容器的底部以帮助HWL与木材材料以逆流方向接触。

来自消化器的废产物称为黑液(black liquor)。此时，热黑液(HBL)可包含来自半纤维素的降解的碳水化合物。可从消化器的顶部去除HBL。可在容器HBL ACC II中收集HBL。包含热白液和热黑液的容器可为适用于预水解Kraft方法的任何容器。可单独适当地选择包含热白液和热黑液的容器为相对耐热和相对耐腐蚀的。

Kraft方法不包括步骤104和106。

在108中，可将例如来自容器HWL ACC的更多的热白液加入至消化器容器。HWL降解在木材纤维内部和木材纤维之间的木质素并使其可溶解，由此能实现纤维分离以产生经处理的液体。木质素降解可在106中开始并在108中继续，或者可仅在108中开始。可在约100℃ 至约150℃，或约110℃至约140℃、或约135℃的温度下添加HWL。可例如通过泵送来自HWL源的HWL来将HWL引入至消化器容器。可将HWL以相对于木材原料的逆流方向或一致的方向供给至消化器容器。在实施方案中，将HWL供给至消化器容器的底部以帮助HWL与木材材料以逆流方向接触。

在108中，可在HWL的添加之前，或同时或之后将热黑液(HBL)加入至消化器容器。可将HBL储存在容器HBL ACC I中。可添加HBL以增加木质素的降解。可以补充消化器中的HWL的量添加HBL。可添加HBL以补充蒸煮过程中所需的体积。在108中添加的HBL可包含更高浓度的碱以帮助蒸煮过程。可例如通过泵送来自HBL来源的HBL来将HBL引入至消化器容器。可将HBL以相对于木材原料的逆流方向或一致的方向供给至消化器容器。在实施方案中，将HBL供给至消化器容器的底部以帮助HBL与木材材料以逆流方向接触。在添加至消化器中之前，可将HBL和HWL混合。可将HBL和HWL单独添加至消化器中。

此时，从消化器中去除的热黑液可包含来自半纤维素的降解和/或降解的木质素的碳水化合物。可从消化器的顶部去除HBL。可在容器HBL ACC II中收集HBL。

在110中，可将中等压力(MP)蒸汽加入至消化器以加热和蒸煮组合物从而产生溶解纸浆。MP蒸汽可具有约10.5-11.5barg、或约11.0-11.5barg的压力，和约180-200℃、或约190-200℃的温度。可例如，通过注射将蒸汽加入至消化器，加入至消化器的顶部和/或底部和/或加入至其中反应发生的消化器的中部。可添加蒸汽直至满足一定条件。可在一定条件下将在碱性溶液中处理的纤维素或木质纤维素组合物加热或蒸煮预定的时间量。一定条件可包括例如，添加蒸汽直至组合物的温度为约160至约170℃并保持这些条件约30分钟至约60分钟、或约40分钟至约60分钟、或约50分钟至约60分钟、或约30分钟至约50分钟、或约30分钟至约40分钟、或约40分钟至约50分钟、或约45分钟至约60分钟的时间。

因此，加热或蒸煮步骤可包括在碱性溶液的存在下加热处理的组 合物。碱性溶液可包括白液和/或黑液。碱性溶液可包含NaOH和Na₂S的混合物。

在一些实施方案中，在蒸煮步骤后获得的纤维素组合物包括厚荚相思的纸浆，特征在于基于纤维素组合物的固体含量，厚荚相思为至少50wt％、或至少55wt％、或至少60wt％。可将纤维素组合物洗涤或进一步精制以获得公开的溶解纸浆。

在一些实施方案中，公开的纤维素组合物特征在于厚荚相思的纸浆基本上不含木质素。在一些实施方案中，公开的纤维素组合物特征在于厚荚相思的纸浆基本上不含木质素并且具有诸如本文公开的那些量的少量的半纤维素。在一些实施方案中，公开的纤维素组合物特征在于厚荚相思的纸浆具有本文公开的亲脂性含量，例如0至约0.20wt％。

在一些实施方案中，纤维素组合物还包含液体混合物，所述液体混合物包含木质素、碳水化合物、半纤维素和无机盐。

在蒸煮过程后，可使溶解纸浆进行不同的纸浆处理过程。可根据需要选择纸浆处理过程。可根据需要按顺序安排纸浆处理过程。例如，可使溶解纸浆进行氧脱木素(oxygen delignification)，其中将氧气和烧碱应用于纸浆。可使溶解纸浆进行二氧化氯漂白过程(由“D”表示)，其中将二氧化氯应用于纸浆。可使溶解纸浆进行另一漂白过程，其中将烧碱(由“E”表示)、氧气(由“O”表示)和过氧化氢(由“P”表示)同时应用于纸浆(因此，由“EOP”表示)。

在实施方案中，可使溶解纸浆进行实施氧去木质作用，随后使用顺序OD(EOP)DP漂白。

公开的纤维素组合物可用于制备溶解纸浆。

在112中，可添加置换液体以洗涤所产生的纸浆。可添加置换液体以从消化器中去除热黑液。可将本方法的无机化学品回收用于再使用或再利用。可将有机组分回收用于能量产生。置换液体可包含粗浆洗涤溶液，其为来自消化器蒸煮装置的第一粗浆纸浆洗涤阶段下游的pressate。可将置换液体加入至消化器的底部。可从消化器的顶部去除HBL并在容器HBL ACC I和HBL ACC II中收集。

在114中，可通过置换液体将产生的溶解纸浆排出消化器，并去除至出料罐。可在消化器的底部去除溶解纸浆。

在另一实例中，可使用酸性亚硫酸盐方法从木材制备溶解纸浆。

在酸性亚硫酸盐方法中，可使用亚硫酸的水溶液和诸如钙或镁的碱性化学品的盐处理木材。酸性亚硫酸盐制浆的目的是不降解或破碎木质素，但通过使它性质更亲水来溶解它。酸性亚硫酸盐纸浆可能比具有类似木质素含量的预水解Kraft纸浆具有相对更低的半纤维素含量和更高的纤维素含量。酸性亚硫酸盐纸浆可能相对容易漂白。公开的酸性亚硫酸盐方法可能够生产溶解纸浆具有大于约90％、或大于约91％、或大于约92％的溶解纸浆中的总碳水化合物的纤维素含量。

然而，酸性亚硫酸盐方法可产生比Kraft和预水解Kraft方法更多的污染，这是因为更高量的SO₂可能被排放至环境。酸性亚硫酸盐方法可能不能有效地溶解提取物，因此，它的使用可能适用于更小范围的木材原材料种类。可使用酸性亚硫酸盐方法制备溶解纸浆。

有利地，可在比酸性亚硫酸盐方法的蒸煮步骤更短的时间内进行所公开的预水解Kraft方法的蒸煮步骤以获得相似的溶解纸浆质量。有利地，所公开的预水解Kraft方法可产生比酸性亚硫酸盐方法机械更强的纸浆。有利地，所公开的预水解Kraft方法可包括比酸性亚硫酸盐方法更容易回收和再使用的化学试剂。有利地，所公开的预水解Kraft方法可包括有效漂白技术以能实现满足相关溶解纸浆的要求。

可从所公开的溶解纸浆制备粘胶。可将来自厚荚相思的纤维素纤维再生为粘胶纤维。因此，在实施方案中，提供了生产再生纤维素纤维的方法。所述方法可包括碱处理厚荚相思的溶解纸浆以产生纤维素黄酸酯的步骤(a)。所述方法可包括中和纤维素黄酸酯以产生再生纤维素纤维的步骤(b)。

本公开的实施方案的粘胶方法在图2中例示。

在202中，将溶解等级纸浆碱化。可将溶解纸浆和氢氧化钠水溶液混合在一起。可在添加氢氧化钠水溶液之前、同时或之后添加溶解纸浆。使用的氢氧化钠的浓度可为约10wt％至约25wt％、或约15wt％至约25wt％、或约15wt％至约20wt％、或约18wt％。在氢氧化钠水 溶液中处理溶解纸浆可在约50℃至约60℃，或约53℃至约55℃的温度下进行。碱性处理的压力条件不受特别限制并且可在环境压力下进行。溶解纸浆可为本文公开的一种。在实施方案中，溶解纸浆可包含厚荚相思。在实施方案中，可提供特征在于小于0.25wt％的亲脂性含量的厚荚相思的溶解纸浆。

在204中，可将碱化的纸浆浸渍、压缩和切碎。可在步骤204之前或与其同时进行步骤202。根据下面反应方案1，在氢氧化钠水溶液的溶液中浸渍纸浆之后纸浆中纤维素分子的醇化物基团与氢氧化钠水溶液溶液反应以产生碱性纤维素。

[反应方案1]

(C₆H₁₀O₅)_n–OH+NaOH→(C₆H₁₀O₅)_n–O–Na+H₂O

此后，压缩碱性纤维素浆料去除过多的氢氧化钠。切碎干燥的浆料产生碱性纤维素碎片。

在206中，碱性纤维素碎片可经历老化过程，其中将碎片暴露于氧气。可将老化过程进行约4至约6小时、或约5小时的持续时间。暴露于氧气可减少纤维素的聚合程度至约400至约500。

在208中，根据下面反应方案2，可使用二硫化碳(CS₂)溶液处理老化的纤维素以形成纤维素黄酸酯。步骤208被称为黄原酸化。

[反应方案2]

基于诸如烘箱干燥的纤维素的纤维素干燥重量，可将约30wt％至约40wt％的量的CS₂加入至老化的纤维素。例如，基于烘箱干燥的，可将1000kg的CS₂加入至3吨的纤维素。或者，可将老化的纤维素泵送至CS₂的容器。

在210中，可将纤维素黄酸酯溶于弱氢氧化钠水溶液以产生具有与蜂蜜类似稠度的橙色糖浆液体。使用的氢氧化钠的浓度可为约10g/L至约20g/L、或约15g/L至约17g/L。橙色糖浆液体为粘胶溶液。

因此，碱处理步骤可包括使用氢氧化钠水溶液处理溶解纸浆；将经处理的溶解纸浆老化；和经老化的溶解纸浆与二硫化碳反应以形成 纤维素黄酸酯。

可制备不同浓度的氢氧化钠溶液并且储存在碱液站中。相关管道可流动地连接碱液站与包含反应的容器。

在212中，可在氧气的存在下将粘胶溶液熟化(ripen)一段时间。在熟化过程中暴露于氧气以降低溶液的粘度和纤维素聚合的程度。可将溶液的粘度降低至约45-55Pa·秒。可将聚合程度降低至约400至约500。在熟化后，可将溶液过滤以去除诸如凝胶和未溶解纤维的杂质。滤液(或粘胶掺杂)主要包含纤维素和氢氧化钠。可将剩余物抛弃或再利用。可将滤液脱气以去除分散的气体。杂质和分散的气体有助于有问题的纺丝和差质量的最终产品，因此有利地去除。当获得需要的质量和熟化度时，步骤212完成。获得的熟化度可为15-20度Hottenroth，即凝聚粘胶所需的15-20ml的10％氯化铵溶液。从在氢氧化钠中溶解纤维素黄酸酯到开始纺丝过程花费的时间可为约8至10小时。

在214中，可使滤液进行在硫酸溶液中的湿法纺丝工艺。纺丝浴溶液中硫酸溶液的浓度可为约108至约112g/L、或约110g/L。湿法纺丝工艺可包括泵送粘胶滤液至喷丝器并挤出粘胶至来自纺丝浴(spinbath)站的硫酸纺丝浴液体中以沉淀和再生纤维素从而形成纤维。可在约45℃至约50℃的温度下进行湿法纺丝工艺。

湿法纺丝工艺中的反应根据下面反应方案3。

[反应方案3]

将气体形式的CS₂排出并形成硫酸钠(Na₂SO₄)作为主要的副产物。

可将使用的纺丝浴液体通过/再循环返回至纺丝浴站以被过滤、脱气从而去除溶解的CS₂和H₂S，并且升温至工艺温度。为了保持纺丝浴组合物，可将从粘胶溶液中引入的水蒸发。通过上述反应方案3的纺丝反应和纺丝浴中的硫酸形成的硫酸钠副产物可通过结晶去除。可将新鲜硫酸加入至纺丝浴组合物。

可将在纤维形成过程中和在处理过程之后逐渐形成的二硫化碳(CS₂)进行收集、浓缩和再使用。可将具有痕量CS₂和H₂S的废气氧化 以提供元素硫(S)、二氧化硫(SO₂)或硫酸(H₂SO₄)，或者将其在吸附设备中进一步处理。

因此，中和步骤可包括在硫酸浴中使纤维素黄酸酯进行湿法纺丝工艺以由此产生再生纤维素纤维。

在216中，可将再生纤维素粘胶纤维拉伸。在218中，可将拉伸的纤维切割成期望长度。通过重力从切割机向下排出的切割纤维机械分布在水槽的整个宽度上并且在水槽中的热水上形成绒毛(fleece)“漂浮”。将蒸汽注入热水以从纤维中排出所有剩余的CS₂和H₂S。排出的气体形成气泡，其导致纤维绒毛在热水上“漂浮”。由于从切割机中连续新鲜供给，因此将纤维绒毛逐渐向前推进直至它到达后处理机器。

在220中，可将切割纤维供给至后处理机器，其中它们可经历洗涤、脱硫、漂白和/或软化。

通常，可将后处理分为下列洗涤和处理部分：

a)无酸洗涤(约70℃)。

b)第一洗涤以确保去除所有痕量的酸(约70℃)。

c)使用热NaOH-Na₂S溶液(2-3g/L，约65℃)脱硫。

此处去除痕量的元素硫和其他硫化合物。根据下列方程式，纤维上最后分散的硫与溶液中的NaOH反应：

[反应方案4]

6NaOH+12S→2Na₂S₂O₃+2H₂O或Na₂S→Na₂S₅

形成的聚硫化物为水溶性的，因此可洗掉。必须小心洗涤水的温度高于45℃。

d)第二洗涤用于脱硫浴的去除(约60℃)。

e)在pH值9-10和20-25℃的温度的情况下，使用次氯酸钠溶液，1-2g/L活性氯漂白。

NaOCl(次氯酸钠)的作用是由于实际上NaOCl水解成为次氯酸，其在氧分裂下起作用作为非常强的氧化剂。水解程度依赖pH值和温度。通过较低的pH值和较高的温度实现加速。然而，必须注意自由基漂白不破坏纤维。因此，浴中的条件必须保持恒定。

如果需要卫生等级或食品等级粘胶纤维，则通常需要无氯漂白。 为了该目的，通常使用过氧化氢。漂白的进行也基于氧化反应。

f)第三洗涤(约30℃)

g)最后洗涤(约60℃)

h)软化(约50℃)

此处，将提供纤维具有随后纺织品操作必需的特征的软化剂引入在纤维上。必需根据随后纺织品操作选择软化剂类型。

在所有洗涤和处理部分之间，挤压辊可用于去除过量液体。可根据需要使用更多或更少的水填充它们以调整这些辊的重量并因此调整挤出率。

在软化部分之前或之后，挤压辊可用于去除尽可能多的附着水。根据需要，可使用气动压力调节挤压辊。

重要的是考虑，为了：

-不稀释软化浴

-将纤维中尽可能少的湿气带入干燥器(蒸汽节约)。

在222中，可将处理的粘胶纤维干燥、挤压和包装成捆。

因此，在实施方案中，提供了包含厚荚相思的纤维素材料的再生纤维素纤维。厚荚相思的纤维素材料可特征在于0至0.20wt％的亲脂性含量。在实施方案中，提供了包含本文公开的再生纤维素纤维的纺织品。

显然，在阅读前述公开内容后，在不违背本发明的主旨和范围下，本发明的各种其他修改和改编对于本领域技术人员而言是明显的并且意图所有这种修改和改变在所附的权利要求书的范围内。

实施例

通过参考具体实施例进一步更详细地描述本发明的非限制性实施例和对比实施例，所述具体实施例不应被解释为以任何方式限制本发明的范围。

实施例1

进行实验室研究以研究使用厚荚相思以产生预水解Kraft溶解纸 浆。为了生产商业溶解纸浆建立消耗数据以及所产生纸浆的质量数据。从桉树制备的溶解纸浆用作标准。

详细实验室蒸煮条件和结果可在下面表2中给出。

[表2]

预水解-因子(P-因子)预测蒸煮时间和/或温度所需的调整以产生相同程度的纸浆和产生具有预定特征的纸浆。厚荚相思的预水解时间(5mins)略长于桉树，这是因为需要更高的P-因子以获得戊聚糖目标。然而，总蒸煮循环时间在通常的商业溶解纸浆规范内。

以基于厚荚相思木材原料大于39％的相对高的产率获得良好质量的纸浆。对于未漂白纸浆，厚荚相思具有97.3％的R18值和2.6％的戊聚糖含量。

该结果可与商业桉树溶解纸浆相比。

在蒸煮过程后，对溶解纸浆进行氧去木质作用，然后，其随后是使用顺序OD(EOP)DP的漂白。经漂白的纸浆的分析在下面表3中示出。

[表3]

上述实验室研究证实，使用厚荚相思的控制蒸煮和漂白可能满足商业溶解纸浆所需的所有重要参数，如表3中所示。

实施例2

进行实验室研究以确定实验室制备的厚荚相思和桉树预水解Kraft溶解纸浆用于制备商业等级粘胶纺丝溶液的适用性。将结果与使用商购桉树溶解纸浆(参照纸浆)获得的那些比较。

根据图2中例示的流程图制备粘胶纤维。

从溶解等级厚荚相思制备的步骤204的制备的碱性纤维素纸浆的挤压行为相当于典型的溶解等级硬木材纸浆。

然后，在步骤206中将碱性纤维素样品预老化。尽管厚荚相思和桉树预水解Kraft溶解纸浆的聚合程度和粘度(DP/粘度)的初始值相似，但纸浆的预老化反应存在差异。图3表示桉树预水解Kraft溶解纸浆粘度更小，并且在碱性纤维素老化步骤过程中DP以比厚荚相思预水解Kraft溶解纸浆更快的速率降低。然而，样品的DP-调节的滤过指数和滤过率(filterability)行为在商业等级粘胶溶液的预期规范内(参见下面表4)。

在步骤212中的过滤后，显微镜分析(未示出)表明在从三种纸浆样品制备的粘胶溶液内不存在未溶解的纤维或溶解差的凝胶。

在步骤212中的熟化后，在图4中可以看出从厚荚相思制备的粘胶溶液具有比测试的其他纸浆更高的平均粒径和更宽的分布。

粘胶溶液的熟化后行为差异不大。然而，如图5所示，使用厚荚相思溶液在最初观察到稍微更快的速率。

该实施例中的实验室研究结果表示从厚荚相思预水解Kraft溶解纸浆制备的粘胶溶液满足适用于粘胶纤维的商业生产的通用要求。