ES2844150T3 - Una fibra al sulfato de baja viscosidad que tiene propiedades de amarilleamiento reducidas y métodos para elaborar y usar la misma - Google Patents
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Abstract
Un método para elaborar una pasta papelera al sulfato modificada que comprende: digerir una pasta papelera celulósica de coníferas hasta un índice kappa de aproximadamente 17 a aproximadamente 21; deslignificar con oxígeno la pasta papelera celulósica hasta un índice kappa de menos de 8; blanquear la pasta papelera celulósica al sulfato usando un procedimiento de blanqueo de múltiples fases; y oxidar la pasta papelera al sulfato durante al menos una fase del procedimiento de blanqueo de múltiples fases con un peróxido y un catalizador bajo una condición ácida, en donde el procedimiento de blanqueo de múltiples fases comprende al menos una fase de blanqueo después de la fase de oxidación; caracterizado por que: la pasta papelera celulósica de coníferas es fibra de pino de Arkansas; el catalizador es hierro presente en una cantidad de 25 ppm a 100 ppm; y el peróxido es peróxido de hidrógeno presente en una cantidad de 0,1% a 0,5%.
Description
DESCRIPCIÓN
Una fibra al sulfato de baja viscosidad que tiene propiedades de amarilleamiento reducidas y métodos para elaborar y usar la misma
Esta divulgación se refiere a un método según la reivindicación 1.
Finalmente, esta divulgación se refiere a productos producidos según la reivindicación 1 y la reivindicación 4.
La fibra y los derivados de celulosa se usan ampliamente en papel, productos absorbentes, aplicaciones alimentarias y relacionadas con alimentos, productos farmacéuticos y en aplicaciones industriales. Las principales fuentes de fibra de celulosa son la pasta papelera de madera y el algodón. La fuente de celulosa y las condiciones de procesamiento de celulosa dictan generalmente las características de la fibra de celulosa y, por lo tanto, la aplicabilidad de la fibra para ciertos usos finales. Existe una necesidad de fibra de celulosa que se procese de forma relativamente económica, y sin embargo sea muy versátil, permitiendo su uso en una variedad de aplicaciones. La fibra al sulfato, producida mediante un método de reducción a pasta papelera química al sulfato, proporciona una fuente económica de fibra de celulosa que generalmente proporciona productos finales con buenas características de brillo y resistencia. Como tal, se usa ampliamente en aplicaciones a papel. Sin embargo, la fibra al sulfato estándar tiene aplicabilidad limitada en aplicaciones posteriores, tales como la producción de derivados de celulosa, debido a la estructura química de la celulosa resultante de la reducción a pasta papelera al sulfato y el blanqueo estándar. En general, la fibra al sulfato estándar contiene demasiada hemicelulosa residual y otros materiales presentes en la naturaleza que pueden interferir con la modificación física y/o química posterior de la fibra. Por otra parte, la fibra al sulfato estándar tiene una funcionalidad química limitada, y generalmente es rígida y no muy compresible.
En el procedimiento al sulfato estándar, un reactivo químico denominado "licor blanco" se combina con virutas de madera en un digestor para llevar a cabo la deslignificación. Deslignificación se refiere a un procedimiento por el que la lignina unida a la fibra de celulosa se retira debido a su alta solubilidad en solución alcalina caliente. A menudo, este procedimiento se denomina "cocción". Típicamente, el licor blanco es una solución acuosa alcalina de hidróxido sódico (NaOH) y sulfuro sódico (Na2S). Dependiendo de la especie de madera usada y el producto final deseado, el licor blanco se añade a las virutas de madera en cantidad suficiente para proporcionar una carga de álcali total deseada basándose en el peso secado de la madera.
Generalmente, la temperatura de la mezcla de madera/licor en el digestor se mantiene a aproximadamente de 145°C a 170°C durante un tiempo de retención total de aproximadamente 1-3 horas. Cuando la digestión es completa, la pasta papelera de madera al sulfato resultante se separa del licor gastado (licor negro) que incluye los productos químicos usados y lignina disuelta. Convencionalmente, el licor negro se quema en un procedimiento de recuperación al sulfato para recuperar los productos químicos de sodio y azufre para la reutilización.
En esta fase, la pasta papelera al sulfato exhibe un color pardusco característico debido a residuos de lignina que permanecen sobre la fibra de celulosa. Después de la digestión y el lavado, a menudo la fibra se blanquea para retirar lignina adicional y aclarar y abrillantar la fibra. Debido a que los productos químicos blanqueadores son mucho más costosos que los productos químicos de cocción, típicamente, se retira tanta lignina como sea posible durante el procedimiento de cocción. Sin embargo, se entiende que estos procedimientos necesitan equilibrarse debido a que la retirada de demasiada lignina puede incrementar la degradación de celulosa. El índice kappa (la medida usada para determinar la cantidad de lignina residual en la pasta) típico de la madera de coníferas después de la cocción y antes del blanqueo está en el intervalo de 28 a 32.
Después de la digestión y el lavado, generalmente la fibra se blanquea en secuencias de múltiples fases, que tradicionalmente comprenden etapas de blanqueo fuertemente ácidas y fuertemente alcalinas, incluyendo al menos una etapa alcalina al o cerca del final de la secuencia de blanqueo. El blanqueo de pasta papelera de madera se efectúa generalmente con el objetivo de incrementar selectivamente la blancura o el brillo de la pasta, típicamente al retirar lignina y otras impurezas, sin afectar negativamente a las propiedades físicas. El blanqueo de pastas papeleras químicas, tales como pastas papeleras al sulfato, requiere generalmente varias fases de blanqueo diferentes para alcanzar un brillo deseado con buena selectividad. Típicamente, una secuencia de blanqueo emplea fases efectuadas a intervalos de pH alternos. Esta alternación ayuda a la retirada de impurezas generadas en la secuencia de blanqueo, por ejemplo, al solubilizar los productos de descomposición de lignina. Así, en general, se espera que usar una serie de fases ácidas en una secuencia de blanqueo, tales como tres fases ácidas en secuencia, no proporcione el mismo brillo que fases ácidas/alcalinas alternas, tales como ácida-alcalina-ácida. A modo de ejemplo, una secuencia DEDED típica produce un producto más brillante que una secuencia DEDAD (donde A se refiere a un tratamiento ácido).
La celulosa existe generalmente como una cadena polimérica que comprende de cientos a decenas de miles de unidades de glucosa. La celulosa se puede oxidar para modificar su funcionalidad. Se conocen diversos métodos para oxidar celulosa. En la oxidación de celulosa, los grupos hidroxilo de los glucósidos de las cadenas de celulosa se pueden convertir, por ejemplo, en grupos carbonilo tales como grupos aldehído o grupos ácido carboxílico. Dependiendo del método y las condiciones de oxidación usados, el tipo, el grado y la localización de las
modificaciones carbonílicas pueden variar. Se sabe que ciertas condiciones de oxidación pueden degradar las propias cadenas de celulosa, por ejemplo al escindir los anillos glucosídicos en la cadena de celulosa, dando como resultado despolimerización. En la mayoría de los casos, la celulosa despolimerizada no solo tiene una viscosidad reducida, sino que también tiene una longitud de fibra más corta que el material celulósico de partida. Cuando la celulosa se degrada, tal como al despolimerizar y/o reducir significativamente la longitud de la fibra y/o la resistencia de la fibra, puede ser difícil de procesar y/o puede ser inadecuada para muchas aplicaciones posteriores. Sigue habiendo una necesidad de métodos para modificar la fibra de celulosa que puedan mejorar las funcionalidades tanto ácido carboxílico como aldehído, métodos que no degradan intensivamente la fibra de celulosa.
Se han realizado diversos intentos de oxidar celulosa para proporcionar funcionalidad tanto ácido carboxílico como aldehídica a la cadena de celulosa sin degradar la fibra de celulosa. En muchos métodos de oxidación de celulosa, ha sido difícil controlar o limitar la degradación de la celulosa cuando están presentes grupos aldehído en la celulosa. Intentos previos de resolver estos problemas han incluido el uso de procedimientos de oxidación de múltiples etapas, a modo de ejemplo modificar de modo localmente específico ciertos grupos carbonilo en una etapa y oxidar otros grupos hidroxilo en otra etapa, y/o proporcionar agentes mediadores y/o agentes protectores, todos los cuales pueden impartir coste y subproductos adicionales a un procedimiento de oxidación de celulosa. Así, existe una necesidad de métodos para modificar celulosa que sean económicos y/o se puedan realizar en una sola etapa de un procedimiento, tal como un procedimiento al sulfato.
Además de las dificultades para controlar la estructura química de productos de oxidación de celulosa, y la degradación de esos productos, se sabe que el método de oxidación puede afectar a otras propiedades, incluyendo las propiedades químicas y físicas y/o las impurezas en los productos finales. A modo de ejemplo, el método de oxidación puede afectar al grado de cristalinidad, el contenido de hemicelulosa, el color y/o los niveles de impurezas en el producto final y las características de amarilleamiento de la fibra. Finalmente, el método de oxidación puede afectar a la capacidad para procesar el producto de celulosa para aplicaciones industriales u otras.
Tradicionalmente, las fuentes de celulosa que eran útiles en la producción de productos absorbentes o pañuelos de papel no eran útiles también en la producción de derivados de celulosa posteriores, tales como éteres de celulosa y ésteres de celulosa. La producción de derivados de celulosa de baja viscosidad a partir de materias primas de celulosa de alta viscosidad, tales como fibra al sulfato estándar, requiere etapas de fabricación adicionales que añadirían un coste significativo mientras que impartirían subproductos no deseados y reducirían la calidad global del derivado de celulosa. La borra de algodón y las pastas papeleras al sulfito de alto contenido de celulosa alfa se usan típicamente en la fabricación de derivados de celulosa tales como éteres y ésteres de celulosa. Sin embargo, la producción de borra de algodón y fibra al sulfito con un grado de polimerización (DP, por sus siglas en inglés) y/o una viscosidad altos es costosa debido a 1) el coste de la materia prima, en el caso del algodón; 2) los altos costes de energía, productos químicos y medioambientales de la reducción a pasta papelera y el blanqueo, en el caso de pastas papeleras al sulfito; y 3) los procedimientos de purificación intensivos requeridos, que se aplica en ambos casos. Además del alto coste, existe un suministro menguante de pastas papeleras al sulfito disponibles en el mercado. Por lo tanto, estas fibras son muy costosas, y tienen aplicabilidad limitada en aplicaciones a pasta papelera y papel, por ejemplo, cuando se puedan requerir pastas papeleras de pureza superior y viscosidad superior. Para los fabricantes de derivados de celulosa, estas pastas papeleras constituyen una porción significativa de su coste de fabricación global. Así, existe una necesidad de fibras de bajo coste de alta pureza, blancas, brillantes, estables contra el amarilleamiento, tales como una fibra al sulfato, que se puedan usar en la producción de derivados de celulosa.
También existe una necesidad de materiales celulósicos económicos que se puedan usar en la fabricación de celulosa microcristalina. La celulosa microcristalina se usa ampliamente en aplicaciones alimentarias, farmacéuticas, cosméticas e industriales, y es una forma cristalina purificada de celulosa parcialmente despolimerizada. El uso de fibra al sulfato en la producción de celulosa microcristalina, sin la adición de etapas de procesamiento posteriores al blanqueo intensivas ha estado limitado hasta ahora. La producción de celulosa microcristalina requiere generalmente una materia prima celulósica altamente purificada, que se hidroliza al ácido para retirar segmentos amorfos de la cadena de celulosa. Véase la Patente de EE. UU. N° 2.978.446 de Battista et al. y la Patente de EE. UU. N° 5.346.589 de Braunstein et al. Un bajo grado de polimerización de las cadenas tras la retirada de los segmentos amorfos de celulosa, denominado el "DP nivelado", es frecuentemente un punto de partida para la producción de celulosa microcristalina y su valor numérico depende principalmente de la fuente y el procesamiento de las fibras de celulosa. La disolución de los segmentos no cristalinos a partir de fibra al sulfato estándar generalmente degrada la fibra hasta un punto que la hace inadecuada para la mayoría de las aplicaciones debido a al menos uno de 1) impurezas remanentes; 2) una falta de segmentos cristalinos suficientemente largos; o 3) da como resultado una fibra de celulosa que tiene un grado de polimerización demasiado alto, típicamente en el intervalo de 200 a 400, para hacerla útil en la producción de celulosa microcristalina. Sería deseable fibra al sulfato que tuviera un contenido de celulosa alfa incrementado, por ejemplo, ya que la fibra al sulfato puede proporcionar mayor versatilidad en la producción y las aplicaciones de la celulosa microcristalina.
En la presente divulgación, se puede producir fibra que tiene un DP ultrabajo con modificación química limitada dando como resultado una pasta papelera que tiene propiedades mejoradas, incluyendo, pero no limitadas a, brillo y una tendencia al amarilleamiento reducida. La fibra de la presente divulgación vence ciertas limitaciones asociadas con la fibra al sulfato conocida analizada en la presente memoria.
Los métodos de la presente divulgación dan como resultado productos que tienen características que no se observan en fibras de la técnica anterior. Así, los métodos de la divulgación se pueden usar para producir productos que son superiores a productos de la técnica anterior. Además, la fibra de la presente invención se puede producir económicamente.
Breve descripción del dibujo
La figura 1 es una gráfica de la densidad de la fibra de pasta papelera como una función de la compresión.
La figura 2 es una gráfica de la caída como una función de la densidad.
Descripción
I. Métodos
La presente divulgación proporciona nuevos métodos para producir fibra de celulosa. El método comprende someter la celulosa a una etapa de reducción a pasta papelera al sulfato, una etapa de deslignificación con oxígeno y una secuencia de blanqueo que incluye al menos una fase de oxidación catalítica seguida por al menos una fase de blanqueo. En una realización, las condiciones bajo las que se procesa la celulosa dan como resultado fibra de coníferas que exhibe alto brillo y baja viscosidad (DP ultrabajo) mientras que se reduce la tendencia de la fibra al amarilleamiento tras la exposición a calor, luz y/o tratamiento químico.
La fibra de celulosa usada es pino de Arkansas.
Las referencias en esta divulgación a "fibra de celulosa", "fibra al sulfato", "fibra de pasta papelera" o "pasta papelera" son intercambiables excepto cuando se indique específicamente que sean diferentes o cuando un experto normal en la técnica entienda que son diferentes. Según se usa en la presente memoria, "fibra al sulfato modificada", es decir, fibra que se ha cocido, blanqueado y oxidado según la presente divulgación, se puede usar intercambiablemente con "fibra al sulfato" o "fibra de pasta papelera" hasta el punto que lo garantice el contexto. La presente divulgación proporciona nuevos métodos para tratar fibra de celulosa. En algunas realizaciones, la divulgación proporciona un método para modificar fibra de celulosa, que comprende proporcionar fibra de celulosa y oxidar la fibra de celulosa. Según se usa en la presente memoria, se entiende que "oxidada", "oxidada catalíticamente", "oxidación catalítica" y "oxidación" son todos intercambiables y se refieren al tratamiento de fibra de celulosa con catalizador de hierro, peróxido de hidrógeno, de modo que al menos algunos de los grupos hidroxilo de las fibras de celulosa se oxiden. La expresión "hierro o cobre" y de forma similar "hierro (o cobre)" significan "hierro o cobre o una de sus combinaciones". En algunas realizaciones, la oxidación comprende incrementar simultáneamente el contenido de ácido carboxílico y aldehído de la fibra de celulosa.
En el método de la invención, se digiere pino de Arkansas es un digestor hidráulico de dos recipientes con cocción Lo-Solids® hasta un índice kappa que varía de aproximadamente 17 a aproximadamente 21. La pasta papelera resultante se somete a deslignificación con oxígeno hasta que alcanza un índice kappa de aproximadamente 8 o menos. A continuación, la pasta papelera de celulosa se blanquea en una secuencia de blanqueo de múltiples fases que incluye al menos una fase de oxidación catalítica antes de la fase de blanqueo final.
En una realización, el método comprende digerir la fibra de celulosa en un digestor continuo con una disposición de flujo descendente en paralelo. El álcali efectivo ("EA", por sus siglas en inglés) de la carga de licor blanco es al menos aproximadamente 15% sobre la pasta papelera, por ejemplo, al menos aproximadamente 15,5% sobre la pasta papelera, por ejemplo al menos aproximadamente 16% sobre la pasta papelera, por ejemplo, al menos aproximadamente 16,4% sobre la pasta papelera, por ejemplo al menos aproximadamente 17% sobre la pasta papelera. Según se usa en la presente memoria, un "% sobre la pasta papelera" se refiere a una cantidad basada en el peso seco de la pasta papelera al sulfato. En una realización, la carga de licor blanco se divide aplicándose una porción del lico a la celulosa en el impregnador y aplicándose el resto del licor blanco a la pasta papelera en el digestor. Según una realización, el licor blanco se aplica en una relación de 50:50. En otra realización, el licor blanco se aplica en un intervalo de 90:10 a 30:70, por ejemplo en un intervalo de 50:50 a 70:30, por ejemplo 60:40. Según una realización, el licor blanco se añade al digestor en una serie de fases. Según una realización, la digestión se lleva a cabo a una temperatura entre aproximadamente 160°C y aproximadamente 168°C, por ejemplo, de aproximadamente 163°C a aproximadamente 168°C, por ejemplo, de aproximadamente 166°C a aproximadamente 168°C, y la celulosa se trata hasta que se alcanza un índice kappa buscado entre aproximadamente 17 y aproximadamente 21. Se cree que el álcali efectivo ("EA") superior al normal y las temperaturas superiores que se usan en la técnica anterior consiguen el índice kappa inferior al normal.
Según una realización de la invención, el digestor se hace funcionar con un incremento en el flujo de empuje que incrementa la relación de líquido a madera a medida que la celulosa entra en el digestor. Se cree que la adición de licor blanco ayuda a mantener el digestor en un equilibrio hidráulico y ayuda a alcanzar una condición de flujo descendente continuo en el digestor.
En una realización, el método comprende deslignificar con oxígeno la fibra de celulosa después de que se haya cocido hasta un índice kappa de aproximadamente 17 a aproximadamente 21 para reducir adicionalmente el contenido de lignina y reducir adicionalmente el índice kappa, antes del blanqueo. La deslignificación con oxígeno se puede realizar mediante cualquier método conocido por los expertos normales en la técnica. A modo de ejemplo, la deslignificación con oxígeno se puede llevar a cabo en un procedimiento de deslignificación con oxígeno en dos fases convencional. Ventajosamente, la deslignificación se lleva a cabo hasta un índice kappa buscado de aproximadamente 8 o menor, más particularmente de aproximadamente 6 a aproximadamente 8.
En una realización, durante la deslignificación con oxígeno, el oxígeno aplicado es menor de aproximadamente 3% sobre la pasta papelera, por ejemplo, menor de aproximadamente 2,4% sobre la pasta papelera, por ejemplo, menor de aproximadamente 2% sobre la pasta papelera. Según una realización, se añade sosa cáustica reciente a la celulosa durante la deslignificación con oxígeno. La sosa cáustica reciente se puede añadir en una cantidad de aproximadamente 2,5% sobre la pasta papelera a aproximadamente 3,8% sobre la pasta papelera, por ejemplo, de aproximadamente 3% sobre la pasta papelera a aproximadamente 3,2% sobre la pasta papelera. Según una realización, la relación de oxígeno a sosa cáustica se reduce sobre la producción al sulfato estándar; sin embargo, la cantidad absoluta de oxígeno sigue siendo la misma. La deslignificación se puede llevar a cabo a una temperatura de aproximadamente 93°C a aproximadamente 104°C, por ejemplo, de aproximadamente 96°C a aproximadamente 102°C, por ejemplo, de aproximadamente 98°C a aproximadamente 99°C.
Después de que la fibra haya alcanzado un índice kappa de aproximadamente 8 o menor, la fibra se somete a una secuencia de blanqueo de múltiples fases. Las fases de la secuencia de blanqueo de múltiples fases pueden incluir cualquier serie de fases convencional o descubierta posteriormente y se puede efectuar bajo condiciones convencionales.
En algunas realizaciones, antes del blanqueo, el pH de la celulosa se ajusta hasta un pH que varía de aproximadamente 2 a aproximadamente 6, por ejemplo de aproximadamente 2 a aproximadamente 5 o de aproximadamente 2 a aproximadamente 4, o de aproximadamente 2 a aproximadamente 3.
El pH se puede ajustar usando cualquier ácido adecuado, como identificará un experto, por ejemplo, ácido sulfúrico o ácido clorhídrico o un filtrado procedente de una fase de blanqueo ácida de un procedimiento de blanqueo, tal como una fase con dióxido de cloro (D) de un procedimiento de blanqueo de múltiples fases. Por ejemplo, la fibra de celulosa se puede acidificar al añadir un ácido extraño. Ejemplos de ácidos extraños son conocidos en la técnica e incluyen, pero no se limitan a, ácido sulfúrico, ácido clorhídrico y ácido carbónico. En algunas realizaciones, la fibra de celulosa se acidifica con filtrado ácido, tal como filtrado residual, procedente de una etapa de blanqueo. En al menos una realización, la fibra de celulosa se acidifica con filtrado ácido procedente de una fase D de un procedimiento de blanqueo de múltiples fases. La fibra, descrita, se somete a un tratamiento de oxidación catalítica. En algunas realizaciones, la fibra se oxida con hierro o cobre y a continuación se blanquea adicionalmente para proporcionar una fibra con características de brillo beneficiosas.
Según se analiza anteriormente, según la divulgación, la oxidación de fibra de celulosa implica tratar la fibra de celulosa con un catalizador de hierro, y peróxido de hidrógeno. En al menos una realización, el método comprende oxidar la fibra de celulosa con hierro y peróxido de hidrógeno. La fuente de hierro puede ser cualquier fuente adecuada, como identificará un experto, tal como por ejemplo sulfato ferroso (por ejemplo heptahidrato de sulfato ferroso), cloruro ferroso, sulfato ferroso-amónico, cloruro férrico, sulfato férrico-amónico o citrato férrico-amónico. En algunas realizaciones, no según la invención, el método comprende oxidar la fibra de celulosa con cobre y peróxido de hidrógeno. De forma similar, la fuente de cobre puede ser cualquier fuente adecuada como identificará un experto. Finalmente, en algunas realizaciones, no según la invención, el método comprende oxidar la fibra de celulosa con una combinación de cobre y hierro y peróxido de hidrógeno.
Cuando se oxida fibra de celulosa en una etapa de blanqueo, la fibra de celulosa no se debe someter a condiciones sustancialmente alcalinas en el procedimiento de blanqueo durante o después de la oxidación. En algunas realizaciones, el método comprende oxidar fibra de celulosa a un pH ácido. En algunas realizaciones, el método comprende proporcionar fibra de celulosa, acidificar la fibra de celulosa y a continuación oxidar la fibra de celulosa a pH ácido. En algunas realizaciones, el pH varía de aproximadamente 2 a aproximadamente 6, por ejemplo de aproximadamente 2 a aproximadamente 5 o de aproximadamente 2 a aproximadamente 4.
El método comprende oxidar la fibra de celulosa en una o más fases de una secuencia de blanqueo de múltiples fases. En algunas realizaciones, el método comprende oxidar la fibra de celulosa en una sola fase de una secuencia de blanqueo de múltiples fases. En algunas realizaciones, el método comprende oxidar la fibra de celulosa al o cerca del final de una secuencia de blanqueo de múltiples fases. En algunas realizaciones, el método comprende al menos una etapa de blanqueo después de la etapa de oxidación. En algunas realizaciones, el método comprende oxidar fibra de celulosa en la cuarta fase de una secuencia de blanqueo de cinco fases.
Según la divulgación, la secuencia de blanqueo de múltiples fases puede ser cualquier secuencia de blanqueo que no comprenda una etapa de blanqueo alcalina después de la etapa de oxidación. En al menos una realización, la secuencia de blanqueo de múltiples fases es una secuencia de blanqueo de cinco fases. En algunas realizaciones,
la secuencia de blanqueo es una secuencia DEDED. En algunas realizaciones, la secuencia de blanqueo es una secuencia D0E1D1E2D2. En algunas realizaciones, la secuencia de blanqueo es una secuencia D0(EoP)D1E2D2. En algunas realizaciones, la secuencia de blanqueo es una D0(EO)D1 E2D2.
Las fases distintas a la oxidación de una secuencia de blanqueo de múltiples fases pueden incluir cualquier serie de fases convencional o descubierta posteriormente, pueden efectuarse bajo condiciones convencionales, con la condición de que sean útiles para producir la fibra modificada descrita en la presente divulgación, ninguna etapa de blanqueo alcalino puede seguir a la etapa de oxidación.
En algunas realizaciones, la oxidación se incorpora en la cuarta fase de un procedimiento de blanqueo de múltiples fases. En algunas realizaciones, el método se ejecuta en un procedimiento de blanqueo de cinco fases que tiene una secuencia de D0 E1 D1E2D2, y la cuarta fase (E2) se usa para oxidar fibra al sulfato.
En algunas realizaciones, el índice kappa se incrementa después de la oxidación de la fibra de celulosa. Más específicamente, típicamente se esperará una disminución en el índice kappa a través de esta fase de blanqueo basándose en la disminución anticipada en un material, tal como lignina, que reacciona con el reactivo permanganato. Sin embargo, en el método que se describe en la presente memoria, el índice kappa de la fibra de celulosa puede disminuir debido a la pérdida de impurezas, p. ej., lignina; sin embargo, el índice kappa puede incrementar debido a la modificación química de la fibra. Sin querer limitarse por una teoría, se cree que el incremento de funcionalidad de la celulosa modificada proporciona centros adicionales que pueden reaccionar con el reactivo permanganato. Según esto, el índice kappa de fibra al sulfato modificada es elevado con relación al índice kappa de fibra al sulfato estándar.
En al menos una realización, la oxidación se produce en una sola fase de una secuencia de blanqueo después de que se hayan añadido tanto hierro o cobre como peróxido y se haya proporcionado algún tiempo de retención. Una retención apropiada es una cantidad de tiempo que sea suficiente para catalizar el peróxido de hidrógeno con el hierro o el cobre. Este tiempo podrá ser fácilmente determinado por un experto normal en la técnica.
Según la divulgación, la oxidación se lleva a cabo durante un tiempo y a una temperatura que sea suficiente para producir la finalización deseada de la reacción. Por ejemplo, la oxidación se puede llevar a cabo a una temperatura que varía de aproximadamente 60 a aproximadamente 80°C, y durante un tiempo que varía de aproximadamente 40 a aproximadamente 80 minutos. El tiempo y la temperatura deseados de la reacción de oxidación serán fácilmente determinados por un experto en la técnica.
Según una realización, la celulosa se somete a una secuencia de blanqueo D(EoP)DE2D. Según esta realización, la primera fase D (D0) de la secuencia de blanqueo se lleva a cabo a una temperatura de al menos aproximadamente 57°C, por ejemplo al menos aproximadamente 60°C, por ejemplo, al menos aproximadamente 66°C, por ejemplo, al menos aproximadamente 71°C y a un pH de menos de aproximadamente 3, por ejemplo aproximadamente 2,5. El dióxido de cloro se aplica en una cantidad de más de aproximadamente 0,6% sobre la pasta papelera, por ejemplo, mayor de aproximadamente 0,8% sobre la pasta papelera, por ejemplo aproximadamente 0,9% sobre la pasta papelera. El ácido se aplica a la celulosa en una cantidad suficiente para mantener el pH, por ejemplo, en una cantidad de al menos aproximadamente 1% sobre la pasta papelera, por ejemplo, al menos aproximadamente 1,15% sobre la pasta papelera, por ejemplo, al menos aproximadamente 1,25% sobre la pasta papelera.
Según una realización, la primera fase E (E1) se lleva a cabo a una temperatura de al menos aproximadamente 74°C, por ejemplo al menos aproximadamente 77°C, por ejemplo al menos aproximadamente 79°C, por ejemplo al menos aproximadamente 82°C, y a un pH de más de aproximadamente 11, por ejemplo, más de 11,2, por ejemplo aproximadamente 11,4. La sosa cáustica se aplica en una cantidad de más de aproximadamente 0,7% sobre la pasta papelera, por ejemplo, más de aproximadamente 0,8% sobre la pasta papelera, por ejemplo aproximadamente 1,0% sobre la pasta papelera. El oxígeno se aplica a la celulosa en una cantidad de al menos aproximadamente 0,48% sobre la pasta papelera, por ejemplo, al menos aproximadamente 0,5% sobre la pasta papelera, por ejemplo, al menos aproximadamente 0,53% sobre la pasta papelera. El peróxido de hidrógeno se aplica a la celulosa en una cantidad de al menos aproximadamente 0,35% sobre la pasta papelera, por ejemplo al menos aproximadamente 0,37% sobre la pasta papelera, por ejemplo, al menos aproximadamente 0,38% sobre la pasta papelera, por ejemplo, al menos aproximadamente 0,4% sobre la pasta papelera, por ejemplo, al menos aproximadamente 0,45% sobre la pasta papelera. El experto identificará que se puede usar cualquier compuesto de peroxígeno conocido para reemplazar algo o la totalidad del peróxido de hidrógeno.
Según una realización de la invención, al índice kappa después de la fase D(EoP) es aproximadamente 2,2 o menos.
Según una realización, la segunda fase D (D1) de la secuencia de blanqueo se lleva a cabo a una temperatura de al menos aproximadamente 74°C, por ejemplo al menos aproximadamente 77°C, por ejemplo, al menos aproximadamente 79°C, por ejemplo, al menos aproximadamente 82°C y a un pH de menos de aproximadamente 4, por ejemplo menos de 3,5, por ejemplo menos de 3,2. El dióxido de cloro se aplica en una cantidad de menos de aproximadamente 1% sobre la pasta papelera, por ejemplo, menos de aproximadamente 0,8% sobre la pasta papelera, por ejemplo aproximadamente 0,7% sobre la pasta papelera. La sosa cáustica se aplica a la celulosa en
una cantidad eficaz para ajustar hasta el pH deseado, por ejemplo, en una cantidad de menos de aproximadamente 0,015% sobre la pasta papelera, por ejemplo, menos de aproximadamente 0,01% de pasta papelera, por ejemplo, aproximadamente 0,0075% sobre la pasta papelera. La viscosidad TAPPI de la pasta papelera después de esta fase de blanqueo puede ser 9-12 mPa.s, por ejemplo.
Según una realización, la segunda fase E (E2) se lleva a cabo a una temperatura de al menos aproximadamente 74°C, por ejemplo al menos aproximadamente 79°C y a un pH de más de aproximadamente 2,5, por ejemplo, más de 2,9, por ejemplo aproximadamente 3,3. Un catalizador de hierro se añade, por ejemplo, en solución acuosa en un grado de aproximadamente 25 a aproximadamente 100 ppm de Fe+2, por ejemplo, de 25 a 75 ppm, por ejemplo, de 50 a 75 ppm, de hierro sobre la pasta papelera. El peróxido de hidrógeno se aplica a la celulosa en una cantidad de menos de aproximadamente 0,5% sobre la pasta papelera. El experto identificará que se puede usar cualquier compuesto de peroxígeno conocido para reemplazar algo o la totalidad del peróxido de hidrógeno.
Según la divulgación, el peróxido de hidrógeno se añade a la fibra de celulosa en medio ácido en una cantidad de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 0,5%, o de aproximadamente 0,1% a aproximadamente 0,3%, o de aproximadamente 0,1% a aproximadamente 0,2%, o de aproximadamente 0,2% a aproximadamente 0,3%, basándose en el peso seco de la pasta papelera.
El hierro se añade en una cantidad que varía de aproximadamente 25 a aproximadamente 100 ppm basándose en el peso seco de la pasta papelera al sulfato, por ejemplo, de 25 a 75 ppm, por ejemplo, de 50 a 75 ppm. Un experto en la técnica será capaz de optimizar fácilmente la cantidad de hierro para alcanzar el nivel o la cantidad de oxidación y/o el grado de polimerización y/o la viscosidad deseados del producto de celulosa final.
En algunas realizaciones, el método implica además añadir calor, tal como a través de vapor de agua, bien antes o bien después de la adición de peróxido de hidrógeno.
En algunas realizaciones, el DP y/o la viscosidad finales de la pasta papelera se pueden controlar mediante la cantidad de hierro o cobre y peróxido de hidrógeno y la robustez de las condiciones de blanqueo antes de la etapa de oxidación. Un experto en la técnica identificará que otras propiedades de la fibra al sulfato modificada de la divulgación pueden verse afectadas por las cantidades de catalizador y peróxido y la robustez de las condiciones de blanqueo antes de la etapa de oxidación. Por ejemplo, un experto en la técnica puede ajustar las cantidades de hierro o cobre y peróxido de hidrógeno y la robustez de las condiciones de blanqueo antes de la etapa de oxidación para buscar o alcanzar un brillo deseado en el producto final y/o un grado de polimerización o una viscosidad deseados.
En algunas realizaciones, una pasta papelera al sulfato se acidifica en un lavador de la fase D1, la fuente de hierro (o la fuente de cobre) también se añade a la pasta papelera al sulfato en el lavador de la fase D1, el peróxido se añade después de la fuente de hierro (o la fuente de cobre) en un punto de adición en el mezclador o la bomba antes de la torre de la fase E2, la pasta papelera al sulfato se hace reaccionar en la torre de E2 y se lava en el lavador de E2, y opcionalmente se puede añadir vapor de agua antes de la torre de E2 en un mezclador de vapor de agua.
En algunas realizaciones, el hierro (o cobre) se puede añadir hasta el final de la fase D1, o el hierro (o cobre) también se puede añadir al principio de la fase E2, con la condición de que la pasta papelera se acidifique en primer lugar (es decir, antes de la adición del hierro (o cobre)) en la fase D1. Opcionalmente, se puede añadir vapor de agua bien antes o bien después de la adición del peróxido.
Por ejemplo, en algunas realizaciones, el tratamiento con peróxido de hidrógeno en un medio ácido con hierro (o cobre) puede implicar ajustar el pH de la pasta papelera al sulfato a un pH que varíe de aproximadamente 2 a aproximadamente 5, añadir una fuente de hierro (o cobre) a la pasta papelera acidificada y añadir peróxido de hidrógeno a la pasta papelera al sulfato.
Según una realización, la tercera fase D (D2) de la secuencia de blanqueo se lleva a cabo a una temperatura de al menos aproximadamente 74°C, por ejemplo al menos aproximadamente 77°C, por ejemplo, al menos aproximadamente 79°C, por ejemplo, al menos aproximadamente 82°C y a un pH de menos de aproximadamente 4, por ejemplo menos de aproximadamente 3,8. El dióxido de cloro se aplica en una cantidad de menos de aproximadamente 0,5% sobre la pasta papelera, por ejemplo, menos de aproximadamente 0,3% sobre la pasta papelera, por ejemplo aproximadamente 0,15% sobre la pasta papelera.
Alternativamente, la secuencia de blanqueo de múltiples fases se puede alterar para proporcionar condiciones de blanqueo más robustas antes de oxidar la fibra de celulosa. En algunas realizaciones, el método comprende proporcionar condiciones de blanqueo más robustas antes de la etapa de oxidación. Condiciones de blanqueo más robustas pueden permitir que el grado de polimerización y/o la viscosidad de la fibra de celulosa se reduzcan en la etapa de oxidación con cantidades menores de hierro o cobre y/o peróxido de hidrógeno. Así, es posible modificar las condiciones de la secuencia de blanqueo de modo que el brillo y/o la viscosidad del producto de celulosa final se puedan controlar adicionalmente. A modo de ejemplo, reducir las cantidades de peróxido y metal, mientras se proporcionan condiciones de blanqueo más robustas antes de la oxidación, puede proporcionar un producto con viscosidad inferior y brillo superior que un producto oxidado producido con condiciones de oxidación idénticas pero
con un blanqueo menos robusto. Estas condiciones pueden ser ventajosas en algunas realizaciones, particularmente en aplicaciones a éteres de celulosa.
En algunas realizaciones, por ejemplo, el método para preparar una fibra de celulosa modificada dentro del alcance de la divulgación puede implicar acidificar la pasta papelera al sulfato a un pH que varía de aproximadamente 2 a aproximadamente 5 (usando por ejemplo ácido sulfúrico), mezclar una fuente de hierro (por ejemplo sulfato ferroso, por ejemplo heptahidrato de sulfato ferroso) con la pasta papelera al sulfato acidificada en una aplicación de aproximadamente 25 a aproximadamente 250 ppm de Fe+2 basándose en el peso seco de la pasta papelera al sulfato con una consistencia que varía de aproximadamente 1% a aproximadamente 15% y también peróxido de hidrógeno, que se puede añadir como una solución en una concentración de aproximadamente 1% a aproximadamente 50% en peso y en una cantidad que varía de aproximadamente 0,1% a aproximadamente 1,5% basándose en el peso seco de la pasta papelera al sulfato. En algunas realizaciones, la solución de sulfato ferroso se mezcla con la pasta papelera al sulfato con una consistencia que varía de aproximadamente 7% a aproximadamente 15%. En algunas realizaciones, la pasta papelera al sulfato ácida se mezcla con la fuente de hierro y se hace reaccionar con el peróxido de hidrógeno durante un período que varía de aproximadamente 40 a aproximadamente 80 minutos a una temperatura que varía de aproximadamente 60 a aproximadamente 80 °C. En algunas realizaciones, cada fase del procedimiento de blanqueo en cinco fases incluye al menos un mezclador, un reactor y un lavador (como se sabe por los expertos en la técnica).
En algunas realizaciones, no según la invención, la divulgación proporciona un método para controlar el olor, que comprende proporcionar una fibra al sulfato blanqueada modificada según la divulgación, y aplicar un odorizante a la fibra al sulfato blanqueada de modo que la cantidad atmosférica de odorizante se reduzca en comparación con la cantidad atmosférica de odorizante tras la aplicación de una cantidad equivalente de odorizante a un peso equivalente de fibra al sulfato estándar. En algunas realizaciones no según la invención, la divulgación proporciona un método para controlar el olor que comprende inhibir la generación de olor bacteriano. En algunas realizaciones, la divulgación proporciona un método para controlar el olor que comprende odorizantes absorbentes, tales como odorizantes nitrogenados, sobre una fibra al sulfato modificada. Según se usa en la presente memoria, se entiende que "odorizantes nitrogenados" significa odorizantes que comprenden al menos un nitrógeno.
Según una realización, la densidad de la fibra al sulfato como una función de la fuerza compresiva se puede observar en la Figura 1. La figura muestra el cambio en la densidad de una fibra de pasta papelera bajo fuerza compresiva. La gráfica compara la fibra de pasta papelera de la invención con una fibra elaborada según el Ejemplo comparativo 4, y con una pasta papelera esponjosa estándar.
Según una realización, la caída de la fibra de pasta papelera como una función de la densidad se puede observar en la Figura 2. La Figura 2 muestra la caída de la fibra de pasta papelera a medida que se incrementa su densidad. La gráfica compara la fibra de pasta papelera de la invención con una fibra elaborada según el Ejemplo comparativo 4, y con una pasta papelera esponjosa estándar. Como se puede observar a partir de la gráfica, la fibra de pasta papelera de la invención muestra una caída que es significativamente mejor que la observada en pasta papelera esponjosa estándar. Además, a densidades inferiores, la fibra de la invención tiene mejor caída que la fibra de pasta papelera del ejemplo comparativo.
En al menos una realización, el método comprende proporcionar fibra de celulosa, blanquear parcialmente la fibra de celulosa y oxidar la fibra de celulosa. En algunas realizaciones, la oxidación se efectúa en el procedimiento de blanqueo. En algunas realizaciones, la oxidación se efectúa después del procedimiento de blanqueo.
En algunas realizaciones, no según la invención, la divulgación proporciona un método para producir pasta papelera esponjosa, que comprende proporcionar fibra al sulfato de la divulgación y a continuación producir una pasta papelera esponjosa. Por ejemplo, el método comprende blanquear fibra al sulfato en un procedimiento de blanqueo de múltiples fases, y a continuación formar una pasta papelera esponjosa. En al menos una realización, no según la invención, la fibra no se refina después del procedimiento de blanqueo de múltiples fases.
En algunas realizaciones, no según la invención, la fibra al sulfato se combina con al menos un polímero superabsorbente (SAP, por sus siglas en inglés). En algunas realizaciones, el SAP puede ser un reductor del olor. Ejemplos de SAP que se pueden usar según la divulgación incluyen, pero no se limitan a, Hysorb™ vendido por la compañía BASF, Aqua Keep® vendido por la compañía Sumitomo y FAVOR®, vendido por la compañía Evonik. II. Fibras al sulfato
Se hace referencia en la presente a fibra al sulfato "estándar", "convencional" o "tradicional", fibra blanqueada al sulfato, pasta papelera al sulfato o pasta papelera blanqueada al sulfato. Esta fibra o pasta papelera se describe a menudo como un punto de referencia para definir las propiedades mejoradas de la presente invención. Según se usa en la presente memoria, estos términos son intercambiables y se refieren a la fibra o pasta papelera que es idéntica en composición a y se procesa de un modo estándar similar. Según se usa en la presente memoria, un procedimiento al sulfato estándar incluye tanto una fase de cocción como una fase de blanqueo bajo condiciones identificadas en la técnica. El procesamiento al sulfato estándar no incluye una fase de prehidrólisis antes de la digestión.
Las características físicas (por ejemplo, pureza, brillo, longitud de las fibras y viscosidad) de la fibra de celulosa al sulfato mencionada en la memoria descriptiva se miden según protocolos proporcionados en la sección de Ejemplos. En algunas realizaciones, la fibra al sulfato modificada de la divulgación tiene un brillo equivalente a fibra al sulfato estándar. En algunas realizaciones, la fibra de celulosa modificada tiene un brillo de al menos 85, 86, 87, 88, 89 o 90 ISO. En algunas realizaciones, el brillo no es mayor de aproximadamente 92. En algunas realizaciones, el brillo varía de aproximadamente 85 a aproximadamente 92, o de aproximadamente 86 a aproximadamente 91, o de aproximadamente 87 a aproximadamente 91, o de aproximadamente 88 a aproximadamente 91.
En algunas realizaciones, la celulosa según la presente divulgación tiene un índice R18 en el intervalo de aproximadamente 84% a aproximadamente 86%, a modo de ejemplo R18 tiene un valor de al menos aproximadamente 86%.
En algunas realizaciones, la fibra al sulfato según la divulgación tiene un índice R10 que varía de aproximadamente 80% a aproximadamente 83%, a modo de ejemplo de aproximadamente 80,5% a aproximadamente 82,5%, por ejemplo de aproximadamente 81,5,2% a aproximadamente 82,2%. El contenido de R18 y R10 se describe en TAPPI T235. R10 representa el material no disuelto residual que se deja después de la extracción de la pasta papelera con 10 por ciento en peso de sosa cáustica y R18 representa la cantidad residual de material no disuelto que queda después de la extracción de la pasta papelera con una solución de sosa cáustica al 18%. Generalmente, en una solución de sosa cáustica al 10%, hemicelulosa y celulosa de cadena corta químicamente degradada se disuelven y se retiran en solución. En contraste, generalmente, solo la hemicelulosa se disuelve y se retira en una solución de sosa cáustica al 18%. Así, la diferencia entre el índice R10 y el índice R18, (AR = R18 - R10), representa la cantidad de celulosa de cadena corta químicamente degradada que está presente en la muestra de pasta papelera.
En algunas realizaciones, la fibra de celulosa modificada tiene una solubilidad en sosa cáustica S10 que varía de aproximadamente 17% a aproximadamente 20%, o de aproximadamente 17,5% a aproximadamente 19,5%. En algunas realizaciones, la fibra de celulosa modificada tiene una solubilidad en sosa cáustica S18 que varía de aproximadamente 14% a aproximadamente 16%, o de aproximadamente 14,5% a aproximadamente 15,5%.
La presente divulgación proporciona fibra al sulfato con viscosidad baja y ultrabaja. A menos que se especifique otra cosa, "viscosidad", según se usa en la presente memoria, se refiere a viscosidad CED capilar 0,5% medida según TAPPI T230-om99 según se hace referencia en los protocolos.
A menos que se especifique otra cosa, "DP" según se usa en la presente memoria se refiere al grado de polimerización medio en peso (DPw) calculado a partir de la viscosidad CED capilar 0,5% medida según TAPPI T230-om99. Véase, p. ej. la conferencia de J.F. Cellucon en The Chemistry and Processing of Wood and Plant Fibrous Materials, p. 155, protocolo de ensayo 8, 1994 (Woodhead Publishing Ltd., Abington Hall, Abinton Cambridge CBI 6AH Inglaterra, J.F. Kennedy et al. eds.) "Bajo DP" significa un DP que varía de aproximadamente 1160 a aproximadamente 1860 o una viscosidad que varía de aproximadamente 7 a aproximadamente 13 mPâ s. Fibras de "DP ultrabajo" significa un DP que varía de aproximadamente 350 a aproximadamente 1160 o una viscosidad que varía de aproximadamente 3 a aproximadamente 7 mPâ s.
La fibra al sulfato de coníferas obtenible mediante el método de la reivindicación tiene una viscosidad menor de 5,5 mPâ s, menor de 5,0 mPâ s o menor de 4,5 mPâ s.
La fibra al sulfato modificada según la presente divulgación también exhibe una característica antiamarilleamiento mejorada cuando se compara con otras fibras de viscosidad ultrabaja. Las fibras al sulfato modificadas de la presente invención tienen un índice cromático b*, en el estado saturado en NaOH, de menos de aproximadamente 30, por ejemplo menos de aproximadamente 27, por ejemplo menos de aproximadamente 25, por ejemplo menos de aproximadamente 22. La prueba para el índice cromático b* en el estado saturado es como sigue: Las muestras se cortan en cuadrados de 7,6 cm x 7,6 cm (3 pulgadas x 3 pulgadas). Cada uno de los cuadrados se coloca separadamente en una bandeja y se añaden 30 ml de NaOH al 18% para saturar la lámina. A continuación, el cuadrado se retira de la bandeja y la solución de NaOH después de 5 minutos, tiempo en el cual está en "el estado saturado en NaOH". El brillo y los índices cromáticos se miden sobre la lámina saturada. El brillo y los índices cromáticos como coordenadas L*, a*, b* de CIE se determinaron en un instrumento Hunterlab MiniScan™ XE. Alternativamente, la característica antiamarilleamiento se puede representar como la diferencia entre el color b* de la lámina antes de la saturación y después de la saturación. Véase el Ejemplo 5, posteriormente. La lámina que cambia menos tiene las mejores características antiamarilleamiento. La fibra al sulfato modificada de la invención tiene una Ab* de menos de aproximadamente 25, por ejemplo, menos de aproximadamente 22, por ejemplo menos de aproximadamente 20, por ejemplo menos de aproximadamente 18.
En algunas realizaciones, la fibra al sulfato de la divulgación es más compresible y/o estampable que la fibra al sulfato estándar. En algunas realizaciones, la fibra al sulfato se puede usar para producir estructuras que sean más finas y/o tengan una densidad superior que las estructuras producidas con cantidades equivalentes de fibra al sulfato estándar.
En algunas realizaciones, la fibra al sulfato de la divulgación mantiene su longitud de la fibra durante el procedimiento de blanqueo.
"Longitud de la fibra" y "longitud media de la fibra" se usan intercambiablemente cuando se usan para describir la propiedad de una fibra y significan la longitud media de la fibra ponderada en longitud. Por lo tanto, por ejemplo, se debe entender que una fibra que tiene una longitud media de la fibra de 2 mm significa una fibra que tiene una longitud media de la fibra ponderada en longitud de 2 mm.
En algunas realizaciones, cuando la fibra al sulfato es una fibra de coníferas, la fibra de celulosa tiene una longitud media de la fibra, cuando se mide según el Protocolo de Prueba 12, descrito en la sección de Ejemplos posteriormente, que es aproximadamente 2 mm o mayor. En algunas realizaciones, la longitud media de la fibra no es mayor de aproximadamente 3,7 mm. En algunas realizaciones, la longitud media de la fibra es al menos aproximadamente 2,2 mm, aproximadamente 2,3 mm, aproximadamente 2,4 mm, aproximadamente 2,5 mm, aproximadamente 2,6 mm, aproximadamente 2,7 mm, aproximadamente 2,8 mm, aproximadamente 2,9 mm, aproximadamente 3,0 mm, aproximadamente 3,1 mm, aproximadamente 3,2 mm, aproximadamente 3,3 mm, aproximadamente 3,4 mm, aproximadamente 3,5 mm, aproximadamente 3,6 mm o aproximadamente 3,7 mm. En algunas realizaciones, la longitud media de la fibra varía de aproximadamente 2 mm a aproximadamente 3,7 mm o de aproximadamente 2,2 mm a aproximadamente 3,7 mm.
En algunas realizaciones, la fibra al sulfato modificada de la divulgación tiene un contenido de carboxilo incrementado con relación a fibra al sulfato estándar.
En algunas realizaciones, la fibra de celulosa modificada tiene un contenido de carboxilo que varía de aproximadamente 2 meq/100 g a aproximadamente 4 meq/100 g. En algunas realizaciones, el contenido de carboxilo varía de aproximadamente 3 meq/100 g a aproximadamente 4 meq/100 g. En algunas realizaciones, el contenido de carboxilo es al menos aproximadamente 2 meq/100 g, por ejemplo, al menos aproximadamente 2,5 meq/100 g, por ejemplo, al menos aproximadamente 3,0 meq/100 g, por ejemplo, al menos aproximadamente 3,5 meq/100 g.
La fibra al sulfato de coníferas obtenible mediante el método según la reivindicación 1 tiene un contenido de carbonilo menor de aproximadamente 2,5 meq/100 g, por ejemplo, menor de aproximadamente 2,0 meq/100 g, por ejemplo, menor de aproximadamente 1,5 meq/100 g.
La fibra al sulfato de la divulgación puede ser más flexible que la fibra al sulfato estándar, y se puede alargar y/o curvar y/o exhibir elasticidad y/o incrementar la empaquetadura. Adicionalmente, se espera que la fibra al sulfato de la divulgación sea más blanda que la fibra al sulfato estándar, mejorando su aplicabilidad en aplicaciones a productos absorbentes, por ejemplo, tales como aplicaciones a pañales y vendajes.
En algunas realizaciones, la fibra de celulosa modificada tiene un índice de cobre menor de aproximadamente 2. En algunas realizaciones, el índice de cobre es menor de aproximadamente 1,5. En algunas realizaciones, el índice de cobre es menor de aproximadamente 1,3. En algunas realizaciones, el índice de cobre varía de aproximadamente 1,0 a aproximadamente 2,0, tal como de aproximadamente 1,1 a aproximadamente 1,5.
En al menos una realización, el contenido de hemicelulosa de la fibra al sulfato modificada es sustancialmente igual que el de fibra al sulfato no blanqueada estándar. Por ejemplo, el contenido de hemicelulosa para una fibra al sulfato de coníferas puede variar de aproximadamente 12% a aproximadamente 17%. A modo de ejemplo, el contenido de hemicelulosa de una fibra al sulfato de coníferas puede variar de aproximadamente 12,5% a aproximadamente 16,5%.
III. Productos elaborados a partir de fibras al sulfato
La presente divulgación proporciona productos elaborados a partir de la fibra al sulfato modificada descrita en la presente memoria. En algunas realizaciones, los productos son los elaborados típicamente a partir de fibra al sulfato estándar. En otras realizaciones, los productos son los elaborados típicamente a partir de borra de algodón, pasta papelera al sulfato o al sulfito antes de la hidrólisis. Más específicamente, la fibra de la presente invención se puede usar, sin modificación adicional, en la producción de productos absorbentes y como una materia prima en la preparación de derivados químicos, tales como éteres y ésteres. Hasta ahora, no ha estado disponible una fibra que haya sido útil para reemplazar tanto celulosa con alto contenido alfa, tal como algodón y pasta papelera al sulfito, como fibra al sulfato tradicional.
Expresiones tales como "que puede sustituir a borra de algodón (o pasta papelera al sulfito)..." e "intercambiable con borra de algodón (o pasta papelera al sulfito)..." y "que se puede usar en lugar de borra de algodón (o pasta papelera al sulfito)..." y similares significan solo que la fibra tiene propiedades adecuadas para el uso en la aplicación final realizada normalmente usando borra de algodón (o pasta papelera al sulfito o fibra al sulfato antes de la hidrólisis). La expresión no pretende significar que la fibra tenga necesariamente todas las características iguales que la borra de algodón (o pasta papelera al sulfito).
En algunas realizaciones, los productos son productos absorbentes, incluyendo, pero no limitados a, dispositivos médicos, incluyendo cuidado de heridas (p. ej. vendajes), pañales infantiles almohadillas de lactancia, productos para incontinencia de adultos, productos de higiene femenina, incluyendo, por ejemplo, compresas y tampones, productos no tejidos formados por corriente de aire, materiales compuestos formados por corriente de aire,
servilletas, pañales, pañuelos de papel, toallas y similares. Los productos absorbentes según la presente divulgación pueden ser desechables. En esas realizaciones, la fibra según la invención se puede usar como un sustituto total o parcial de la fibra de madera dura o de coníferas blanqueada que se usa típicamente en la producción de estos productos.
En algunas realizaciones, la fibra al sulfato de la presente invención está en la forma de pasta papelera esponjosa y tiene una o más propiedades que hacen a la fibra al sulfato más eficaz que pastas papeleras esponjosas convencionales en productos absorbentes. Más específicamente, la fibra al sulfato de la presente invención puede tener una compresibilidad mejorada que la hace deseable como un sustituto para la fibra de pasta papelera esponjosa disponible actualmente. Debido a la compresibilidad mejorada de la fibra de la presente divulgación, es útil en realizaciones que busquen producir estructuras absorbentes más finas y más compactas. Un experto en la técnica, al entender la naturaleza compresible de la fibra de la presente divulgación, podría prever fácilmente productos absorbentes en los que se pudiera usar esta fibra. A modo de ejemplo, en algunas realizaciones, la divulgación proporciona un producto de higiene ultrafino que comprende la fibra al sulfato de la divulgación. Núcleos esponjosos ultrafinos se usan típicamente, por ejemplo, en productos de higiene femenina o pañales infantiles. Otros productos que se podrían producir con la fibra de la presente divulgación podrían ser cualquiera que requiriera un núcleo absorbente o una capa absorbente comprimida. Cuando se comprime, la fibra de la presente invención no exhibe o no exhibe sustancialmente pérdida de absorbencia, pero muestra una mejora en la flexibilidad.
La fibra de la presente invención también se puede usar, sin modificación adicional, en la producción de productos absorbentes incluyendo, pero no limitados a, pañuelos de papel, toallas, servilletas y otros productos de papel que se formen en un máquina de fabricación de papel tradicional. Los procedimientos de fabricación de papel tradicionales implican la preparación de una suspensión acuosa de fibra que típicamente se deposita sobre una tela metálica formadora en la que el agua se retira posteriormente. Las fibras al sulfato de la presente divulgación pueden proporcionar características del producto mejoradas en productos que incluyan estas fibras.
IV. Productos hidrolizados ácidos/alcalinos
En algunas realizaciones, esta divulgación proporciona una fibra al sulfato modificada que se puede usar como un sustituto para borra de algodón o pasta papelera al sulfito. En algunas realizaciones, esta divulgación proporciona una fibra al sulfato modificada que se puede usar como un sustituto para borra de algodón o pasta papelera al sulfito, por ejemplo en la fabricación de éteres de celulosa, acetatos de celulosa y celulosa microcristalina.
Sin querer limitarse por una teoría, se cree que el incremento en el contenido de aldehído con relación a pasta papelera al sulfato convencional proporciona centros activos adicionales para la eterificación hasta productos finales tales como carboximetilcelulosa, metilcelulosa, hidroxipropilcelulosa y similares, mientras que simultáneamente reduce la viscosidad y el DP sin impartir amarilleamiento o decoloración significativos, permitiendo la producción de una fibra que se pueda usar tanto para la fabricación de papel como para derivados de celulosa.
En algunas realizaciones, la fibra al sulfato modificada tiene propiedades químicas que la hacen adecuada para la fabricación de éteres de celulosa. Así, la divulgación proporciona un éter de celulosa derivado de una fibra al sulfato modificada como la descrita. En algunas realizaciones, el éter de celulosa se elige de etilcelulosa, metilcelulosa, hidroxipropilcelulosa, carboximetilcelulosa, hidroxipropilmetilcelulosa e hidroxietilmetilcelulosa. Se cree que los éteres de celulosa de la divulgación se pueden usar en cualquier aplicación en la que se usen tradicionalmente éteres de celulosa. Por ejemplo, y no a modo de limitación, los éteres de celulosa de la divulgación se pueden usar en revestimientos, tintas, aglutinantes, comprimidos de fármaco de liberación controlada y películas.
En algunas realizaciones, la fibra al sulfato modificada tiene propiedades químicas que la hacen adecuada para la fabricación de ésteres de celulosa. Así, la divulgación proporciona un éster de celulosa, tal como acetato de celulosa, derivado de fibras al sulfato modificadas de la divulgación. En algunas realizaciones, la divulgación proporciona un producto que comprende un acetato de celulosa derivado de la fibra al sulfato modificada de la divulgación. Por ejemplo, y no a modo de limitación, los ésteres de celulosa de la divulgación se pueden usan en mobiliario para el hogar, filtros de cigarrillos, tintas, productos absorbentes, dispositivos médicos y plásticos, incluyendo, por ejemplo, pantallas de LCD y plasma y parabrisas.
En algunas realizaciones, la fibra al sulfato modificada de la divulgación puede ser adecuada para la fabricación de viscosa. Más particularmente, la fibra al sulfato modificada de la divulgación se puede usar como un sustituto parcial para una materia prima celulósica costosa. La fibra al sulfato modificada de la divulgación puede reemplazar tanto como 15% o más, por ejemplo tanto como 10%, por ejemplo tanto como 5%, de las materias primas celulósicas costosas. Así, la divulgación proporciona una fibra de viscosa derivada en todo o en parte de una fibra al sulfato modificada como la descrita. En algunas realizaciones, la viscosa se produce a partir de fibra al sulfato modificada de la presente divulgación que se trata con álcali y disulfuro de carbono para elaborar una solución llamada viscosa, que a continuación se hila en ácido sulfúrico y sulfato sódico diluidos para reconvertir la viscosa en celulosa. Se cree que la fibra de viscosa de la divulgación se puede usar en cualquier aplicación en la que se use tradicionalmente fibra de viscosa. Por ejemplo, y no a modo de limitación, la viscosa de la divulgación se puede usar en rayón, celofán, un filamento, envoltorios de alimentos y un hilo para neumáticos.
En algunas realizaciones, la pasta papelera al sulfato modificada de la presente divulgación, sin modificación adicional, se puede usar en la fabricación de éteres (por ejemplo carboximetilcelulosa) y ésteres de celulosa como un sustituto total o parcial para fibra derivada de borra de algodón y de fibras de conífera blanqueadas producidas mediante el procedimiento de reducción a pasta papelera al sulfito con ácido.
En algunas realizaciones, esta divulgación proporciona una fibra al sulfato modificada que se puede usar como un sustituto total o parcial para borra de algodón o pasta papelera al sulfito. En algunas realizaciones, esta divulgación proporciona una fibra al sulfato modificada que se puede usar como un sustituto para borra de algodón o pasta papelera al sulfito, por ejemplo en la fabricación de éteres de celulosa, acetatos de celulosa, viscosa y celulosa microcristalina.
En algunas realizaciones, la fibra al sulfato es adecuada para la fabricación de éteres de celulosa. Así, la divulgación proporciona un éter de celulosa derivado de una fibra al sulfato como la descrita. En algunas realizaciones, el éter de celulosa se elige de etilcelulosa, metilcelulosa, hidroxipropilcelulosa, carboximetilcelulosa, hidroxipropilmetilcelulosa, e hidroxietilmetilcelulosa. Se cree que los éteres de celulosa de la divulgación se pueden usar en cualquier aplicación en la que se usen tradicionalmente éteres de celulosa. Por ejemplo, y no a modo de limitación, los éteres de celulosa de la divulgación se pueden usar en revestimientos, tintas, aglutinantes, comprimidos de fármaco de liberación controlada y películas.
En algunas realizaciones, la fibra al sulfato es adecuada para la fabricación de ésteres de celulosa. Así, la divulgación proporciona un éster de celulosa, tal como acetato de celulosa, derivado de fibras al sulfato modificadas de la divulgación. En algunas realizaciones, la divulgación proporciona un producto que comprende un acetato de celulosa derivado de la fibra al sulfato de la divulgación. Por ejemplo, y no a modo de limitación, los ésteres de celulosa de la divulgación se pueden usan en mobiliario para el hogar, filtros de cigarrillos, tintas, productos absorbentes, dispositivos médicos y plásticos, incluyendo, por ejemplo, pantallas de LCD y plasma y parabrisas. En algunas realizaciones, la fibra al sulfato es adecuada para la fabricación de celulosa microcristalina. La producción de celulosa microcristalina requiere un material celulósico de partida altamente purificado relativamente puro. Como tales, tradicionalmente, se han usado para su producción pastas papeleras al sulfito costosas. La presente divulgación proporciona celulosa microcristalina derivada de fibra al sulfato de la divulgación. Así, la divulgación proporciona una fuente económica de celulosa para la producción de celulosa microcristalina.
La celulosa de la divulgación se puede usar en cualquier aplicación en la que se haya usado tradicionalmente celulosa microcristalina. Por ejemplo, y no a modo de limitación, la celulosa de la divulgación se puede usar en aplicaciones farmacéuticas o nutracéuticas, aplicaciones alimentarias, aplicaciones cosméticas, aplicaciones a papel, o como un material compuesto estructural. A modo de ejemplo, la celulosa de la divulgación puede ser un aglutinante, diluyente, desintegrante, lubricante, adyuvante de formación de comprimidos, estabilizante, agente texturizante, sustituto de grasa, agente de carga, agente antiaglomerante, agente espumante, emulsionante, espesante, agente separador, agente gelificante, material portador, opacificante o modificador de la viscosidad. En algunas realizaciones, la celulosa microcristalina es un coloide.
Otros productos que comprenden derivados de celulosa y celulosa microcristalina derivados de fibras al sulfato según la divulgación también pueden estar previstos por personas de experiencia normal en la técnica. Estos productos se pueden encontrar, por ejemplo, en aplicaciones cosméticas e industriales.
Según se usa en la presente memoria, se entiende que "aproximadamente" explica variaciones debidas al error experimental. Se entiende que todas las medidas están modificadas por la palabra "aproximadamente", ya se cite explícitamente "aproximadamente" o no, a menos que se indique específicamente otra cosa. Así, por ejemplo, se entiende que la afirmación "una fibra que tiene una longitud de 2 mm" significa "una fibra que tiene una longitud de aproximadamente 2 mm."
Los detalles de una o más realizaciones no limitativas de la invención se indican en los ejemplos posteriores. Otras realizaciones de la invención deben ser evidentes para los expertos normales en la técnica después de considerar la presente divulgación.
Ejemplos
Protocolos de prueba
1. La solubilidad en sosa cáustica (R10, S10, R18, S18) se mide según TAPPI T235-cm00.
2. El contenido de carboxilo se mide según TAPPI T237-cm98.
3. El contenido de aldehído se mide según Econotech Services LTD, procedimiento patentado ESM 055B.
4. El índice de cobre se mide según TAPPI T430-cm99.
5. El contenido de carbonilo se calcula a partir del índice de cobre según la fórmula: carbonilo = (Ind. Cu -0,07)/0,6, de Biomacromolecules 2002, 3, 969-975.
6. La viscosidad CED capilar 0,5% se mide según TAPPI T230-om99.
7. La viscosidad intrínseca se mide según ASTM D1795 (2007).
8. El DP se calcula a partir de la viscosidad CED capilar 0,5% según la fórmula: DPw = -449,6 598,4In(CED capilar 0,5%) 118,02In2(CED capilar 0,5%), a partir de la conferencia de Cellucon de 1994 publicada en The Chemistry and Processing of Wood and Plant Fibrous Materials, p. 155, woodhead Publishing Ltd, Abington Hall, Abington, Cambridge CBI 6AH, Inglaterra, J.F. Kennedy, et al. editores.
9. Los carbohidratos se miden según TAPPI T249-cm00 con análisis mediante cromatografía iónica Dionex. 10. El contenido de celulosa se calcula a partir de la composición del carbohidrato según la fórmula:
Celulosa=Glucano-(Manano/3), de TAPPI Journal 65(12):78-801982.
11. El contenido de hemicelulosa se calcula a partir de la suma de azúcares menos el contenido de celulosa. 12. La longitud y el grosor de la fibra se determina en un Fiber Quality Analyzer™ de OPTEST, Hawkesbury, Ontario, según los procedimientos estándar del fabricante.
13. Los extractos en DCM (diclorometano) se determinan según TAPPI T204-cm97.
14. El contenido de hierro se determina mediante digestión ácida y análisis mediante ICP.
15. El contenido de cenizas se determina según TAPPI T211 -om02.
16. El brillo se determina según TAPPI T525-om02.
17. La blancura CIE se determina según el método TAPPI T560
Ejemplo 1
Métodos para preparar fibras de la divulgación
Se cocieron virutas de pino de Arkansas en un digestor continuo de dos recipientes con cocción de flujo descendente Lo-Solids®. La aplicación de licor blanco era 8,42% como álcali efectivo (EA) en el recipiente de impregnación y 8,59% en la circulación de temple. La temperatura de temple era 166°C. El índice kappa después de la digestión era 20,4. La pasta papelera parda se deslignificó adicionalmente en un sistema de deslignificación con oxígeno en dos fases con hidróxido sódico (NaOH) al 2,98% y oxígeno (O2) al 2,31% aplicados. La temperatura era 98°C. La presión del primer reactor era 758 kPa y la del segundo reactor era 372 kPa. El índice kappa era 6,95. La pasta papelera deslignificada con oxígeno se blanqueó en una planta de blanqueamiento de 5 fases. La primera fase de dióxido de cloro (D0) se llevó a cabo con dióxido de cloro (CD2) al 0,90% aplicado a una temperatura de 61 °C y un pH de 2,4.
La fase segunda o de extracción alcalina oxidativa (EOP) se llevó a cabo a una temperatura de 76°C. Se aplicó NaOH al 0,98%, peróxido de hidrógeno (H2O2) al 0,44% y oxígeno (O2) al 0,54%. El índice kappa después de la deslignificación con oxígeno era 2,1.
La fase tercera o de dióxido de cloro (D1) se llevó a cabo a una temperatura de 74°C y un pH de 3,3. Se aplicó CO2 al 0,61% y NaOH al 0,02%. La viscosidad CED capilar 0,5% era 10,0 mPa.s.
La cuarta fase se alteró para producir una pasta papelera de bajo grado de polimerización. Se añadió heptahidrato de sulfato ferroso (FeSO4-7H2O) como una solución acuosa de 0,3 g/ml (2,5 libras/galón) a una velocidad para proporcionar 75 ppm de Fe+2 sobre la pasta papelera en la repulpadora del lavador de D1. El pH de la fase era 3,3 y la temperatura era 80°C. Se aplicó H2O2 al 0,26% sobre la pasta papelera en la succión de la bomba de alimentación por fases.
La fase quinta o de dióxido de cloro final (D2) se llevó a cabo a una temperatura de 80°C y un pH de 3,9 con ClO2 al 0,16% aplicado. La viscosidad era 5,0 mPa.s y el brillo era 90,0% ISO.
El contenido de hierro era 10,3 ppm, los extractos medidos eran 0,018% y el contenido de cenizas era 0,1%. Resultados adicionales se indican en la Tabla posterior.
Ejemplo 2
Se cocieron virutas de pino de Arkansas en un digestor continuo de dos recipientes con cocción de flujo descendente Lo-Solids®. La aplicación de licor blanco era 8,12% como álcali efectivo (EA) en el recipiente de impregnación y 8,18% en la circulación de temple. La temperatura de temple era 167°C. El índice kappa después de la digestión era 20,3. La pasta papelera parda se deslignificó adicionalmente en un sistema de deslignificación con
oxígeno en dos fases con NaOH al 3,14% y O2 al 1,74% aplicados. La temperatura era 98°C. La presión del primer reactor era 779 kPa y la del segundo reactor era 372 kPa. El índice kappa después de la deslignificación con oxígeno era 7,74.
La pasta papelera deslignificada con oxígeno se blanqueó en una planta de blanqueamiento de 5 fases. La primera fase de dióxido de cloro (D0) se llevó a cabo con dióxido de cloro (ClO2) al 1,03% aplicado a una temperatura de 68°C y un pH de 2,4.
La fase segunda o de extracción alcalina oxidativa (EOP) se llevó a cabo a una temperatura de 87°C. Se aplicó NaOH al 0,77%, H2O2 al 0,34% y O2 al 0,45%. El índice kappa después de la fase era 2,2.
La fase tercera o de dióxido de cloro (D1) se llevó a cabo a una temperatura de 76°C y un pH de 3,0. Se aplicó ClO2 al 0,71% y NaOH al 0,11%. La viscosidad CED capilar 0,5% era 10,3 mPa.s.
La cuarta fase se alteró para producir una pasta papelera de bajo grado de polimerización. Se añadió heptahidrato de sulfato ferroso (FeSO4-7H2O) como una solución acuosa de 0,3 g/ml (2,5 libras/galón) a una velocidad para proporcionar 75 ppm de Fe+2 sobre la pasta papelera en la repulpadora del lavador de D1. El pH de la fase era 3,3 y la temperatura era 75°C. Se aplicó H2O2 al 0,24% sobre la pasta papelera en la succión de la bomba de alimentación por fases.
La fase quinta o de dióxido de cloro final (D2) se llevó a cabo a una temperatura de 75°C y un pH de 3,75 con ClO2 al 0,14% aplicado. La viscosidad era 5,0 mPa.s y el brillo era 89,7% ISO.
El contenido de hierro era 15 ppm. Resultados adicionales se indican en la Tabla posterior.
Ejemplo 3
Se cocieron virutas de pino de Arkansas en un digestor continuo de dos recipientes con cocción de flujo descendente Lo-Solids®. La aplicación de licor blanco era 7,49% como álcali efectivo (EA) en el recipiente de impregnación y 7,55% en la circulación de temple. La temperatura de temple era 166°C. El índice kappa después de la digestión era 19,0. La pasta papelera parda se deslignificó adicionalmente en un sistema de deslignificación con oxígeno en dos fases con NaOH al 3,16% y O2 al 1,94% aplicados. La temperatura era 97°C. La presión del primer reactor era 758 kPa y la del segundo reactor era 337 kPa. El índice kappa después de la deslignificación con oxígeno era 6,5.
La pasta papelera deslignificada con oxígeno se blanqueó en una planta de blanqueamiento de 5 fases. La primera fase de dióxido de cloro (D0) se llevó a cabo con ClO2 al 0,88% aplicado a una temperatura de 67°C y un pH de 2,6. La fase segunda o de extracción alcalina oxidativa (EOP) se llevó a cabo a una temperatura de 83°C. Se aplicó NaOH al 0,74%, H2O2 al 0,54% y O2 al 0,45%. El índice kappa después de la fase era 1,8.
La fase tercera o de dióxido de cloro (D1) se llevó a cabo a una temperatura de 78°C y un pH de 2,9. Se aplicó ClO2 al 0,72% y NaOH al 0,04%. La viscosidad CED capilar 0,5% era 10,9 mPa.s.
La cuarta fase se alteró para producir una pasta papelera de bajo grado de polimerización. Se añadió heptahidrato de sulfato ferroso (FeSO4-7H2O) como una solución acuosa de 0,3 g/ml (2,5 libras/galón) a una velocidad para proporcionar 75 ppm de Fe+2 sobre la pasta papelera en la repulpadora del lavador de D1. El pH de la fase era 2,9 y la temperatura era 82°C. Se aplicó H2O2 al 0,30% sobre la pasta papelera en la succión de la bomba de alimentación por fases.
La fase quinta o de dióxido de cloro final (D2) se llevó a cabo a una temperatura de 77°C y un pH de 3,47 con ClO2 al 0,14% aplicado. La viscosidad era 5,1 mPa.s y el brillo era 89,4% ISO.
El contenido de hierro era 10,2 ppm. Resultados adicionales se indican en la Tabla posterior.
Ejemplo 4 - Ejemplo comparativo
Se cocieron virutas de pino de Arkansas en un digestor continuo de dos recipientes con cocción de flujo descendente Lo-Solids®. La aplicación de licor blanco era 8,32% como álcali efectivo (EA) en el recipiente de impregnación y 8,46% en la circulación de temple. La temperatura de temple era 162°C. El índice kappa después de la digestión era 27,8. La pasta papelera parda se deslignificó adicionalmente en un sistema de deslignificación con oxígeno en dos fases con NaOH al 2,44% y O2 al 1,91% aplicados. La temperatura era 97°C. La presión del primer reactor era 779 kPa y la del segundo reactor era 386 kPa. El índice kappa después de la deslignificación con oxígeno era 10,3.
La pasta papelera deslignificada con oxígeno se blanqueó en una planta de blanqueamiento de 5 fases. La primera fase de dióxido de cloro (D0) se llevó a cabo con ClO2 al 0,94% aplicado a una temperatura de 66°C y un pH de 2,4. La fase segunda o de extracción alcalina oxidativa (EOP) se llevó a cabo a una temperatura de 83°C. Se aplicó
NaOH al 0,89%, H2O2 al 0,33% y O2 al 0,20%. El índice kappa después de la fase era 2,9.
La fase tercera o de dióxido de cloro (D1) se llevó a cabo a una temperatura de 77°C y un pH de 2,9. Se aplicó ClO2 al 0,76% y NaOH al 0,13%. La viscosidad CED capilar 0,5% era 14,0 mPa.s.
La cuarta fase se alteró para producir una pasta papelera de bajo grado de polimerización. Se añadió heptahidrato de sulfato ferroso (FeSO4-7H2O) como una solución acuosa de 0,3 g/ml (2,5 libras/galón) a una velocidad para proporcionar 150 ppm de Fe+2 sobre la pasta papelera en la repulpadora del lavador de D1. El pH de la fase era 2,6 y la temperatura era 82°C. Se aplicó H2O2 al 1,6% sobre la pasta papelera en la succión de la bomba de alimentación por fases.
La fase quinta o de dióxido de cloro final (D2) se llevó a cabo a una temperatura de 85°C y un pH de 3,35 con ClO2 al 0,13% aplicado. La viscosidad era 3,6 mPa.s y el brillo era 88,7% ISO.
Cada una de las pastas papeleras blanqueadas producidas en los ejemplos anteriores se formó como un tablero de pasta papelera en un secador para pasta papelera de tipo Fourdrinier con una sección secadora Flakt de aire. Se recogieron muestras de cada pasta papelera y se analizaron con respecto a la composición química y las propiedades de la fibra. Los resultados se muestran en la Tabla 1.
Los resultados muestran que las pastas papeleras producidas con viscosidad o DPw bajos mediante una combinación de deslignificación incrementada y una fase de peróxido catalizada (Ejemplos 1-3) tienen contenidos de carbonilo inferiores que el ejemplo comparativo con deslinificación estándar y una fase de peróxido catalizada con ácido incrementada. La pasta papelera de la presente invención exhibe significativamente menos amarilleamiento cuando se somete a un procedimiento basado en sosa cáustica tal como la fabricación de éteres de celulosa y viscosa.
Los resultados se indican en la Tabla posterior.
Tabla 1
Ejemplo 5 - Prueba para el amarilleamiento
Láminas de pasta papelera secadas procedentes del Ejemplo 2 y el ejemplo comparativo se cortaron en cuadrados de 7,6 cm x 7,6 cm (3 pulgadas x 3 pulgadas). El brillo y los índices cromáticos como coordenadas L*, a*, b* de CIE se determinaron en un instrumento Hunterlab MiniScan™ XE. Cada uno de los cuadrados se colocó separadamente en una bandeja y se añadieron 30 ml de NaOH al 18% para saturar la lámina. El cuadrado se retiró de la bandeja y la solución de NaOH después de 5 minutos. El brillo y los valores cromáticos se midieron sobre la lámina saturada. El sistema L*, a*, b* describe un espacio cromático como:
L* = 0 (negro) - 100 (blanco)
a* = -a (verde) - a (rojo)
b* = -b (azul) - b (amarillo)
Los resultados se muestran en la Tabla 2. La pasta papelera del ejemplo 2 exhibe significativamente menos amarilleamiento según se observa en el valor de b* menor para la muestra saturada y en el incremento menor del valor b* tras la saturación.
Tabla 2. Propiedades de pastas papeleras iniciales y saturadas en NaOH
Ejemplo 6 - Pasta papelera esponjosa estándar
Se cocieron virutas de pino de Arkansas en un digestor continuo de dos recipientes con cocción de flujo descendente Lo-Solids®. La aplicación de licor blanco era 8,32% como álcali efectivo (EA) en el recipiente de impregnación y 8,46% en la circulación de temple. La temperatura de temple era 162°C. El índice kappa después de la digestión era 27,8. La pasta papelera parda se deslignificó adicionalmente en un sistema de deslignificación con oxígeno en dos fases con NaOH al 2,44% y O2 al 1,91% aplicados. La temperatura era 97°C. La presión del primer reactor era 779 kPa y la del segundo reactor era 386 kPa. El índice kappa después de la deslignificación con oxígeno era 10,3.
La pasta papelera deslignificada con oxígeno se blanqueó en una planta de blanqueamiento de 5 fases. La primera fase de dióxido de cloro (D0) se llevó a cabo con ClO2 al 0,94% aplicado a una temperatura de 66°C y un pH de 2,4. La fase segunda o de extracción alcalina oxidativa (EOP) se llevó a cabo a una temperatura de 83°C. Se aplicó NaOH al 0,89%, H2O2 al 0,33% y O2 al 0,20%. El índice kappa después de la fase era 2,9.
La fase tercera o de dióxido de cloro (D1) se llevó a cabo a una temperatura de 77°C y un pH de 2,9. Se aplicó CIO2 al 0,76% y NaOH al 0,13%. La viscosidad CED capilar 0,5% era 14,0 mPa.s.
La cuarta fase (EP) era una fase de extracción alcalina reforzada con peróxido. El pH de la fase era 10,0 y la temperatura era 82°C. Se aplicó NaOH al 0,29% sobre la pasta papelera. Se aplicó H2O2 al 0,10% sobre la pasta papelera en la succión de la bomba de alimentación por fases.
La fase quinta o de dióxido de cloro final (D2) se llevó a cabo a una temperatura de 85°C y un pH de 3,35 con ClO2 al 0,13% aplicado. La viscosidad era 13,2 mPa.s y el brillo era 90,9% ISO.
Se ha descrito un número de realizaciones. No obstante, se entenderá que se pueden realizar diversas modificaciones sin apartarse del alcance de la divulgación. Según esto, otras realizaciones están dentro del alcance de las siguientes realizaciones.
Claims (12)
1. Un método para elaborar una pasta papelera al sulfato modificada que comprende:
digerir una pasta papelera celulósica de coníferas hasta un índice kappa de aproximadamente 17 a aproximadamente 21;
deslignificar con oxígeno la pasta papelera celulósica hasta un índice kappa de menos de 8;
blanquear la pasta papelera celulósica al sulfato usando un procedimiento de blanqueo de múltiples fases; y oxidar la pasta papelera al sulfato durante al menos una fase del procedimiento de blanqueo de múltiples fases con un peróxido y un catalizador bajo una condición ácida, en donde el procedimiento de blanqueo de múltiples fases comprende al menos una fase de blanqueo después de la fase de oxidación;
caracterizado por que:
la pasta papelera celulósica de coníferas es fibra de pino de Arkansas;
el catalizador es hierro presente en una cantidad de 25 ppm a 100 ppm; y
el peróxido es peróxido de hidrógeno presente en una cantidad de 0,1% a 0,5%.
2. El método según la reivindicación 1, en el que el pH de la fase de oxidación varía de aproximadamente 2 a aproximadamente 6.
3. El método según la reivindicación 2, en el que la digestión se lleva a cabo en dos fases que incluyen un impregnador y un digestor de flujo descendente en paralelo.
4. El método según la reivindicación 1, en el que ninguna fase de blanqueo alcalino sigue a la fase de oxidación
5. Una fibra al sulfato de coníferas producible mediante un método según la reivindicación 4, que no incluye una etapa de prehidrólisis.
6. La fibra al sulfato de coníferas según la reivindicación 5, en donde la fibra tiene un valor de b* en el estado saturado en NaOH de menos de 30.
7. La fibra al sulfato de coníferas según la reivindicación 5, en donde la fibra tiene una Ab* de menos de aproximadamente 25.
8. La fibra al sulfato de coníferas obtenible mediante el método según la reivindicación 1, en la que:
el contenido de carbonilo total es menor de 2,5 mmoles/100 g y la viscosidad CED es menor de 5 mPâ s.
9. El uso de la fibra según la reivindicación 8 para elaborar celulosa microcristalina.
10. El uso de la fibra al sulfato de coníferas obtenible mediante el método según la reivindicación 1, para derivar una fibra de viscosa.
11. El uso de la fibra al sulfato de coníferas obtenible mediante el método según la reivindicación 1, para elaborar éter de celulosa elaborado mediante la eterificación de dicha fibra al sulfato de coníferas.
12. El uso de la fibra al sulfato de coníferas obtenible mediante el método según la reivindicación 1, para elaborar éster de celulosa mediante la esterificación de dicha fibra al sulfato de coníferas.
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