專利名稱：增加紙漿亮度和優(yōu)化漂白化學(xué)試劑應(yīng)用的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及紙漿和造紙，更具體地，涉及過氧化物和連二亞硫酸鹽(hydrosulfite)漂白紙漿增加亮度。
背景技術(shù)：
在紙漿和造紙工業(yè)中已知三種主要的制漿方法。第一種是化學(xué)方法，第二種是機(jī)械方法，第三種是化學(xué)和機(jī)械的組合方法。提高所有三種制漿方法效果的方法一直是人們所需要的。
在化學(xué)紙漿中，木質(zhì)素被充分溶解，使得纖維分離，如果需要，也只需要很少的機(jī)械作用。但是，一部分木質(zhì)素仍然保留在纖維中，試圖在消化(digestion)過程中去除這部分木質(zhì)素將會引起紙漿的過量降解。降解是纖維素的解聚作用，它通過測定溶解在特定溶劑中的纖維素粘度來確定。由于這一原因，在蒸煮(cook)或消化之后，通常大約3wt.％的木質(zhì)素至大約4wt.％的木質(zhì)素殘留在硬木化學(xué)紙漿中，通常大約4wt.％的木質(zhì)素至大約10wt.％的木質(zhì)素殘留在軟木化學(xué)紙漿中。如果要制造完全脫木質(zhì)素并漂白的紙漿，則隨后另外在紙漿廠中通過漂白將木質(zhì)素去除。
化學(xué)木材制漿的主要方法是牛皮紙(kraft)制漿法(“kraft”在德語中的含義是力量)或硫酸鹽制漿法。在牛皮紙制漿法中，堿性漿液或消化溶液含有大約3∶1比例的氫氧化鈉和硫化鈉。當(dāng)硫化鈉與氫氧化鈉結(jié)合使用時，得到的紙漿比單獨使用氫氧化鈉時獲得的紙漿強(qiáng)度更大，這是最初的蘇打法。在牛皮紙制漿法中，將木材用氫氧化鈉脫術(shù)質(zhì)素(制漿)，添加硫化鈉對制漿也有益處。牛皮紙制漿法的關(guān)鍵優(yōu)勢是其極大的適用性，能夠?qū)υS多不同種的木材進(jìn)行制漿，生產(chǎn)的紙漿可以用于多種應(yīng)用中。
另一種類型的化學(xué)制漿法是“亞硫酸鹽制漿法”。亞硫酸鹽制漿法與牛皮紙制漿法相比有幾個優(yōu)勢。這些優(yōu)勢包括產(chǎn)量提高(45-55％)、蒸煮化學(xué)試劑成本更低、紙漿亮度更高、和紙漿更容易漂白。但是，亞硫酸鹽法也有兩個明顯的缺點僅有有限數(shù)量的物種可以被制漿，而且制成的紙漿比使用牛皮紙或硫酸鹽制漿法制成的紙漿明顯更弱。
在機(jī)械制漿中，主要采用機(jī)械方法進(jìn)行制漿。評價機(jī)械紙漿質(zhì)量的基本標(biāo)準(zhǔn)是每生產(chǎn)單位消耗的能量。因為這種能量很難定量，最常見的是使用紙漿游離度(freeness)作為工藝控制參數(shù)。通常，能量消耗越多，紙漿的游離度越低。
機(jī)械制漿法的第一個步驟是將木材研磨或精制(refine)。
磨石磨木漿(SGW)法涉及在旋轉(zhuǎn)研磨表面上擠壓伐木和碎屑來制造紙漿。許多年前，使用的研磨表面是天然石頭。目前實踐中已有特殊設(shè)計的“人造制漿磨石”用于研磨。
加壓磨木漿(PGW)法中的研磨操作完全通過加壓進(jìn)行。
另一種類型的機(jī)械制漿法是精制機(jī)械制漿(RMP)，其特征是常壓精制，不需要對木片進(jìn)行預(yù)處理。
熱機(jī)械制漿(TMP)是由RMP發(fā)展而來的一種機(jī)械制漿法，高溫高溫的方法稱為Apslund法。
熱精制機(jī)械制漿(TRMP)是熱機(jī)械制漿的一種變化形式。在這種情況下，將碎屑在壓力下預(yù)熱，在大氣壓下進(jìn)行精制。TMP和TRMP紙漿比SGW或RMP紙漿強(qiáng)度更大。
第三種類型的制漿方法是化學(xué)和機(jī)械制漿方法的組合。兩種組合法是化學(xué)機(jī)械制漿法和半機(jī)械制漿法。在化學(xué)機(jī)械制漿(CMP)和半化學(xué)機(jī)械制漿(SCMP)之間的差異很小。兩種方法均包括用化學(xué)試劑對碎屑進(jìn)行預(yù)處理，然后進(jìn)行機(jī)械精制。這些過程涉及四種不同的化學(xué)處理。這些化學(xué)處理為氫氧化鈉、連二亞硫酸鈉(sodiumhydrosulfite)、亞硫酸鈉、亞硫酸或其已知鹽的處理。這些方法主要用于硬木。化學(xué)處理削弱了纖維結(jié)構(gòu)，使纖維破碎成類似于被機(jī)械制漿的軟木。
化學(xué)熱機(jī)械制漿(CTMP)似乎由所有機(jī)械制漿方法充分演變而來。它包括化學(xué)處理、升溫蒸汽加工、然后進(jìn)行機(jī)械精制。該方法可以產(chǎn)生纖維狀的原料，根據(jù)方法條件如亞硫酸鈉濃度、pH、溫度等其性質(zhì)可發(fā)生相當(dāng)大的變化。
對于所有紙漿，“紙漿亮度”是使用氧化鎂(MgO)與已知標(biāo)準(zhǔn)品相比時樣品反射單色光(457nm)能力的測量指標(biāo)。由于纖維素和半纖維素是白色的，它們對紙漿的顏色沒有作用。通常認(rèn)為，制漿后殘留在紙漿中的木質(zhì)素是紙漿著色的原因。這種未漂白的紙漿與褐色雜活袋外觀類似。據(jù)信，發(fā)色團(tuán)是由木質(zhì)素的酚基通過氧化機(jī)制形成的醌樣物質(zhì)。另外，重金屬離子尤其是鐵和銅可以與酚基形成有色的復(fù)合物。
通常有兩種方法進(jìn)行脫色。第一種是典型的機(jī)械紙漿處理法，使用選擇性的化學(xué)物質(zhì)破壞發(fā)色團(tuán)，但是不破壞木質(zhì)素。另一種是典型的化學(xué)紙漿處理法，使用漂白系統(tǒng)去除殘余的木質(zhì)素。對紙漿進(jìn)行漂白是從紙漿中脫色的標(biāo)準(zhǔn)方法。這是當(dāng)前所有待漂白化學(xué)和機(jī)械紙漿的現(xiàn)有技術(shù)狀態(tài)。
在化學(xué)紙漿中，紙漿的漂白和隨后的對紙漿進(jìn)行脫木質(zhì)素通常在幾個化學(xué)階段中進(jìn)行，各個階段用字母來表示。要注意的是，盡管所有紙漿均進(jìn)行漂白，但是僅有化學(xué)紙漿使用氧處理進(jìn)行脫木質(zhì)素。
下表簡要描述了在“典型的”化學(xué)漂白法中最常見的階段。要注意的是，該表中顯示各個階段并不一定遵照其實施順序。例如，氧脫木質(zhì)素一般從來不是該方法中的最后一個步驟，因為氧脫木質(zhì)素使得紙漿變成淺黃色。這就是氧脫木質(zhì)素后還有一些漂白等級的原因。


制造89至91％MgO的“全漂白”亮度等級需要5個或6個階段。這些階段的最常用順序是CEDED、CEHDED和OCEDED。亮度為65％MgO可以較少的階段得到，通常用CEH。中等亮度水平可以采用CED，CEHH、CEHD、或CEHP實現(xiàn)。在紙漿漂白過程中的亮度增加、以及在化學(xué)(牛皮紙)紙漿的氧脫木質(zhì)素過程中選擇性的木質(zhì)素脫除的改進(jìn)在紙漿和造紙工業(yè)中是非常重要的。亮度的增加也可以用于機(jī)械紙漿。
要理解的是，拋開漂白紙漿的技術(shù)方面，已經(jīng)有環(huán)境方面的考慮要求幾乎完全淘汰氯化作用，而使用其他另外可選的處理方法。
當(dāng)前紙漿和造紙廠的實踐中，機(jī)械紙漿不進(jìn)行氧脫木質(zhì)素。
目前，過氧化氫是機(jī)械紙漿的主要漂白劑。連二亞硫酸鈉也用于漂白。已知由于發(fā)生過渡金屬離子催化的非生產(chǎn)性副反應(yīng)，過氧化氫和連二亞硫酸鹽在生產(chǎn)過程中會逐漸分解。因此，通過螯合作用對金屬進(jìn)行處理被視為增加亮度的關(guān)鍵所在。
需要幾種輔助的化學(xué)試劑以提供足夠的性能。這些輔助化學(xué)試劑包括提供穩(wěn)定性和螯合作用的硅酸鈉、提供堿度的氫氧化鈉、控制過渡金屬的螯合劑如乙二胺四乙酸或其已知鹽(EDTA)和二業(yè)乙基三胺五乙酸或其已知類(DTPA)、以及提供纖維素穩(wěn)定性的硫酸鎂。加入的每種化學(xué)試劑都會增加漂白方法的成本。漂白化學(xué)試劑的高負(fù)載量經(jīng)常導(dǎo)致造紙工業(yè)下游的問題。
盡管使用螯合劑的益處在紙漿和造紙工業(yè)中是公知的，但是過氧化氫漂白中使用的已知螯合劑(1)通常對于目標(biāo)過渡金屬離子具有選擇性(例如，去除錳但不去除鐵，或與之相反)；(2)必須大量使用，以達(dá)到明顯的效果；和
(3)處理過程中需要將復(fù)合物洗去。
在氧脫木質(zhì)素中應(yīng)用，選擇性定義成脫木質(zhì)素變化(κ值，表示木質(zhì)素的去除；越低越好)除以粘度變化(表示碳水化合物的解聚，越高越好)的比例。目前，通常用于提高氧脫木質(zhì)素選擇性的化學(xué)試劑是硫酸鎂。硫酸鎂不會影響脫木質(zhì)素，但是對紙漿粘度提供很小程度的保護(hù)作用。常規(guī)的螯合劑如DTPA和EDTA也用于此目的，但是，據(jù)報道二者都不影響κ值。因此，目前還沒有已知的添加劑能夠在氧脫木質(zhì)素過程中對木質(zhì)素的去除提供顯著的改進(jìn)作用。
日本專利申請第4-114853號公開了在漂白之前使用某些水溶性聚合物對木漿進(jìn)行處理的方法。其希望的目標(biāo)是通過毒性低、成本經(jīng)濟(jì)的預(yù)處理對木漿進(jìn)行漂白，從而使隨后的漂白步驟中可以對木漿進(jìn)行程度更高的漂白。該日本專利申請中所用聚合物的推薦量為“干燥”木漿的大約0.04至0.8wt％。
2004年3月9日授權(quán)的美國專利第6,702,921號名稱為Method toenhance pulp bleaching and delignification(提高紙漿漂白和脫木質(zhì)素的方法)。該專利說明并要求保護(hù)一種制造化學(xué)或機(jī)械紙漿的方法，該方法包括以下步驟在浸煮器(化學(xué))中消化木片或使用機(jī)械研磨技術(shù)(機(jī)械)將木片精制，產(chǎn)生未漂白紙漿，然后對紙漿進(jìn)行漂白，任選地對紙漿進(jìn)行加壓氧脫木質(zhì)素(僅對化學(xué)紙漿)；其中的改進(jìn)包括在漂白之前或者在漂白過程中，或者在任選的紙漿氧脫木質(zhì)素之前，用大約0.002wt％至大約0.02wt％的有機(jī)硫化物螯合劑對紙漿進(jìn)行處理。
需要確定能夠在機(jī)械和化學(xué)紙漿漂白過程中提高亮度的額外的或另外可選的化合物。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一個方面是一種制備化學(xué)紙漿的方法，該方法包括以下步驟在浸煮器中消化木片，產(chǎn)生未漂白的紙漿，然后使用過氧化物作為漂白劑對紙漿進(jìn)行漂白，其改良包括用大約0.01wt％至大約5wt％的混合物對紙漿進(jìn)行處理，所述混合物包括a)大約40wt％至大約60wt％的水；b)大約20wt％至大約95wt％的二亞乙基三胺五(甲基)膦酸或其已知鹽；c)大約5wt％至大約50wt％的聚丙烯酸或其已知鹽；和任選的d)大約1wt％至大約20wt％的一種或多種惰性化合物；其中所述的混合物在漂白之前或者在漂白過程中加入。
本發(fā)明的第二個方面是一種制備機(jī)械紙漿的方法，該方法包括以下步驟將木材研磨或精制，產(chǎn)生未漂白的紙漿，然后對紙漿進(jìn)行漂白；使用過氧化物或連二亞硫酸鹽作為漂白劑，其改良包括用大約0.01wt％至大約5wt％的混合物對紙漿進(jìn)行處理，所述的混合物包括a)大約40wt％至大約60wt％的水；b)大約20wt％至大約95wt％的二亞乙基三胺五(甲基)膦酸或其已知鹽；c)大約5wt％至大約50wt％的聚丙烯酸或其已知鹽；和任選的d)大約1wt％至大約20wt％的一種或多種惰性化合物；其中所述的混合物在漂白之前或者在漂白過程中加入。
本發(fā)明的第三個方面是包括下列物質(zhì)的組合物a)大約40wt％至大約60wt％的水；b)大約20wt％至大約95wt％的二亞乙基三胺五(甲基)膦酸或其已知鹽；c)大約5wt％至大約50wt％的聚丙烯酸或其已知鹽；和任選的d)大約1wt％至大約20wt％的一種或多種惰性化合物。
具體實施例方式
在本專利申請書中，下列術(shù)語具有指定的含義。
Aldrich是指Aldrich，P.O.Box 2060，Milwaukee，WI 53201。
AMP是指氨基三(亞甲基膦酸)或其已知鹽。
CAS登錄號是化學(xué)文摘服務(wù)登錄號(Chemical Abstracts ServicesRegistry Number)。
CMP是指化學(xué)機(jī)械制漿。

稠度的這一定義依據(jù)Tappi推薦的方法T240om-93。在本專利申請書中，稠度以十進(jìn)制數(shù)或等價的百分比來表示。
CTMP是指化學(xué)熱機(jī)械制漿。
DTPA是指二亞乙基三胺五乙酸或其已知鹽。
DTMPA是指二亞乙基三胺五(甲基)膦酸或其已知鹽。
EDTA是指乙二胺四乙酸或其已知鹽。
MgO是指氧化鎂。
Nalco是指納爾科公司，即Nalco Company，1601 W.Diehl Road，Naperville，IL 60563，(630)305-1000。
PA是指聚丙烯酸或其已知鹽。
PGW是指加壓磨制木漿。
RMP是指精制機(jī)械制漿。
SCMP是指半化學(xué)機(jī)械制漿。
SGW是指磨石磨制木漿。
IMP是指熱機(jī)械制漿。
TRMP是指熱精制機(jī)械制漿。
wt％是指干紙漿每單位重量中的活性成分重量。
本發(fā)明的第一個方面是一種制備化學(xué)紙漿的方法，該方法包括以下步驟在浸煮器中消化木片，產(chǎn)生未漂白的紙漿，然后使用過氧化物作為漂白劑對紙漿進(jìn)行漂白，其改良包括用大約0.01wt％至大約5wt％的混合物對紙漿進(jìn)行處理，所述混合物包括a)大約40wt％至大約60wt％的水；b)大約20wt％至大約95wt％的二亞乙基三胺五(甲基)膦酸或其已知鹽；c)大約5wt％至大約50wt％的聚丙烯酸或其已知鹽；和任選的d)大約1wt％至大約20wt％的一種或多種惰性化合物；其中所述的混合物在漂白之前或者在漂白過程中加入。
二亞乙基三胺五(甲基)膦酸(“DTMPA”)是一種已知的螯合劑，目前在機(jī)械和化學(xué)紙漿制造中用于提高亮度。本發(fā)明發(fā)現(xiàn)了DTMPA和聚丙烯酸之間的協(xié)同作用，使得一部分DTMPA可以用聚丙烯酸代替，并使用一定量的堿來調(diào)節(jié)混合物的pH，得到的混合物與DTMPA本身發(fā)揮的功能一樣。這一發(fā)現(xiàn)極富價值，因為聚丙烯酸比DTMPA便宜得多。
DTMPA是本領(lǐng)域公知的，可以通過已知的化學(xué)品供應(yīng)公司獲得。當(dāng)使用鈉堿如氫氧化鈉時，本發(fā)明的混合物中使用的DTMPA的優(yōu)選鹽是鈉鹽，當(dāng)使用鉀堿如氫氧化鉀時，則是鉀鹽。
聚丙烯酸是已知的化學(xué)品，可以通過已知的化學(xué)品供應(yīng)公司獲得。當(dāng)使用鈉堿如氫氧化鈉時，優(yōu)選的聚丙烯酸鹽是聚丙烯酸鈉，當(dāng)使用鉀堿如氫氧化鉀時，則是聚丙烯酸鉀。
制備本發(fā)明的混合物的一種制造方法如下將DTMPA(55.9％，該原料含有47％DTMPA)和聚丙烯酸或其已知鹽(24.5％，該原料含有46％的聚丙烯酸或其已知鹽)、以及任何市售的堿(如氫氧化鈉、氫氧化鉀、氯化鈣和類似物)混合。優(yōu)選的堿是氫氧化鈉(19.6％，該原料含有50％NaOH)。
得到的產(chǎn)物是微酸性水性產(chǎn)物混合物，其包括a)大約40wt％至大約60wt％的水；b)大約20wt％至大約95wt％的二亞乙基三胺五(甲基)膦酸或其已知鹽；c)大約5wt％至大約50wt％的聚丙烯酸或其已知鹽；和任選的d)大約1wt％至大約20wt％的一種或多種惰性化合物。
混合物的優(yōu)選配方包括a)大約50wt％的水；b)大約29wt％的二亞乙基三胺五(甲基)膦酸或其已知鹽；c)大約14wt％的聚丙烯酸或其已知鹽；和任選的d)大約7wt％的一種或多種惰性化合物。
化學(xué)領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以根據(jù)以上描述制備該混合物。
當(dāng)使用氫氧化鈉作為堿時，惰性化合物典型地選自氯化鈉、硫酸鈉和硫酸鈉銨。當(dāng)使用氫氧化鉀作為堿時，惰性化合物典型地選自氯化鉀、硫酸鉀和硫酸鉀銨。
在生產(chǎn)混合物時，注意以下事項非常重要連二亞硫酸鹽漂白在微酸性pH條件下進(jìn)行，已知的過氧化物漂白在強(qiáng)堿性環(huán)境中進(jìn)行；因此，對于使用的混合物優(yōu)選的選擇是使用足夠的堿，使混合物在其應(yīng)用的紙漿中盡可能接近于中性。如果pH太低或太高，則可能影響漂白液的pH，從而使亮度降低。
還優(yōu)選中性產(chǎn)物，以降低產(chǎn)物本身在制漿過程中引起或促進(jìn)所用金屬裝置發(fā)生腐蝕的可能性。
混合物中存在的惰性化合物一般是鹽和硫酸鹽，可以存在于初始的DTMPA或其已知鹽中，或存在于聚丙烯酸及其已知鹽，或存在于使用的堿中。例如，當(dāng)使用氫氧化鈉作為堿時，則存在的典型惰性原料包括氯化鈉、硫酸鈉和硫酸銨?；旌衔镏写嬖诘亩栊曰衔飳Ρ旧暾埖幕旌衔锏幕钚詻]有作用。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)該混合物加入道化學(xué)紙漿中時，如果加入至紙漿的化學(xué)試劑沒有其它變化，可以維持或稍微提高紙漿的亮度?；蛘呖梢允褂迷摶旌衔镌跍p少其它典型地加入的化學(xué)試劑的量的情況下保持紙漿的亮度。
該混合物的作用也可以提高或保持再循環(huán)紙漿的亮度，其中所述的再循環(huán)紙漿包括化學(xué)紙漿或化學(xué)和機(jī)械紙漿的混合物。
作為向化學(xué)紙漿中加入本發(fā)明混合物的一種另外的有益效果，已經(jīng)知道，一定量的漂白化學(xué)試劑(如過氧化氫)可以替換成本發(fā)明的混合物。用本發(fā)明的混合物代替一些漂白試劑，使紙漿和造紙公司可以在實現(xiàn)化學(xué)紙漿目標(biāo)亮度的同時降低生產(chǎn)成本。
作為向化學(xué)紙漿中加入本發(fā)明混合物的一種另外的有益效果，已經(jīng)知道，當(dāng)本發(fā)明的混合物加入至化學(xué)紙漿中時，可以減少加入至化學(xué)紙漿中的鎂的數(shù)量，因為發(fā)現(xiàn)使用混合物可以類似于鎂而提高粘度，但是其用量更低。這也提供了另一種有益效果，因為鎂似乎對亮度有負(fù)面影響，而本發(fā)明的混合物則提高了亮度。用混合物代替一些鎂，使紙漿和造紙公司可以在實現(xiàn)化學(xué)紙漿目標(biāo)亮度的同時降低生產(chǎn)成本，并減少存在的鎂的總量。
在某些情況下，對于某些化學(xué)紙漿，通常作為任選的步驟，化學(xué)紙漿在整個漂白過程之前或者在漂白過程中進(jìn)行加壓氧脫木質(zhì)素。使用含有氫氧化鈉的液體，使用加壓氧氣發(fā)生加壓氧脫木質(zhì)素作用。在本實施方式的一個優(yōu)選方案中，該液體包括添加劑如有機(jī)磷酸酯和/或表面活性劑。
脫木質(zhì)素也稱為“去除木質(zhì)素”，其特征為紙漿的κ值。紙漿的κ值是體積，通常表示成在TAPPI T236om-99方法中規(guī)定的條件下被1g無水分紙漿消耗的0.1N高錳酸鉀溶液的ml量。κ值與紙漿中殘留的木質(zhì)素的量成線性比例。通過毛細(xì)管粘度計方法TAPPI T23om-99方法測定紙漿粘度。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在加壓氧脫木質(zhì)素之前向化學(xué)紙漿中加入本發(fā)明的混合物，脫木質(zhì)素作用得以增強(qiáng)。用于提高亮度的相同混合物也可以用于增強(qiáng)氧脫木質(zhì)素作用。相對來說，用于提高亮度的相同量的本發(fā)明混合物可用于增強(qiáng)氧脫木質(zhì)素作用。
本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式是使用其用量與單獨使用DTMPA的量相同的混合物中的DTMPA產(chǎn)生相同的亮度。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的混合物在化學(xué)紙漿的過氧化物漂白(包括EOP過程)和機(jī)械紙漿的過氧化物和連二亞硫酸鹽漂白中均有效地發(fā)揮作用。如前所述，本發(fā)明的混合物還可以用來增強(qiáng)氧脫木質(zhì)素作用。
推薦本發(fā)明的混合物在預(yù)處理中應(yīng)用或直接用于漂白液中以獲得最大性能。使用的混合物的用量為紙漿的大約0.01wt％至大約5wt％?；旌衔锏膬?yōu)選用量為大約0.10wt％至大約1wt％。最優(yōu)選的混合物用量為大約0.20wt％。
本發(fā)明的優(yōu)選實施方式是在混合物中使用最小量的DTMPA，同時仍然實現(xiàn)相同的或可接受的紙漿亮度水平。如前所述，對于一些紙漿，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，使用本發(fā)明的混合物，不改變向紙漿中加入的任何其他添加劑的量或類型，可以提高化學(xué)紙漿的亮度值。
本發(fā)明的第二個方面是一種制備機(jī)械紙漿的方法，該方法包括以下步驟將木材研磨或精制，產(chǎn)生未漂白的紙漿，然后對紙漿進(jìn)行漂白；使用過氧化物或連二亞硫酸鹽作為漂白劑，其改良包括用大約0.01wt％至大約5wt％的混合物對紙漿進(jìn)行處理，所述的混合物包括a)大約40wt％至大約60wt％的水；b)大約20wt％至大約95wt％的二亞乙基三胺五(甲基)膦酸或其已知鹽；c)大約5wt％至大約50wt％的聚丙烯酸或其已知鹽；和任選的d)大約1wt％至大約20wt％的一種或多種惰性化合物；
其中所述的混合物在漂白之前或者在漂白過程中加入。
機(jī)械紙漿可以是包括下列幾種類型中的一種SGW和PGW紙漿、RMP、TMP和TRMP。
適合用于本發(fā)明的第二個方面的混合物與所列舉的用于本發(fā)明的第一個方面中的混合物相同。
推薦本混合物在預(yù)處理中應(yīng)用或直接用于漂白液中以獲得最大性能。使用的混合物的用量為紙漿的大約0.01wt％至大約5wt％?；旌衔锏膬?yōu)選用量為大約0.10wt％至大約1wt％。最優(yōu)選的混合物用量為大約0.2wt％。
本發(fā)明的優(yōu)選實施方式是在混合物中使用最小量的DTMPA，同時仍然實現(xiàn)相同的或可接受的紙漿亮度水平。如前所述，對于一些紙漿，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，使用本發(fā)明的混合物，不改變向紙漿中加入的任何其他添加劑的量或類型，可以提高化學(xué)紙漿的亮度值。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)該混合物加入道化學(xué)紙漿中時，如果加入至紙漿的化學(xué)試劑沒有其它變化，可以維持或稍微提高紙漿的亮度?；蛘呖梢允褂迷摶旌衔镌跍p少其它典型地加入的化學(xué)試劑的量的情況下保持紙漿的亮度。
該混合物的作用也可以提高或保持再循環(huán)紙漿的亮度，其中所述的再循環(huán)紙漿包括化學(xué)紙漿或化學(xué)和機(jī)械紙漿的混合物。
作為向機(jī)械紙漿中加入本發(fā)明混合物的一種另外的有益效果，已經(jīng)知道，漂白化學(xué)試劑的用量得以減少。這就意味著，如果需要，至少一些昂貴的漂白化學(xué)試劑(如過氧化氫和連二亞硫酸鹽，二者均用于機(jī)械紙漿的漂白)可以替換成本發(fā)明的混合物。用本發(fā)明的混合物代替一些昂貴的漂白試劑(如過氧化氫和連二亞硫酸鹽)，使紙漿和造紙公司可以在將機(jī)械紙漿的亮度保持在可接受水平的同時降低生產(chǎn)成本。
作為向機(jī)械紙漿中加入本發(fā)明混合物的一種另外的有益效果，已經(jīng)知道，可以減少其他螯合化合物(如EDTA)的量。用本發(fā)明的混合物代替一些EDTA，使紙漿和造紙公司可以在將機(jī)械紙漿的亮度保持在可接受水平的同時，降低生產(chǎn)成本，并減少存在的EDTA的總量。
當(dāng)加入到機(jī)械紙漿中時，其中紙漿中存在的硅酸鈉總量減少，該混合物也能發(fā)揮作用。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，即使機(jī)械紙漿中的硅酸鈉總量減少，使用該混合物也可以使得機(jī)械紙漿達(dá)到目標(biāo)亮度。
當(dāng)加入到機(jī)械紙漿中時，其中紙漿中存在的硅酸鈉和過氧化物的總量都減少，該混合物也能發(fā)揮作用。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，即使機(jī)械紙漿中的硅酸鈉和過氧化物的總量減少，使用該混合物也可以使機(jī)械紙漿達(dá)到目標(biāo)亮度。
已經(jīng)根據(jù)優(yōu)選實施方式對本發(fā)明進(jìn)行了描述。在閱讀和理解了前面的詳細(xì)描述后可以對其進(jìn)行明顯的修改和變化。本發(fā)明應(yīng)當(dāng)理解成包括所有修飾和變化，只要它們包括在權(quán)利要求或其等同物的范圍之內(nèi)。
實施例在這些實施例中，首字母縮寫“EXAMDTMPA”是指混合物中含有47％DTMPA的水溶液，首字母縮寫“EXAMPAA”是指含有46％聚丙烯酸的水溶液。在各實施例中，加入足夠的堿，使被測混合物達(dá)到合適的pH，堿為氫氧化鈉時是50％的NaOH水溶液。這些實施例中的所有百分比都是基于干紙漿的重量百分比。亮度是用來描述紙漿白度等級的術(shù)語相對于MgO標(biāo)準(zhǔn)品(絕對亮度為大約96％)的0％(代表完全黑)至100％；通過由紙漿制成的紙張對藍(lán)光(457mm)的反射率來計算。
在每個實施例中，競爭產(chǎn)品A是DTPA加不確定的磷酸酯。
首字母縮寫“PREFMIX”是指具有以下成分的混合物a)大約50wt％的水；b)大約29wt％的二亞乙基三胺五(甲基)磷酸鈉；c)大約14wt％聚丙烯酸鈉；d)大約7wt％的一種或多種惰性化合物，其中所述的惰性化合物是氯化鈉、硫酸鈉銨和硫酸鈉。
這些實施例中的漂白條件過氧化物漂白試驗1.紙漿紙漿廠藍(lán)色紙漿(Pulp Mill Blue)，TMP，4.5％。漂白70℃，1小時，10％稠度，2％NaOH，2.5％H2O2。
試驗2.紙漿紙漿廠紅色紙漿(Pulp Mill Red)，PGW，8.2％。漂白70℃，1小時，10％稠度，1.5％NaOH，2.0％H2O2。
試驗3.紙漿紙漿廠綠色紙漿(Pulp Mill Green)，TMP 29.7％.使用DI水來調(diào)整稠度。漂白65℃，1小時，10％稠度，1.5％NaOH，2％H2O2。
試驗4.紙漿紙漿廠橙色紙漿(Pulp Mill Orange)，PGW，7.9％。預(yù)處理(僅樣品1-5)15分鐘，50℃，2％稠度，自來水。漂白70℃，1小時，10％稠度，2％NaOH，2.5％H2O2。
連二亞硫酸鹽漂白試驗1.紙漿紙漿廠紫色紙漿(Pulp Mill Purple)，cTMP，10.3％。漂白75℃，1.5小時，瓶子，氮氣中，5％稠度，1％連二亞硫酸鈉。
試驗2.紙漿紙漿廠黃色紙漿(Pulp Mill Yellow)，cTMP，10.3％。加入磨漿白水得到4％稠度。漂白60℃，30分鐘，瓶子，氮氣中，4％稠度，1％連二亞硫酸鈉。
EoP過程，過氧化物階段試驗1.紙漿紙漿廠褐色紙漿(Pulp Mill Brown)，牛皮紙硬木紙漿(白楊)，35.7％。漂白85℃，1.5小時，10％稠度，1.3％NaOH，0.1％MgSO4，0.4％或1％H2O2。使用磨漿水調(diào)節(jié)稠度。
試驗2.紙漿紙漿廠褐色紙漿(Pulp Mill Brown)，牛皮紙硬木紙漿(楓木)，34.5％。漂白85℃，1.5小時，10％稠度，1.3％NaOH，0.1％MgSO4，0.4％或1％H2O2。使用磨漿水調(diào)節(jié)稠度。
試驗3.紙漿紙漿廠石灰綠色(Pulp Mill Lime Green)，牛皮紙16.3％。使用DI水調(diào)節(jié)稠度。漂白75℃，1小時15分鐘，10％稠度，1.8％NaOH，0.75％H2O2。
實施例I.不同組成比例EXAMDTMPA/EXAMPA混合物的性能在這些實驗結(jié)果中，行的星號*符號是指在該行表示的是比較實施例，不是本發(fā)明的實施例?！皩φ铡笔侵讣垵{中除了每種類型漂白所述的漂白化學(xué)試劑以外沒有化學(xué)試劑。
表1(過氧化物漂白，PGW，試驗2)

表2(連二亞硫酸鹽，cTMP，試驗2)

表3(過氧化物，PGW，試驗2)

實施例II.PREFMIX的性能表4(過氧化物，PGW，試驗2)

表5(EOP，過氧化物階段，牛皮紙，試驗1)

表6(EOP，過氧化物階段，牛皮紙，試驗2)

表7(EOP，過氧化物階段，牛皮紙，試驗3)加入漂白液之前在pH 2.85下向紙漿中加入MgSO4

表8(EOP，過氧化物階段，牛皮紙，試驗3)將MgSO4加入至漂白液

表9(過氧化物，PGW，試驗4，見試驗4對稠度的敘述)

*比較實施例實施例III.減少加入紙漿中的其他化學(xué)試劑應(yīng)用PREFMIX形式的混合物使得造紙廠除提高亮度之外還可以實現(xiàn)其他目的，如減少硅酸鹽(減少下游問題，降低費用)和過氧化氫(降低費用)。
表10(過氧化物，TMP)70℃，1小時，10％稠度，2％NaOH，2.5％H2O2

表11(過氧化物，PGW)70℃，1小時，10％稠度，1.5％NaOH，2％H2O2

表12(過氧化物，再循環(huán))-減少硅酸鹽80℃，1小時，10％稠度，0.65％NaOH，0.5％H2O2

表13(連二亞硫酸鹽，PGW)-代替EDTA70℃，1.5小時，5％稠度，氮氣中，1％連二亞硫酸鈉

表14(連二亞硫酸鹽，cTMP)-代替EDTA60℃，0.5小時，4％稠度，氮氣中，1％連二亞硫酸鈉

表15(過氧化物，再循環(huán))-減少過氧化物70℃，1小時，10％稠度，1.5％NaOH，1.1％硅酸鈉

盡管上文結(jié)合優(yōu)選或說明性的實施方式對本發(fā)明進(jìn)行說明，這些實施方式并非是窮舉性的，也不對本發(fā)明做出限定。相反，本發(fā)明涵蓋由所附權(quán)利要求所規(guī)定的精神和范圍內(nèi)包括所有選擇方案、修改和等同的方案。
權(quán)利要求
1.一種制備化學(xué)紙漿的方法，該方法包括以下步驟在浸煮器中消化木片，產(chǎn)生未漂白的紙漿，然后使用過氧化物作為漂白劑對紙漿進(jìn)行漂白，其改良包括用大約0.01wt％至大約5wt％的混合物對紙漿進(jìn)行處理，所述混合物包括a)大約40wt％至大約60wt％的水；b)大約20wt％至大約95wt％的二亞乙基三胺五(甲基)膦酸或其已知鹽；c)大約5wt％至大約50wt％的聚丙烯酸或其已知鹽；和任選的d)大約1wt％至大約20wt％的一種或多種惰性化合物；其中所述的混合物在漂白之前或者在漂白過程中加入。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述的紙漿是再循環(huán)紙漿，其中所述的再循環(huán)紙漿包括化學(xué)紙漿、或機(jī)械紙漿、或化學(xué)和機(jī)械紙漿的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述紙漿中存在的過氧化物總量減少，但紙漿仍保持目標(biāo)亮度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述紙漿的亮度增加。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述的已實現(xiàn)的改良是在氧脫木質(zhì)素作用中的改良。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述紙漿中的鎂總量減少，但紙漿仍然保持目標(biāo)亮度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述紙漿中的鎂總量減少，但紙漿仍然保持目標(biāo)粘度。
8.一種制備機(jī)械紙漿的方法，該方法包括以下步驟將木材研磨或精制，產(chǎn)生未漂白的紙漿，然后對紙漿進(jìn)行漂白；使用過氧化物或連二亞硫酸鹽作為漂白劑，其改良包括用大約0.01wt％至大約5wt％的混合物對紙漿進(jìn)行處理，所述的混合物包括a)大約40wt％至大約60wt％的水；b)大約20wt％至大約95wt％的二亞乙基三胺五(甲基)膦酸或其已知鹽；c)大約5wt％至大約50wt％的聚丙烯酸或其已知鹽；和任選的d)大約1wt％至大約20wt％的一種或多種惰性化合物；其中所述的混合物在漂白之前或者在漂白過程中加入。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述的紙漿是再循環(huán)紙漿，其中所述的再循環(huán)紙漿包括化學(xué)紙漿、或機(jī)械紙漿、或化學(xué)和機(jī)械紙漿的混合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述紙漿中的硅酸鈉總量減少，但紙漿仍然保持目標(biāo)亮度。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述紙漿中存在的乙二胺四乙酸或其已知鹽的總量減少，但紙漿仍然保持目標(biāo)亮度。
12.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述紙漿中存在的過氧化物或連二亞硫酸鹽的總量減少，但紙漿仍然保持目標(biāo)亮度。
13.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述紙漿中的硅酸鈉和過氧化物的總量減少，但紙漿仍然保持目標(biāo)亮度。
14.一種組合物，其包括以下物質(zhì)a)大約40wt％至大約60wt％的水；b)大約20wt％至大約95wt％的二亞乙基三胺五(甲基)膦酸或其已知鹽；c)大約5wt％至大約50wt％的聚丙烯酸或其已知鹽；和任選的d)大約1wt％至大約20wt％的一種或多種惰性化合物。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的組合物，其包括a)大約50wt％的水；b)大約29wt％的二亞乙基三胺五(甲基)膦酸或其已知鹽；c)大約14wt％聚丙烯酸或其已知鹽；和d)大約7wt％的一種或多種惰性化合物。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的組合物，其中所述的二亞乙基三胺五(甲基)膦酸或其已知鹽是二亞乙基三胺五(甲基)膦酸鈉。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的組合物，其中所述的聚丙烯酸或其已知鹽是聚丙烯酸鈉。
18.根據(jù)權(quán)利要求14的組合物，其中所述大約7wt％的一種或多種惰性化合物選自硫酸鈉和硫酸鈉銨和氯化鈉，其為大約4.5wt％的氯化鈉、大約0.25wt％的硫酸鈉銨和大約2.25wt％的硫酸鈉。
全文摘要
機(jī)械或化學(xué)紙漿用大約0.01wt％至大約5wt％的混合物進(jìn)行處理。該混合物是水；二亞乙基三胺五(甲基)膦酸或其已知鹽；聚丙烯酸或其已知鹽；和任選的一種或多種惰性化合物。該混合物可以將紙漿的亮度等級保持在目標(biāo)水平或者增加紙漿的亮度等級。另外，即使當(dāng)通常加入到紙漿中的其他成分如過氧化氫、連二亞硫酸鹽、硅酸鈉和鎂的用量減少時，混合物也可將紙漿保持在目標(biāo)亮度等級。
文檔編號C08K5/5317GK1950437SQ200580014826
公開日2007年4月18日 申請日期2005年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月31日
發(fā)明者S·M·舍甫琴柯, P·Y·達(dá)基勞拉 申請人:納爾科公司