專利名稱：：用甲酸和乙酸的混合物作為蒸煮化學劑生產紙漿的方法
背景技術：
：本發明涉及用甲酸蒸煮草本植物和闊葉樹生產紙漿時，以乙酸作為附加的蒸煮化學劑的方法。用本方法生產的紙漿可以用于生產如高級紙和紙板時作為短纖維原料。本發明也涉及在甲酸打漿過程中，用乙酸作為附加的蒸煮化學劑，以調整紙漿中半纖維素含量的方法。植物中半纖維素的量以干物質計為15至30％。半纖維素和纖維素分子間非相互化學結合的，但是，它們由氫鍵和范德華力聯結的。典型的是，半纖維素比較容易被強堿和酸的作用水解。芬蘭專利申請書933729公開了用乙酸作為主要的蒸煮化學劑和用甲酸作為附加的蒸煮化學劑生產紙漿的方法。在此方法中，需將溫度升高到130至190℃，因此，半纖維素開始分解為糠醛，此外，在升高的溫度下，甲酸的損失也增加了。Seisto等的出版物，甲酸/過甲酸樺木紙漿生產的纖維特征和紙的性質，《北歐紙漿和紙研究雜志》，12卷，4期，1997，中闡述了用硬木(樺木)生產紙漿的三段法，該方法使用了甲酸和甲酸/過甲酸結合的蒸煮法。此方法的缺點是，同硫酸鹽制漿法相比較，生產的紙漿強度差。原因之一是低的半纖維素含量。在此方法中所用的MILOX過程，典型的需要蒸煮2至4小時。為保留半纖維素的含量，建議用較短的蒸煮時間，少于2小時，和較高的卡伯值。在以甲酸為基料的制漿方法中，內在形成了某種程度的乙酸，這是由于結合在半纖維素中的乙酰基在蒸煮和洗漿時分解了。但是，其量不大，只是蒸煮用酸總量的1％以下，因此，它們對紙漿中半纖維素含量沒有影響。令人吃驚的是，用甲酸蒸煮時，加入乙酸能增加紙漿的半纖維素含量，當紙漿蒸煮到相同的卡帕值時，半纖維素的量幾乎是直線增加。在此情況下，有可能按照所用的原料和紙漿的最終用途來調整紙漿中半纖維素的含量。發明概述本發明的目的是提供用甲酸蒸煮草本植物和闊葉樹生產紙漿的方法。此方法的特征是用乙酸作為附加的蒸煮化學劑。本發明的目的也提供用于調整紙漿的半纖維素含量的方法，該方法同用甲酸蒸煮時以乙酸作為附加的蒸煮化學劑相關。通過使用本方法，和在相同的溫度下單獨用甲酸蒸煮相比較，有可能減少半纖維素的水解。紙漿中較高的半纖維素含量增加了總的產量，和保持了紙漿的其它好的性質。發明詳述本發明涉及用甲酸蒸煮草本植物和闊葉樹生產紙漿時，用乙酸作為附加的蒸煮化學劑的方法。本方法優選是一段甲酸法。蒸煮酸中甲酸的量在80至40％之間，乙酸的量在8至50％之間，優選是10至40％，特別優選是15至40％。蒸煮酸中有機酸的總含量典型是75至90％(其余是水)。在本發明中，蒸煮酸是指加到蒸煮器中的酸的組合物。蒸煮溫度是110至140℃，優選是115至125℃，典型的蒸煮時間是20至80分鐘。蒸煮壓力典型在1.5至3巴范圍之間。在實踐中，典型的蒸煮是在一段的，連續的，加壓的，豎管式反應器中完成的，其中的蒸煮溫度是由熱的酸和從蒸發器和蒸餾時返回的酸蒸汽提供的。對草本植物而言，蒸煮酸通常用于浸漬需要蒸煮的原料，例如在臥式管反應器中，酸浸漬溫度典型是80℃，浸漬時間是5至30分鐘。優選將含有甲酸和乙酸的再生混合酸作為蒸煮化學劑。蒸煮化學劑的再生典型的是用蒸發和蒸餾完成的，其方法是在多級蒸發器中將濃的蒸煮液蒸發到溶解的固形物的濃度為50至80％(干物質含量)，用過壓從稀酸中蒸餾水分至甲酸和乙酸的總濃度為80至90％，將此混合酸返回用于蒸煮。用本方法得到的乙酸典型的是在壓力柱中蒸餾至得到塔底產物純乙酸，濃甲酸和乙酸的混合物則得自塔頂餾出物，混合酸返回用于蒸煮。當使用本發明的有高乙酸含量的蒸煮酸時，有利于乙酸的再生，并可比已知方法使用較少的再生柱。將乙酸同甲酸結合使用作為蒸煮化學劑改進了方法的經濟性和化學劑的回收。如果蒸煮化學劑的乙酸濃度允許超過30％，這樣的進料組合物含量可以在三組分蒸餾中獲得，使得用二柱(否則需要用三柱或四柱)將水、甲酸和乙酸分離。在甲酸、乙酸和水的三組分蒸餾中，可以有許多共沸點，用一個柱不可能很純地將組分分離。從甲酸和乙酸的混合物中去除水，可以有利地用2至3巴的壓力，使得酸和水的蒸汽壓差可以使蒸餾獲得成功。去除過程中得到的乙酸可以用1至2巴的壓力。從制備的紙漿中去除蒸煮液可以用加壓或洗濾方法完成，以及用水逆流水洗紙漿的方法典型用0.7至1.3的低稀釋倍數在多級過濾機上進行，達到回收的水洗酸的總酸濃度是50至70％。從紙漿中去除結合的甲酸，典型的在50至95℃進行，酸濃度是5至50％，滯留時間是1至3小時。如需要漂白的紙漿以生產高級紙，可以在蒸煮后用氧化漂白化學劑進行漂白。優選用過氧化氫作為氧化漂白劑。生產高級紙時，將按照本發明處理過的紙漿，即經過蒸煮和漂白步驟得到的紙漿，送往高級紙的造紙廠，其中結合有合適比例的長纖維紙漿(強化纖維)。適用的比例是，例如從草本植物或闊葉樹制備的短纖維紙漿為30至80％，其余部分是強化纖維，這隨植物的纖維長度而定。制備紙漿混合物時，不需要對草本植物進行精制。本發明也涉及用于調整紙漿中半纖維素含量的方法，它與紙漿是以甲酸為基料，以乙酸作蒸煮化學劑的生產方法相關的。此方法的條件，例如甲酸和乙酸的量，蒸煮溫度和蒸煮時間等都和以上闡述的相同。用本發明的方法，紙漿中半纖維素的含量可以調整到適合所用的原料(草本植物和闊葉樹)，以及適合紙漿的各種用途。通過加入乙酸，表明紙漿中半纖維素含量的木糖的含量能調整到所需狀態。當紙漿用于造紙時，可以通過加入乙酸，優選10至40％，以增加木糖含量，因為這有利于提高紙的強度。優選不過量使用乙酸，因為乙酸過量則在甲酸使用的最適溫度范圍時，卡伯值趨于太高。如用升高溫度來降低卡伯值，這是易于達到的，但由于熱分解使甲酸的損失上升。在本發明的方法中，甲酸的損失減少到最小，因為操作是在110至140℃的低溫下進行的，而芬蘭專利申請書933729中方法所用的溫度是130至190℃。在造紙時，如強調紙的光學性質，不透明度，光散射和高的松厚度，所用的乙酸只能是少量，優選用10至15％。如強調紙的強度和產量，乙酸可以用較大的量，優選用20至50％。如紙漿的最終用途是溶解紙漿的生產，乙酸的用量非常小，例如，低于10％。本發明的方法可以用草本植物和闊葉樹作為原料。草本植物主要是指非木本的纖維源。纖維的最重要來源包括稻草麥桿，例如谷物的莖桿(大米，小麥，黑麥，燕麥，大麥)；草，例如，茅草，沙巴草和香茅草；蘆葦，例如紙莎草，普通蘆葦，甘蔗和竹；韌皮纖維，例如普通亞麻的莖，亞麻籽亞麻，洋麻，黃麻和大麻的莖；葉纖維，例如馬尼拉大麻和西沙爾麻；和種子外衣纖維，例如棉花和棉籽絨。一種芬蘭種植的重要原料是虉草。在落葉樹中可以用的如樺木。本方法也可以用栗樹，但迄今并不特別適用于制紙漿。此草本植物為原料不需要進行預處理，例如分級，但是草本植物的莖，葉，節和穗等可以在收獲時用飼料切割機切割成5至15厘米長進行蒸煮。這樣生物量沒有浪費，短纖維沒有損失。以下實施例闡述了本發明的方法。以下是用于實施例的標準分析步驟化學紙漿的分解以測定紙漿的性質(SCAN18:65)紙漿的實驗室紙/手抄紙的制備以測定物理性質(SCAN-C26:76)，用Schopper-Riegler法測定紙漿的抗排水性(SCAN-C19:65)化學紙漿的卡伯值(SCAN-C1:77)，紙漿的木糖含量(以戊聚糖含量計)(SCAN-C4:61)PFI粉碎機中紙漿的粉碎(SCAN-C24:67)。實施例1用未分級的切碎的帶葉蘆葦虉草蘆葦制備蘆葦虉草紙漿600公斤。蒸煮條件如下蒸煮液的甲酸含量是70至75％，乙酸含量是10％，水的含量是15至20％；蒸煮溫度是115至120℃；壓力1.5巴和蒸煮時間50分鐘。所得到的纖維素用二段式堿性過氧化氫漂白。用此方法得到的蘆葦虉草紙漿以中間試驗規模制備高級紙，所用的纖維組合物中，50％是蘆葦虉草紙漿和50％用硫酸鹽法制備的松木紙漿。蘆葦虉草紙漿是不經精制的。用高質量的商品松木/樺木硫酸鹽紙漿(50％松木紙漿和50％樺木紙漿)作為對照紙漿。紙漿以900至1300米/分的速度進行操作。在所有速度下，蘆葦虉草紙漿的操作性都非常好。同對照紙漿作比較，在相同的條件下操作，蘆葦虉草紙漿在不透明度，光散射，松厚度，光滑度和孔率等都比對照紙漿好。兩者具有相當的撕裂強度，但是蘆葦虉草紙漿的抗張強度較低，這是因為蘆葦虉草纖維的長度只有樺木的一半。但是，強度是足夠的，即使蘆葦虉草紙漿是未磨碎的。試驗結果見表1。表1造紙機上試驗運轉的結果RCG=蘆葦虉草P=松木硫酸鹽紙漿B=樺木硫酸鹽紙漿D.S=干物質cd=橫向md=縱向，加工方向實施例2以實驗室規模分別進行九次蒸煮制備栗木紙漿(栗木購自法國)。栗木紙漿的纖維長度接近草本植物的長度。在以下條件下蒸煮栗木碎片；蒸煮液的甲酸含量72％，乙酸含量10％和水含量18％，蒸煮溫度120℃，壓力2.0巴，蒸煮時間50分鐘。得到的紙漿以二段式堿性過氧化物漂白。褐色紙漿的Schopper-Riegler值是18.5，卡伯值27.6，未磨碎試驗紙的抗張指數76.2。漂白紙漿的Schopper-Riegler值是18.0，亮度81.9％(國際標準化組織)，和未磨碎的抗張指數37.5。根據試驗結果，所得到的栗木紙漿具有完全可接受的性質。實施例3用未分級的帶葉的切細蘆葦虉草制備蘆葦虉草紙漿。作為預處理步驟，紙漿在80℃吸收20分鐘。按以下表2所列條件進行5次蒸煮和一次空白試驗(只用甲酸)。表中顯示蒸煮溫度和蒸煮時間，以及蒸煮液中甲酸和乙酸的含量(其余部分是水)。蒸煮壓力在1.5至2.5巴范圍之間。測定所得紙漿的卡伯值，木糖含量和紙漿得率，這些也列于表2中。表2褐色蘆葦虉草紙漿的制備表2的結果顯示木糖含量，即紙漿中半纖維素的含量，隨乙酸量的增加幾乎成直線增加。得到的紙漿用二段式堿性過物化物進行漂白。表3表示漂白紙漿的木糖含量，產率和抗張指數。表3漂白的蘆葦虉草紙漿的性質<tablesid="table3"num="003"><table>編號木糖％產率％抗張指數16.735.353.326.337.650.138.940.855.8410.541.257.9510.040.658.305.235.447.9</table></tables>實施例4用未分級的帶葉切細蘆葦虉草制備漂白的蘆葦虉草紙漿。蒸煮條件如下蒸煮液的甲酸含量53％，乙酸含量30％和水含量17％。蒸煮溫度是119℃。蒸煮壓力是1.8巴。將蘆葦虉草紙漿同在PFI磨碎機(2500rpm)中磨碎的、漂白的、干燥的、松木硫酸鹽紙漿混合。將混合的化學紙漿(蘆葦虉草/松木50∶50)制備成紙片并測定它們的技術性質。紙片的抗張強度指數是68.4，撕裂指數是5.2，松厚度是1.28。這些值符合高級紙的要求。顯然對熟練此技術的人來說，本發明的先進技術的基本思想可以用許多途徑實現。因此本發明和它的實施方案并不受以上實施例的限制，它們可以在權利要求的范圍內加以修改。權利要求1．以甲酸蒸煮作為基礎，用乙酸作為附加的蒸煮化學劑，從草本植物和闊葉樹生產紙漿的方法，其特征在于蒸煮酸中甲酸的量在80至40％范圍內，乙酸的量在8至50％，優選10至40％，特別優選15至40％，蒸煮溫度是110至140℃，優選115至125℃。2．權利要求1的方法，其特征在于蒸煮時間是20至80分鐘。3．權利要求1或2的方法，其特征在于用含有甲酸和乙酸的再生混合酸作為蒸煮化學劑。4．前述權利要求中任何一項的方法，其特征在于還包含紙漿漂白步驟。5．按照權利要求4制備的紙漿在造紙上的應用。6．調整紙漿中半纖維素含量的方法，該紙漿是用甲酸蒸煮和用乙酸作為附加蒸煮化學劑制備的，其特征在于蒸煮酸中甲酸的量是80至40％，乙酸的量是8至50％，優選10至40％，特別優選15至40％，蒸煮溫度是110至140℃，優選115至125℃。7．權利要求6的方法，其特征在于蒸煮時間是20至80分鐘。8．權利要求6或7的方法，其特征在于用含有甲酸和乙酸的再生混合酸作為附加的蒸煮化學劑。全文摘要本發明涉及用甲酸蒸煮草本植物和闊葉樹生產紙漿時,以乙酸作為附加的蒸煮化學劑的方法。得到的紙漿可用于生產高級紙和紙板時作為短纖維原料。本發明也涉及在用甲酸蒸煮時,以乙酸作為附加的蒸煮化學劑以調整紙漿中半纖維素含量的方法。文檔編號D21C3/00GK1299424SQ99805811公開日2001年6月13日申請日期1999年5月4日優先權日1998年5月5日發明者帕西·羅素,帕維·羅素,艾沙·羅素申請人:坎普利斯公司