生产再生的纤维素和半纤维素的方法技术

由纤维浆料生产再生的纤维素和半纤维素的方法，所述纤维浆料通过使用化学蒸煮制备。通过将半纤维素和纤维素溶解在这样的溶剂或其水溶液中，通过添加水使半纤维素和纤维素从其中沉淀，来使半纤维素和相应地纤维素与浆料分离，从而形成分开的级分，在此之后，可以回收再生的半纤维素和纤维素。含有半纤维素的浆料，其例如用作纸张的原材料，可以被有效地分级成富含聚合的半纤维素的级分和非常纯的纤维素级分，例如再生的纤维素纤维、各种纤维素颗粒或纤维素膜。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】生产再生的纤维素和半纤维素的方法专利技术范围本专利技术涉及再生的纤维素和半纤维素的生产。具体而言，本专利技术涉及由含有纤维素和半纤维素的纤维浆料生产再生的纤维素和半纤维素的方法，通过化学蒸煮由木质纤维素材料制备所述纤维浆料，例如由木材或草制备的化学浆料。本专利技术还涉及处理纤维浆料的方法，所述纤维浆料通过化学蒸煮由木质纤维素材料制备并包含纤维素和半纤维素，并且涉及分级包含纤维素和半纤维素的纤维浆料中的所述半纤维素和所述纤维素以及采用水混溶性有机纤维素溶剂处理以这种方式生成的级分的方法，通过所述溶剂溶解所需的组分。
技术介绍
溶解浆料通常用于生产粘胶纤维和其他纺织纤维，以及其中要求高的化学纯度的不同的进一步加工的产品中。传统上，要求溶解浆料具有高百分比的纤维素(“α-纤维素”)，并且是对于各种衍生化学品(如二硫化碳)而言是反应活性的。产生高α-纤维素含量意味着从纤维中特别去除木质素以及半纤维素材料(木聚糖和葡甘露聚糖)。木质素的去除以与发生在化学浆料的生产期间的相同的方式进行，一般地：通过将包含木素纤维素的原料与去除木质素的化学品一起蒸煮，在针对每个工艺而言是典型的条件下，并且其可被分成例如碱性、酸性或基于溶剂(有机溶剂)的蒸煮方法。还可以将去除木质素的不同的蒸煮反应步骤组合，称为多级蒸煮。在后续过程(氧脱木素和漂白)中完成木质素去除，其中，用各种去除木质素的化学品(如氧气、二氧化氯、臭氧、氯、次氯酸盐和过氧化氢)处理在蒸煮过程中产生的纤维悬浮液。为了去除半纤维素，许多已知的工艺已被用于工业中已几十年，其中所述工艺已经被HerbertSixtan详细地描述在他的HandbookofPulp(2006)中。硫酸盐浆料的碱提取也是已知的方法，其被描述在若干个专利申请中，例如WO公开2007/065969。溶解浆料(粘胶浆料)的许多制造方法是基于亚硫酸盐蒸煮。一般来说，在亚硫酸盐制浆厂中，增加α-纤维素的百分比以此种方式进行：在“热碱阶段”期间通过将经稀释的NaOH溶液用作试剂并在高温条件下联合漂白去除半纤维素。还存在其中在蒸煮过程中已经能够实现α-纤维素的所需的百分比的蒸煮工艺。这样的方法是基于多级亚硫酸盐蒸煮或预水解硫酸盐蒸煮。在亚硫酸盐方法中，适当地改变化学品且尤其是不同的蒸煮步骤的pH。在预水解硫酸盐蒸煮中，在工艺的开始存在特殊的酸性水解步骤，其中通过使用蒸汽、水或酸溶液将木片的pH降低到低水平。预水解浆料的漂白完全不必需要单独的步骤用于去除半纤维素。预水解硫酸盐蒸煮是如此接近在纸浆生产中使用的基本的硫酸盐工艺，以致相比于纸浆的生产，对其的应用不需要完全不同的技术。预水解硫酸盐工艺的缺点是，随着水解的强度增加对于纤维素的选择性受到损害。这导致产生的每吨溶解浆料的木材消耗变得不经济地高。有可能通过选择较温和的条件以用于水解步骤来改善选择性，在这种情况下在水解期间不如理论上可能的那样多地去除半纤维素。但是，较低水平的半纤维素的去除意味着，为了实现所需的α-纤维素含量，必须持续去除半纤维素，例如通过联合漂白工艺进行的热碱步骤或冷碱步骤的方式。如今，对半纤维素作为生物聚合物材料的重要性的兴趣增加。具体而言，存在使用聚合的半纤维素的新方法，例如通过衍生化的方式。如上所述，传统上，在纤维浆料能够用于溶解浆料应用之前不得不从纤维浆料中去除半纤维素。然而，其中在水解的条件下已进行的处理已经导​​致半纤维素的降解，并作为结果，聚合材料的百分比是相当小的。公开WO2008/098032描述了其中尤其包含纤维素和半纤维素的木质纤维素原料完全溶解在离子液体中的方法。该液体几乎不包含水或只包含非常少量的水。纤维素和半纤维素例如通过加入水从离子液体中沉淀。此公开没有描述任何将纤维素和半纤维素彼此分离的方法。出于这个原因，使用这种方法生产的再生的木素纤维素材料不是纯的纤维素，相反其还包含半纤维素。为了从循环的离子液体中沉淀半纤维素，将乙腈或THF加入到所述液体中。在来自2009年的文章中，Mazza等人描述了水对于纤维素在各种离子液体中的溶解度的重要性(Mazza等人，Cellulose2009，第16卷，第2号，第207-215页)。作者进行了实验以确定有多少水可以被添加到纤维素溶液中，其中所述溶剂为离子液体。该出版物并没有提及水含量如何影响了其他溶解的组分。Froschauer等人在Biomacromolecules2012，13，1973-1980描述了可用于选择性地溶解来自富含半纤维素的浆料的木聚糖的溶剂。他们根本没有提及水含量的重要性。专利技术概述技术问题本专利技术的目的是消除与已知技术相关的缺点，并产生在相同的工厂中生产再生的(即“重新形成的”)聚合半纤维素以及相应地再生的纤维素的全新的解决方案。问题的解决方案本专利技术是基于这样的想法，即可以通过使用同一种纤维素溶剂例如离子液体或其水溶液，将包含半纤维素和纤维素的纤维浆料分级成半纤维素和纤维素，在这种情况下通过改变水含量调节所述溶剂的浓度，这总是根据要溶解的组分。现有技术没有利用的事实是有机溶剂，诸如NMMO或IL与水一起形成溶剂体系，其在给定范围的水含量内选择性地溶解半纤维素，并相应地在另一范围的水含量内其溶解纤维素。在本专利技术中，从具有例如高半纤维素含量的纤维浆料中分离出半纤维素和相应地纤维素以以通过将它们溶解在这样的溶剂或其水溶液中来形成分开的级分。通过将水加入到溶液中使它们从这样的溶剂或其含水溶液中沉淀-各自从其自身的溶液中沉淀，在此之后，可以回收再生的半纤维素和纤维素。更具体地，根据本专利技术的生产再生的半纤维素和纤维素的方法的特征在于所述半纤维素和所述纤维素分别从所述纤维浆料中分离成分开的级分-通过首先使所述半纤维素，然后相应地使所述纤维素溶解在水混溶性有机溶剂或其水溶液中，从而产生第一溶液和第二溶液，所述第一溶液主要包含溶解的半纤维素，所述第二溶液主要包含溶解的纤维素，并且在这种情况下，所述第一溶液中的水含量高于所述第二溶液中的水含量，以及-通过增加所述第一溶液中和相应地所述第二溶液中的水含量，使半纤维素从所述第一溶液中沉淀，从而产生再生的半纤维素，并使纤维素从所述第二溶液中沉淀，从而产生再生的纤维素。进而，本专利技术提供处理纤维浆料的方法，所述纤维浆料通过化学蒸煮由木质纤维素材料制备并包含纤维素和半纤维素，在所述方法中形成溶液，所述溶液包含纤维浆料的固体颗粒，所述颗粒悬浮在水中，其特征在于：-在第一步骤中，使所述溶液中的所述固体颗粒与包含有机溶剂的具有相对于水的第一浓度的溶液接触，以使半纤维素溶解在液相中，在这种情况下生成以下物质○固体物质，其主要包含纤维素，和○第一溶液，其包含溶解的半纤维素，-将包含半纤维素的所述第一溶液带到第二步骤，其中使所述溶解的半纤维素从包含有机溶剂的具有相对于水的第二浓度的溶液中沉淀，在这种情况下所述第二浓度低于所述第一浓度；-将包含纤维素的所述固体物质带到第三步骤，其中使所述固体物质与包含有机溶剂的具有相对于水的第三浓度的溶液接触，以使所述固体物质溶解在所述溶剂中，在这种情况下所述第三浓度高于所述第一浓度，并且在这种情况下生成第三溶液，所述第三溶液的溶解的固体物质主要是纤维素，和-将包含溶解的固体物质的所述第三溶液带到第四步骤，其中使所述溶解的固体本文档来自技高网...

【技术保护点】
由含有纤维素和半纤维素的纤维浆料生产再生的纤维素和半纤维素的方法，通过化学蒸煮由木质纤维素材料制备所述纤维浆料，其特征在于，所述半纤维素和所述纤维素分别从所述纤维浆料中分离成分开的级分‑ 通过首先使半纤维素，然后相应地使纤维素溶解在水混溶性有机溶剂或其水溶液中，从而产生第一溶液和第二溶液，所述第一溶液主要包含溶解的半纤维素，所述第二溶液主要包含溶解的纤维素，并且在这种情况下，所述第一溶液中的水含量高于所述第二溶液中的水含量，以及‑ 通过增加所述第一溶液中和相应地所述第二溶液中的水含量，使半纤维素从所述第一溶液中沉淀，从而产生再生的半纤维素，并使纤维素从所述第二溶液中沉淀，从而产生再生的纤维素。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.04.15 FI 201353661.由含有纤维素和半纤维素的纤维浆料生产再生的纤维素和半纤维素的方法，通过化学蒸煮由木质纤维素材料制备所述纤维浆料，其特征在于，所述半纤维素和所述纤维素分别从所述纤维浆料中分离成分开的级分-通过首先使所述半纤维素，然后相应地使所述纤维素溶解在水混溶性有机溶剂或其水溶液中，从而产生第一溶液和第二溶液，所述第一溶液主要包含溶解的半纤维素，所述第二溶液主要包含溶解的纤维素，并且在这种情况下，所述第一溶液中的水含量高于所述第二溶液中的水含量，以及-通过增加所述第一溶液中和相应地所述第二溶液中的水含量，使半纤维素从所述第一溶液中沉淀，从而产生再生的半纤维素，并使纤维素从所述第二溶液中沉淀，从而产生再生的纤维素。2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述纤维浆料含有基于干重计算的至少7%的半纤维素。3.根据权利要求l或2的方法，其特征在于，从所述第一溶液中回收并分离待沉淀的所述半纤维素。4.根据权利要求l或2的方法，其特征在于，待沉淀的所述半纤维素是聚合的。5.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，当所述纤维素从所述溶液中沉淀时，生成产品。6.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，所述水混溶性有机溶剂是N-甲基吗啉-N-氧化物或离子液体。7.根据权利要求2的方法，其特征在于，所述半纤维素的百分比是所述纤维浆料中的多糖的10-30%，基于干重计算。8.根据权利要求l或2的方法，其特征在于，待沉淀的所述半纤维素具有高于5,000g/mol的平均摩尔质量。9.根据权利要求l或2的方法，其特征在于，待沉淀的所述半纤维素具有高于10,000g/mol的平均摩尔质量。10.根据权利要求l或2的方法，其特征在于，待沉淀的所述半纤维素具有高于15,000g/mol的平均摩尔质量。11.根据权利要求6的方法，其特征在于，所述离子液体是[bmim]Cl(1-丁基-3-甲基-咪唑鎓氯化物)、[emim][OAc](1-乙基-3-甲基-咪唑鎓醋酸盐)、[emim][Me2PO4](1-乙基-3-甲基-咪唑鎓-二甲基磷酸酯)或其混合物。12.处理纤维浆料的方法，所述纤维浆料通过化学蒸煮由木质纤维素材料制备并包含纤维素和半纤维素，在所述方法中形成溶液，所述溶液包含纤维浆料的固体颗粒，所述颗粒悬浮在水中，其特征在于：-在第一步骤中，使所述溶液中的所述固体颗粒与包含有机溶剂的具有相对于水的第一浓度的溶液接触，以使半纤维素溶解在液相中，在这种情况下生成以下物质○固体物质，其主要包含纤维素，和○第一溶液，其包含溶解的半纤维素，-将包含半纤维素的所述第一溶液带到第二步骤，其中使所述溶解的半纤维素从包含有机溶剂的具有相对于水的第二浓度的溶液中沉淀，在这种情况下所述第二浓度低于所述第一浓度；-将包含纤维素的所述固体物质带到第三步骤，其中使所述固体物质与包含有机溶剂的具有相对于水的第三浓度的溶液接触，以使所述固体物质溶解在所述溶剂中，在这种情况下所述第三浓度高于所述第一浓度，并且在这种情况下生成第三溶液，所述第三溶液的溶解的固体物质主要是纤维素，和-将包含溶解的固体物质的所述第三溶液带到第四步骤，其中使所述溶解的固体物质从包含有机溶剂的具有相对于水的第四浓度的溶液中沉淀，在这种情况下所述第四浓度低于所述第三浓度，但高于所述第二浓度，其中，相同的有机溶剂或可能包含水的有机溶剂用于所述第一步骤、所述第二步骤、所述第三步骤和所述第四步骤中。13.根据权利要求12的方法，其特征在于，通过增加或减少所述有机溶剂的量、通过增加或减少水的量、或通过这些措施的组合来调节所述有机溶剂在所述溶液中的浓度。14.根据权利要求13的方法，其特征在于，所述包含有机溶剂的溶液的水含量是-在所述第一步骤中，高于11%，但低于23%，-在所述第二步骤中，高于24%，-在所述第三步骤中，10%或更低，-在所述第四步骤中，高于10%。15.根据前述权利要求12-14中任一项的方法，其特征在于，从所述第二步骤中的所述沉淀回收所述半纤维素。16.根据权利要求15的方法，其特征在于，由所述第一步骤生成的并且包含半纤维素的液相被超滤，以将半纤维素分离并浓缩到滞留物中，在此之后，改变在滞留物中的所述有机溶剂的浓度以使所述半纤维素沉淀。17.根据权利要求12-14中任一项的方法，其特征在于，从所述第四步骤中的所述沉淀回收所述纤维素。18.根据权利要求17的方法，其特征在于：-所述溶液与所述固体物质分离，-经分离的溶液被分成有机溶剂和水，和-将所述有机溶剂再循环到所述第二步骤、并且还可能所述第一步骤和所述第四步骤中的溶液中。19.根据权利要求18的方法，其特征在于，使水返回到所述第三步骤、并且还可能所述第一步骤和所述第二步骤中的所述溶液中。20.根据权利要求12-14中任一项的方法，其特征在于所述纤维浆料和所述纤维素被富集、溶解和再生。21.根据权利要求12-14中任一项的方法，其特征在于，在使待处理的纤维浆料与所述第一步骤中的溶液接触之前，将待处理的纤维浆料干燥至最大52%的干物质百分比。22.根据权利要求12-...

【专利技术属性】
技术研发人员：I雷拉马，E图伦恩，
申请(专利权)人：美真纤维公司，
类型：发明
国别省市：芬兰;FI