制备用于酯化的多糖片材的方法

制备用于酯化的多糖片材的方法
【专利摘要】本发明提供了纤维素的加工，更特别地提供了纤维打开和下游加工和化学。一种方法包括将纤维素片材原料润湿至约20％至约50％范围内的水含量、将经润湿的纤维素片材研磨成湿润纸浆、将所述湿润纸浆急骤干燥成含湿量为约4％至约8％的纤维素絮状物，以及酯化所述纤维素的絮状物以提供纤维素酯产品。
【专利说明】制备用于酯化的多糖片材的方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及纤维素的加工，更特别地涉及纤维打开(open)和下游加工和化学。

【背景技术】
[0002]来自片材和卷材形式的纤维素的官能化通常起始于打开步骤，以制备用于下游加工和化学的纤维。特别地，就用以制备各种乙酸纤维素产品的下游乙酰化而言，纤维素通常源自阔叶木浆和针叶木浆和棉短绒。
[0003]数种因素在纤维素加工中的多个阶段引入局限性。片材硬度为可影响纤维打开的一个这种因素。例如，在使用本领域所用的标准研磨设备的情况下，浆料进料的硬度指数应小于约3psi/mil。Mullen耐破度测试(其测量随着纤维素片材或纸板在具体条件下的承载能力而变化的刺穿纤维素片材或纸板所需的压力)也提供了纤维素进料是否在设备中表现良好的指示。
[0004]已指出，可使用极性液体，特别是水来改进纤维打开步骤。尽管水良好适用于纤维打开步骤，尤其是就提供绿色化学过程的考虑而言，但其在碾磨浆料产品中的存在可妨碍下游化学。例如，在乙酰化过程中，水可消耗乙酰化试剂乙酸酐，从而导致该试剂的无效消耗。改进用于下游化学的加工的尝试已导致缺乏一致可靠的含湿量的碾磨产品。干燥的尝试常常导致干燥不足、干燥过度或不均匀干燥的产品，这影响官能化阶段的产品的品质。


【发明内容】

[0005]本发明涉及纤维素的加工，更特别地涉及纤维打开和下游加工和化学。
[0006]在一些方面,本文公开的实施方案涉及一种方法,所述方法包括将纤维素片材原料润湿至约20%至约50%范围内的水含量、将经润湿的纤维素片材研磨成湿润浆料、将所述湿润浆料急骤干燥成含湿量为约4%至约8%的纤维素的絮状物，以及酯化所述纤维素的絮状物以提供纤维素酯产品。
[0007]在其他方面，本文公开的实施方案涉及一种方法，所述方法包括:(a)将纤维素片材原料润湿至约20%至约50%范围内的水含量；然后(b)将经润湿的纤维素片材研磨成湿润浆料；然后(c)将所述湿润浆料急骤干燥成含湿量为约5%至约8%的纤维素的絮状物；然后(d)酯化所述纤维素的絮状物以提供纤维素酯产品；然后(e)由所述纤维素酯产品形成纤维丝束。
[0008]当阅读如下优选实施方案的描述时，本发明的特征和优点对于本领域技术人员而言将容易显而易见。

【专利附图】

【附图说明】
[0009]包括如下附图以说明本发明的某些方面，且如下附图不应被看作排他的实施方案。如受益于本公开的本领域技术人员可想到，所公开的主题能够进行形式和功能的显著修改、改变和替代。
[0010]图1显示了本发明的方法中所用的急骤干燥器的一个实施方案。
[0011]图2显示了对于所有收集的样品，达峰时间相对于急骤干燥器入口水分的图。
[0012]图3显示了仅对于来自集尘器的样品，达峰时间相对于急骤干燥器入口水分的图。

【具体实施方式】
[0013]本发明涉及纤维素的加工，更特别地涉及纤维打开和下游加工和化学。
[0014]在许多优点中，本发明提供了如下方法:所述方法在水的协助下使原料纤维素经受纤维打开/研磨，之后干燥以获得更均匀的含湿量，并同时避免研磨纤维素产品的过度干燥或干燥不足。所得纤维素絮状物的含湿量在与下游过程化学(包括例如酯化)可相容的范围内。
[0015]不同于使用纤维打开、研磨机等的许多纤维素处理方法，本发明的方法可在单独的水的存在下实现这种纤维操作，而无需本领域常用的各种添加剂(如表面活性剂)。因此，本发明的方法以环境友好的方式实现纤维操作。尽管这种处理方法避免了添加剂的需要，但本发明的方法可由使用者自行决定而使用本领域已知的任何添加剂，包括例如表面活性剂、交联剂、疏水性材料、矿物颗粒、增塑剂、泡沫等。这种添加剂可基于纤维素产品的目标最终用途而进行选择，但不必实现前述纤维打开/研磨。
[0016]本发明的方法中的各个步骤易于整合成用于制备官能化纤维素最终产品(如纤维素酯，例如乙酸纤维素)的单个系统。例如，可将在本发明的急骤干燥过程中产生的纤维素絮状物进料至旋风分离器，将所得的经分离的纤维素絮状物产品直接装入用于化学官能化的反应物容器中，从而减少材料的处理量以及减少大气暴露。
[0017]本发明的方法与比本领域通常使用的成本更低的硬纤维素片材的使用可相容，并同时提供适用于进一步的化学官能化的低密度的中间良好研磨的纤维素絮状物。用于研磨和干燥纤维素的条件足够轻柔，从而使纤维破坏达到最小。考虑到本文提供的指导，其他优点对于本领域技术人员将是显而易见的。
[0018]在一些实施方案中，本发明提供了一种方法，所述方法包括将纤维素片材原料润湿至约20%至约50%范围内的水含量、将经润湿的纤维素片材研磨成湿润浆料、将所述湿润浆料急骤干燥成含湿量为约4%至约8%的纤维素的絮状物，以及酯化所述纤维素的絮状物以提供纤维素酯产品。
[0019]如本文所用，术语“润湿”指将水添加至纤维素原料直至以重量百分比计的目标水含量的过程。润湿可通过本领域常用的任何方式实现，例如，润湿可通过浸溃或喷雾技术实现。当使用喷雾技术润湿纤维素原料时，喷雾可包括在片材的一侧或两侧上喷雾。在一些实施方案中，润湿也可在最初切割本体纤维素原料或降低本体纤维素原料的尺寸之后完成，包括润湿窄条、小板或通过最初切割或撕裂片材而制得的其他更小的片段。
[0020]在一些实施方案中，进行纤维素原料的润湿，以提供水含量在约20重量％至约50重量％范围内的经润湿的纤维素片材原料。在一些实施方案中，经润湿的纤维素原料具有在约30 %至约40 %范围内的水含量。在一些实施方案中，经润湿的纤维素原料具有在约20%至约25%范围内的水含量。在一些实施方案中，经润湿的纤维素原料具有在约25%至约30 %范围内的水含量。在一些实施方案中，经润湿的纤维素原料具有在约30 %至约35 %范围内的水含量。在一些实施方案中，经润湿的纤维素原料具有在约35%至约40%范围内的水含量。在一些实施方案中，经润湿的纤维素原料具有在约40 %至约45 %范围内的水含量。在一些实施方案中，经润湿的纤维素原料具有在约45%至约50%范围内的水含量。在一些实施方案中，经润湿的纤维素原料具有约20%、21%、22%、23%、24%、25%、26%、27%,28%,29%,30%,31 %,32%,33%,34%,35%,36%,37%,38%,39%,40%,4142%、43%、44%、45%、46%、47%、48%、49%和50%的水含量，包括其任意分数。
[0021]本领域技术人员将认识到，水分的重量百分比的精确选择可取决于所选的纤维素片材源。作为一般指导，含湿量应该足以影响纤维打开并促进下游研磨过程。在约15%含湿量以下，则许多纤维素片材原料源可能不显示足够的纤维打开。同样地，超过约55%含湿量可导致下游急骤干燥过程的问题，包括例如过度干燥、干燥不足或不均匀干燥的产品。给定纤维素原料的适当的含湿量的评估可通过许多方式评价，包括例如评价研磨的效力或确定下游化学的产率/效率(如酯化产率)。评价本发明的方法的效力的其他方式包括目测经干燥的研磨浆料和/或通过合适的分析测试而定量确定含湿量，如本领域技术人员已知。
[0022]如本文所用，术语“纤维素原料”或“浆料”指任意数量的片材、包或其他形式和组合的形式的市售或易于制得的纤维素。纤维素通常源自特征在于阔叶、针叶或棉的植物物种。这种浆料包括但不限于马尼拉麻浆、乙酸酯浆、由农业残余物(如稻草、蔗渣等)制得的农业残余物浆、α浆、白杨阔叶树牛皮纸浆、竹浆、桦木阔叶树牛皮纸浆、酸式亚硫酸盐化学机械浆(BCMP)、漂白的化学热机械浆(BCTMP)、漂白的桉木牛皮纸浆(BEKP)、漂白的牛皮纸浆(BKP)、褐色浆、化学浆、化学磨木浆(CGP)、化学机械浆(CMP)、化学精磨机械浆(CRMP)、化学热机械浆(CTMP)、冷苏打浆、棉短绒、棉浆、脱墨浆(DIP)、溶解浆、西班牙草浆、醚类浆、桉木浆、亚麻浆、完全漂白浆、磨木浆(GWP)或磨石磨木浆(SGWP)、全熟浆、阔叶树(山毛榉)亚硫酸盐衆、麻衆、热磨木衆或热磨木黄麻衆、洋麻衆、木节衆、牛皮纸衆、商品衆、机械浆、微晶纤维素浆、 中性亚硫酸盐或单亚硫酸盐浆、中性亚硫酸盐半化学(NSSC)硝化浆、北方漂白阔叶树牛皮纸浆(NBHKP)、北方漂白针叶树牛皮纸浆(NBSKP)、北方混合阔叶树牛皮纸浆、由非木材植物材料(如稻草、禾草、破布等)制得的非木材浆、纸张级浆、加压磨木浆(PGW)、加压精磨机械浆(PRMP)、辐射松针叶树牛皮纸浆、破布浆、回收纤维浆、精磨机械浆(RMP)、精磨锯屑浆、强化浆、锯屑浆、斯堪的纳维亚针叶树牛皮纸浆、半碱性浆、半漂白浆(SBP)、半化学浆、半化学机械浆(SCMP)、西沙尔麻浆、半熟浆、针叶树浆、针叶树亚硫酸盐浆、南方漂白阔叶树牛皮纸浆(SBHKP)、南方漂白针叶树牛皮纸浆(SBSKP)、南方混合阔叶树牛皮纸浆、南方松木针叶树牛皮纸浆、特种浆、草浆、串联热机械浆(串联TMP)、热化学机械浆(TCMP)、热机械浆(TMP)、全无氯(TCF)未漂白针叶树浆(UBSK)、未洗浆、纤维胶浆或人造丝级浆、洗涤浆、无木材浆和木浆。也可使用纤维素的任意生物源。
[0023]在一些实施方案中，本发明的方法使用纤维素的润湿，其包括用去矿化水处理。如上所述，本发明的方法有利地使用单独的水来实现纤维的纤维打开/机械操作，而无需另外的添加剂，这种方法随着使用适当量的水以产生经润湿的纤维素原料而变化，并避免了对表面活性剂或常用于化学或机械操作纤维素纤维的其他添加剂的需要。尽管如此，在一些实施方案中，可在润湿过程中使用添加剂以用于纤维的某些目标下游应用，包括表面活性剂、交联剂、疏水性材料、矿物颗粒、增塑剂、泡沫、油墨、调味剂和抗菌剂。在一些这种实施方案中，当待实现下游酯化时，添加剂的选择被选择为与酯化条件可相容。
[0024]在一些实施方案中，本发明的方法包括研磨步骤。如本文所用，“研磨”指将纤维素原料的尺寸降低至大量浆料的过程。在一些这种实施方案中，大量浆料为湿润浆料。在一些实施方案中，研磨过程也可将单独的纤维素纤维破碎成更小的尺寸。在一些实施方案中，本发明的方法包括研磨步骤，所述研磨步骤包括将纤维素原料破碎成小片段，并进一步将小片段研磨成湿润浆料。在一些实施方案中，在润湿纤维素片材原料之后进行研磨。在一些实施方案中，研磨过程的一部分在润湿纤维素原料之前进行。在一些实施方案中，研磨过程提供可递送至急骤干燥台(stat1n)以用于进一步加工的润湿浆料。在一些实施方案中，研磨过程提供可递送至急骤干燥之前的预处理台的润湿浆料。在这种预处理台中，可将前述添加剂中的任意者混合至湿润浆料中。
[0025]在一些实施方案中，在经润湿的纤维素的研磨之后，使所得湿润浆料经受急骤干燥。在一些实施方案中，急骤干燥器基于环形喷射研磨技术，例如，使用低压热气干燥并解附聚湿润衆料的ThermaJet急骤干燥器(Fluid Energy, Telford PA)。参见，例如，图1。将热气通过喷嘴引入急骤干燥器中，以产生高速度旋转气体/产品流。气体流快速吹扫进入干燥室的湿润浆料材料，在干燥室中，湍流热空气通过产生粒子与粒子的碰撞而将湿润浆料快速解附聚。这些碰撞增加了暴露于干燥介质的表面积，从而促进有效急骤干燥的快速热交换。气体/产品流从干燥区进入静态分类区中。由于离心力，更大更湿润的粒子保持于干燥器环的外部，在此处它们将再循环至干燥室中。更轻更干燥的粒子用废气流去除。
[0026]在一些实施方案中，急骤干燥可在急骤干燥器的进料入口处的约105°C至约200°C范围内的温度和急骤干燥器的出口处的约60°C至约130°C范围内的温度下进行。在一些实施方案中，急骤干燥器的进料入口温度在约100°C至约120°C的范围内。在一些实施方案中，急骤干燥器的进料入口温度在约120°C至约140°C，约140°C至约160°C，约160°C至约180°C，或约180°C至约200°C的范围内，包括其间的任何内嵌范围及其分数。同样地，在一些实施方案中，急骤干燥器的进料出口温度在约60°C至约80°C的范围内。在一些实施方案中，急骤干燥器的进料出口温度在约80°C至约100°C，约100°C至约120°C，约120°C至约140°C，或约140°C至约160°C的范围内，包括其间的任何内嵌范围及其分数。操作温度参数可影响得自急骤干燥过程的经干燥的纤维素絮状物的最终含湿量和密度。
[0027]在一些实施方案中，急骤干燥使用低压热气进行。例如，在一些实施方案中，测量为喷嘴供应压力的低压在约2至约4psig之间的范围内，包括1、2、3和4psig及其分数。在一些实施方案中，急骤干燥使用热空气进行。在一些实施方案中，急骤干燥步骤使用被直接或间接加热的空气进行。已指出，以直接模式加热可导致所得纤维素絮状物的一定程度的着色。当产品的颜色重要时，热量可间接供应至递送至急骤干燥器的空气，以减少这种着色。
[0028]在一些实施方案中，本发明的方法使用分离步骤，所述分离步骤可选择性地去除具有特定密度的产品纤维素絮状物，并同时去除细料和其他不希望的颗粒物质。在一些实施方案中，纤维素的絮状物的这种分离可通过旋风分离器完成。旋风分离器可易于与上游的急骤干燥器连接，并提供将分离的纤维素絮状物向用于随后官能化化学的反应容器的任选的直接递送。
[0029]在一些实施方案中，本发明的方法还包括酯化步骤，所述酯化步骤包括使用乙酸酐、丙酸酐、丁酸酐、混合酸酐和它们的组合处理。纤维素的酯化可使用本领域已知的方法实现。例如，乙酰化可通过在乙酸和硫酸的混合物的存在下使纤维素絮状物与乙酸酐反应而实现。在一些实施方案中，酯化步骤包括使用任何酸酐处理，以提供经酯化的纤维素絮状物。在一些实施方案中，酯化步骤包括使用乙酸酐处理，以提供乙酸纤维素产品。
[0030]纤维素的部分酯化是本领域已知的。这提供了通过与多个酯化试剂反应而获得混合的酯化产品的途径。因此，在一些实施方案中，本发明的方法包括使用第一酯化试剂以产生第一酯化产品，其中并非所有可得的羟基与第一酯化试剂反应。第一酯化产品可随后经受第二酯化，以提供混合的经酯化的纤维素絮状物。在一些实施方案中，第一酯化试剂为乙酸酐，第二酯化试剂为长链脂肪酸酐，所述长链脂肪酸酐为包含约7至约30个碳原子之间的支链或非支链的饱和或不饱和的脂肪酸。在一些实施方案中，第一酯化试剂为长链脂肪酸酐，第二酯化试剂为乙酸酐，所述长链脂肪酸酐为包含约7至约30个碳原子之间的支链或非支链的饱和或不饱和的脂肪酸。
[0031 ] 在一些实施方案中，使用与乙酸酐酯化的本发明的方法可用于产生本领域已知的乙酸纤维素产品，例如二乙酸纤维素或三乙酸纤维素。在一些实施方案中，本发明的方法可用于制备具有每单体单元约0.1至约3个乙酸酯基团的任意取代度的乙酸纤维素。即，少于I个直至组成纤维素聚合物的单体单元葡萄糖上的所有可得的羟基的平均值。在一些这种实施方案中，使用所述方法制备二乙酸纤维素。在一些这种实施方案中，使用所述方法制备三乙酸纤维素。
[0032]可通过本发明的方法获得的乙酸纤维素可包括乙酸酯薄片、乙酸酯丝束和乙酸酯膜。乙酸纤维素薄片可转化为广泛范围的产品，由牢固透明的耐冲击的塑料至柔软可垂的吸收性织物。乙酸纤维素纤维丝束可由乙酸酯薄片制得。在一些实施方案中，本发明的方法还包括由纤维素酯产品形成纤维丝束。在一些这种实施方案中，纤维丝束包含乙酸纤维素。所产生的丝束可选择为单丝旦数(dpf)、总旦数和取决于丝束材料的最终用途的其他物理性质的精确组合。
[0033]在一些实施方案中，乙酸纤维素膜可由本发明的乙酸纤维素产品形成。这种膜可用于印刷层合物、纸板箱窗、包装包裹产品，和许多其它工业应用(如使用高端食品、化妆品和药品)。
[0034]在一些实施方案中，使用所述方法制备纤维级乙酸纤维素。纤维级乙酸纤维素包括乙酰值(AV)在约45至约58范围内的乙酸纤维素。在其他实施方案中，乙酰值可具有约54AV至约56AV的范围。在一些实施方案中，乙酰值为约53，约54，约55，约56，或约57，包括其分数。乙酰值为乙酸酯或三乙酸酯产品中的纤维素的酯化程度的量度，并表示乙酸的总重量的百分比。由乙酸纤维素制得的纤维由乙酸纤维素薄片制得，所述乙酸纤维素薄片被沉淀、提纯、干燥，并溶解于诸如丙酮的溶剂中，以制备纺丝溶液。在过滤之后，将高度粘性的溶液挤出通过喷丝板进入暖空气柱中，在所述暖空气柱中溶剂蒸发，从而留下乙酸纤维素的固体连续长丝。使用溶剂回收系统回收蒸发的丙酮，以制备另外的纺丝溶液。乙酸纤维素纤维可混合并缠绕至线筒或可运输干式纺丝机筒子纱(metier cheese package)以准备使用而无进一步的化学加工。在短纤维的制造中，将来自许多喷丝板的长丝组合成丝束形式，卷曲，切割成所需长度，并包装成包。
[0035]在一些实施方案中，使用所述方法制备水溶性乙酸纤维素。水溶性乙酸纤维素描述于例如U.S.3，482，Oll和U.S.4，983，730中，所述专利以全文引用方式并入本文。术语水溶性乙酸纤维素由本领域技术人员理解为指相对快速地溶解于水中，且不留下显著量的不可溶残余物的乙酸纤维素。通常,水溶性乙酸纤维素具有每单体单元约0.5至约0.9，或约0.6至约0.8个乙酸基团的取代度。应认识到“取代度”仅为用于描述水溶性的乙酸纤维素的类型的数种常规方式之一。描述此类型的其他常见方式包括测量乙酰值或乙酰基含量，所述乙酰值或乙酰基含量分别测量为重量百分比乙酸或重量百分比乙酰基。另外，应认识到可溶于水中的乙酸纤维素组合物将可溶于其他有机溶剂中，如甲酰胺、N, N- 二甲基甲酰胺、二甲亚砜、吡啶和N-甲基-2-吡咯烷酮，它们的混合物和它们与水的混合物。
[0036]在一些实施方案中，本发明的方法还包括将纤维素酯产品或其丝束掺入复合材料基质中，所述复合材料基质包含选自热塑性塑料和热固性塑料的一者。掺入基质材料中的纤维素酯产品或其丝束形成复合材料。示例性的基质材料可包括但不限于环氧树脂、聚酯、乙烯基酯、聚醚酰亚胺、聚醚酮酮、聚邻苯二甲酰胺、聚醚酮、聚醚醚酮、聚酰亚胺、苯酚-甲醛，和双马来酰亚胺。可用于本发明中的基质材料可包括任意已知基质材料(参见MelM.Schwartz,Composite Materials Handbook(第 2 版，1992))。基质材料更通常地可包括热固性和热塑性的树脂(聚合物)、金属、陶瓷和水泥。
[0037]可用作基质材料的热固性树脂包括邻苯二甲酸/马来酸类型的聚酯、乙烯基酯、环氧树脂、酚类、氰酸酯、双马来酰亚胺和封端聚酰亚胺(例如PMR-15)。可使用任意热固性基质，包括工业标准的环氧树脂和聚酯族，以及酚类、有机硅、聚酰亚胺等。可使用聚酯树脂例如用于产生块状模塑料(BMC)或片材模塑料(SMC)，所述块状模塑料或片材模塑料掺入与树脂预混的砍碎或连续的经官能化的纤维素纤维。热塑性树脂包括聚砜、聚酰胺、聚碳酸酯、聚苯醚、聚硫化物、聚醚醚酮、聚醚砜、聚酰胺-酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚酰亚胺、聚丙烯Ife酷和液晶聚酷。
[0038]在一些这种实施方案中，可通过用于复合材料制造的本领域已知的方法掺入絮状物或丝束形式的经酯化的纤维素纤维材料。在一些实施方案中，通过各种技术(包括但不限于碎纤维绞合、树脂传递模塑和湿法缠绕、真空辅助的树脂传递模塑(VARTM)和半固化片制造)将经酯化的纤维素纤维材料掺入热固性基质中。用于掺入纤维素酯纤维以用作复合材料结构的任何目前的技术可用于掺入本发明的纤维丝束。通过各种技术(包括但不限于，通过熔体或溶剂浸溃而用完全聚合的热塑性基质浸溃，或通过粉末浸溃而紧密物理混合，或混合经酯化的纤维素纤维材料与基质纤维)将经酯化的纤维素纤维材料掺入热塑性基质。用于复合材料中的经酯化的纤维素纤维的任意技术为可行的选择。这种方法可结合任意热塑性基质(包括例如聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚砜、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮和聚苯硫醚)使用。
[0039]在一些实施方案中，本发明提供了一种用于制备纤维素酯纤维丝束(如乙酸纤维素)的完全整合的方法。这种方法包括(a)将纤维素片材原料润湿至约20%至约50%范围内的水含量；(b)将经润湿的纤维素片材研磨成湿润浆料，其中步骤(b)在步骤(a)之后依次进行；(C)将所述湿润浆料急骤干燥成含湿量为约5%至约8%的纤维素的絮状物；(d)酯化所述纤维素的絮状物以提供纤维素酯产品；和(e)由所述纤维素酯产品形成纤维丝束。步骤(a)至(e)中的每一个如上所述。
[0040]为了促进对本发明的更好理解，提供优选实施方案的如下实施例。如下实施例不应理解为限制或限定本发明的范围。
[0041]实例
[0042]为了评价作为有效浆料打开步骤的急骤干燥，进行试验以产生打开的木浆用于之后在实验室规模的乙酰化设备上的评价。为了模拟商业急骤干燥过程，将具有喷雾喷嘴的水添加系统安装于中试规模的预粉碎机和Sprout Waldron研磨机之前，以处理木衆片材的3英寸宽的条。该配置允许木浆进料速率在约6.14至约27.96Kg/hr干燥浆料之间变化，且允许干燥器入口处的浆料水分在约17.6%至约52.5%水分之间变化。所述配置允许急骤干燥器的稳定操作运行超过25分钟。使用可变的起始参数进行试验，初始品质评价基于打开的木浆的视觉观察。通量与预粉碎机的速度和供应喷雾喷嘴的水泵的容量关联。将所有的衆料进料至4英寸Fluid Energy急骤干燥器(型号4)。出口衆料水分为约5.5%至约8%,目标为7%。
[0043]试验最初计划在两个进料速度下:11.34和22.68Kg/Hr (25和50Lb/Hr)(湿基)，浆料水分为28.5%和45.4%。计算显示，为了保持通过系统的木浆的合理线速度，应该选择3英寸的条宽度。为了产生所需的浆料量，制造一致的3英寸宽的一组辊，以由市售浆料辊制备3英寸的条。使用该配置来产生试验量的三种类型的木浆:商业纤维胶(Viscose)级木浆(VG)、商业乙酸酯级木浆(AG)和第三市售浆料。在运行其他浆料之前使用第三浆料得到达到目标的系统(润湿、研磨和干燥)，以使所需的总量达到最小。
[0044]通过改变进入预粉碎机的进料辊速度而变化干燥浆料进料速率。这以两种方式完成。进料辊具有机械可变的速度驱动，从而允许独立于粉碎辊而调节进料辊速度。另外，在进料辊和预粉碎机辊马达上安装可变频率驱动。改变进料辊速度仅改变由预粉碎机产生的粒子尺寸，且试验表明在低进料辊速度和正常预粉碎机辊速度下产生乙酸酯薄片的可滤性的损失。驱动频率控制为速度控制的主要方法，且使用机械进料辊速度调节来“微调”给定驱动频率下的浆料进料速度。
[0045]通过就在预粉碎机进料辊之前将水喷雾至浆料条的两侧上，从而改变浆料入口水分。所用的喷雾喷嘴为具有流体帽#2850和空气帽#73320的Spraying System Col/4J系列。通过调节供应至喷嘴的水以及也供应至喷嘴的空气压力，从而控制这些喷嘴的喷雾方式。通过FMI可变流量泵将脱矿化水供应至喷嘴。对于试验装置，相比于全尺寸应用，使用高得多的百分比的过喷。为了确保条的边缘完全润湿，将喷雾方式设定为延伸超过条的边缘约I英寸。用于3英寸木浆条的约5英寸喷雾方式防止使用水流速率作为最终经润湿的浆料水分的估计。
[0046]为了使到达干燥器的进料速率的变化达到最小，堆叠润湿系统、预粉碎机和研磨机，以允许它们彼此重力进料且重力进料至干燥器。该配置也使浆料水分达到平衡可得的时间量达到最小。在商业系统中，将另外的水分添加至木浆与进入急骤干燥器之间的时间可受限于设备之间的距离和传递速率(ft/sec)。允许木浆达到水分平衡可允许系统在最小平均水分水平下操作。由这些试验确定的最小水分水平可用作保守估计，即高于商业系统中所需，所述商业系统在水添加与进入干燥器的入口之间具有略微更长的停留时间。
[0047]使用在干燥器入口处的标准旋转阀来将经润湿和研磨的浆料计量至4英寸FluidEnergy 干燥器(Fluid Energy Processing and Equipment Company, Telford, PA)中。该旋转阀提供过程的两个部分之间的密封，但能够将空气从研磨机携带至干燥器中，而不是将空气排放至室内。流体能量提供旋风，之后为在干燥器排放处的集尘器以收集经干燥的浆料。旋风分离器不定尺寸为去除低密度浆料，材料的本体被携带至集尘器中。旋风分离器显示为收集未完全打开的材料。
[0048]基于打开木浆的视觉评价而被认为是成功的那些试验的操作条件示于如下表1中。进料速率包括于表中，但仅供参考。入口水分、干燥器入口和出口温度和干燥器操作压力为可进行控制以获得所需结果的变量。进料速率可变化以满足过程/制备要求。
[0049]表1
[0050]

【权利要求】
1.一种方法，其包括: 润湿纤维素片材原料至约20%至约50%范围内的水含量； 将所述经润湿的纤维素片材研磨成湿润浆料； 将所述湿润浆料急骤干燥成含湿量为约4%至约8%的纤维素的絮状物；以及 酯化所述纤维素的絮状物以提供纤维素酯产品。
2.根据权利要求1所述的方法，其中润湿所述纤维素片材包括用脱矿化水处理。
3.根据权利要求1所述的方法，其中研磨包括如下步骤: 将所述纤维素片材原料破碎成小片段；以及 将所述小片段研磨成所述湿润浆料。
4.根据权利要求1所述的方法，其中急骤干燥在急骤干燥器的进料入口处在约105°C至约200°C范围内的温度下进行。
5.根据权利要求1所述的方法，其中急骤干燥在急骤干燥器的出口处在约60°C至约130°C范围内的温度下进行。
6.根据权利要求1所述的方法，其中急骤干燥使用低压热气进行，其中所述低压在约2至约4psig之间的范围内。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述急骤干燥步骤使用被直接或间接加热的空气进行。
8.根据权利要求1所述的方法，其还包括在旋风分离器中分离所述纤维素的絮状物。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述酯化步骤包括使用乙酸酐、丙酸酐、丁酸酐、混合酸酐和它们的组合处理。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法用于制备具有每单体单元约0.1至约3个乙酸酯基团的取代度的乙酸纤维素。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法用于制备二乙酸纤维素、三乙酸纤维素、纤维级乙酸纤维素、水溶性乙酸纤维素，或它们的组合。
12.根据权利要求1所述的方法，其还包括由所述纤维素酯产品形成纤维丝束。
13.根据权利要求1所述的方法，其还包括将所述纤维素酯产品掺入复合材料基质中，所述复合材料基质包含选自热塑性塑料和热固性塑料的一者。
14.根据权利要求12所述的方法，其还包括将所述纤维素酯丝束掺入复合材料基质中，所述复合材料基质包含选自热塑性塑料和热固性塑料的一者。
15.—种方法,其包括: (a)将纤维素片材原料润湿至约20%至约50%范围内的水含量； 然后(b)将经润湿的纤维素片材研磨成湿润浆料； 然后(c)将所述湿润浆料急骤干燥成含湿量为约5%至约8%的纤维素的絮状物； 然后(d)酯化所述纤维素的絮状物以提供纤维素酯产品；以及 然后(e)由所述纤维素酯产品形成纤维丝束。
16.根据权利要求15所述的方法，其中润湿所述纤维素片材包括用脱矿化水处理。
17.根据权利要求15所述的方法，其中研磨包括如下步骤: 将所述纤维素片材原料破碎成小片段；以及 将所述小片段研磨成所述湿润浆料。
18.根据权利要求15所述的方法，其中急骤干燥在急骤干燥器的进料入口在约105°C至约200°C范围内的温度下进行。
19.根据权利要求15所述的方法，其中急骤干燥在急骤干燥器的出口处在约60°C至约130°C范围内的温度下进行。
20.根据权利要求15所述的方法，其中急骤干燥使用低压热气进行，其中所述低压在约2至约4psig之间的范围内。
21.根据权利要求15所述的方法，其中所述急骤干燥步骤使用被直接或间接加热的空气进行。
22.根据权利要求15所述的方法，其还包括在旋风分离器中分离所述纤维素的絮状 物。
23.根据权利要求15所述的方法，其中所述酯化步骤包括使用乙酸酐、丙酸酐、丁酸酐、混合酸酐和它们的组合处理。
24.根据权利要求15所述的方法，其中所述方法用于制备具有每单体单元约0.1至约3个乙酸酯基团的取代度的乙酸纤维素。
25.根据权利要求15所述的方法，其中所述方法用于制备二乙酸纤维素、三乙酸纤维素、纤维级乙酸纤维素、水溶性乙酸纤维素，和它们的组合。
26.根据权利要求15所述的方法，其还包括将所述纤维素酯丝束掺入复合材料基质中，所述复合材料基质包含选自热塑性塑料和热固性塑料的一者。
【文档编号】C08B3/00GK104136465SQ201380011613
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2013年1月23日 优先权日:2012年3月1日
【发明者】T·S·加勒特, L·E·凯泽尔, H·P·斯托格内尔 申请人:塞拉尼斯醋酸纤维有限公司