用于紙張制造中亮度改善的方法和組合物的制作方法
【專利說(shuō)明】用于紙張制造中亮度改善的方法和組合物
[0001] 發(fā)明背景 1、技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本公開(kāi)涉及用于在紙漿和紙張制造中改善亮度和光學(xué)特性、防止亮度損失，和提 高熱黃變抗性的組合物和方法。更具體地，本公開(kāi)涉及包含硼氫化物的組合物，其單獨(dú)或在 光學(xué)增亮劑的存在下，有效地提高紙張產(chǎn)品的亮度和光學(xué)性能以及提高其熱穩(wěn)定性。
[0003] 2、相關(guān)技術(shù)的說(shuō)明
[0004] 通過(guò)機(jī)械或化學(xué)制漿方法生產(chǎn)的紙漿根據(jù)所使用的木材類型和纖維分離方法具 有其范圍可以是從深褐色至奶油色的顏色。紙漿被漂白以產(chǎn)生白色紙張產(chǎn)品用于多種應(yīng) 用。
[0005] 漂白是去除或改變那些出現(xiàn)在未漂白紙漿中的光吸收物質(zhì)。在機(jī)械紙漿的漂白中 目的是在不溶解木質(zhì)素的情況下使紙漿脫色。通常使用還原（例如連二亞硫酸鈉）或氧化 (例如過(guò)氧化氫）漂白劑。漂白通常是多級(jí)過(guò)程?；瘜W(xué)紙漿的漂白是在消化階段開(kāi)始的脫 木素作用的延伸。漂白通常是多級(jí)過(guò)程，其階段可以包括二氧化氯漂白、氧堿脫木素作用和 過(guò)氧化物漂白。
[0006] 主要?dú)w因于熱老化的變色作用在使用經(jīng)漂白紙漿的造紙過(guò)程的各種階段中以及 在最終的紙張產(chǎn)品中導(dǎo)致黃變和亮度損失。工業(yè)上大量投資于改善成品紙張或紙張產(chǎn)品的 光學(xué)性能的化學(xué)品，例如漂白劑和光學(xué)增亮劑。然而到目前為止結(jié)果不盡人意，而由變色和 黃變產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失對(duì)該產(chǎn)業(yè)提出重大而持續(xù)的挑戰(zhàn)。因此，對(duì)于防止紙漿和紙張的亮度 損失與不期望的黃變?nèi)匀恍枰晒η覍?shí)用的解決方案。
[0007] 之前已開(kāi)發(fā)出在造紙過(guò)程中改善并穩(wěn)定亮度以及提高黃變抗性的技術(shù)（參見(jiàn)美 國(guó)專利第8, 246, 780號(hào)，其內(nèi)容明確地通過(guò)引用并入本申請(qǐng)）。作為進(jìn)一步的發(fā)展，本發(fā)明 人發(fā)現(xiàn)了顯著改善該技術(shù)的方式，該方式是基于在美國(guó)專利第8, 246, 780號(hào)中所述的組合 物和未在該參考文獻(xiàn)中教導(dǎo)或提出的另一還原性化學(xué)品之間意外的協(xié)同作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 在一個(gè)方面，本公開(kāi)提供了用于制備具有提尚的殼度和提尚的熱黃變抗性的漂白 紙漿材料的方法。該方法包括以下步驟：i)提供經(jīng)漂白紙漿材料；和ii)使經(jīng)漂白紙漿材 料與有效量的包含硼氫化物的還原劑混合物接觸。
[0009] 在另一個(gè)方面，本公開(kāi)提供了防止經(jīng)漂白紙漿材料在存儲(chǔ)期間的亮度損失和 黃變的方法。該方法包括添加有效量的包含硼氫化物的還原劑混合物至經(jīng)漂白紙漿 材料。任選地，該方法還包括添加一種或更多種螯合劑、一種或更多種聚羧酸酯/鹽 (polycarboxylates)、或其組合至經(jīng)漂白紙衆(zhòng)材料的步驟。任選地，還原劑混合物和任選的 一種或更多種螯合劑，和任選的一種或更多種聚羧酸酯/鹽可以在存儲(chǔ)、混合或轉(zhuǎn)移槽中 在漂白階段后添加至經(jīng)漂白紙漿。
[0010] 在另一方面，本公開(kāi)提供了包括含有硼氫化物的還原劑混合物和一種或更多種光 學(xué)增亮劑的組合物。任選地，所述組合物還可以包含一種或更多種螯合劑、一種或更多種聚 羧酸酯/鹽，或者一種或更多種螯合劑和一種或更多種聚羧酸酯/鹽的任何組合。
[0011] 上文相當(dāng)寬泛地概述了本公開(kāi)的特征和技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，以使下文的詳細(xì)說(shuō)明可以被更 好地理解。本公開(kāi)另外的特征和優(yōu)點(diǎn)將在下文描述，其形成本申請(qǐng)的權(quán)利要求的主題。本 領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，所公開(kāi)的構(gòu)思和特定實(shí)施方案可以容易地用作修改或設(shè)計(jì)其他實(shí) 施方案用于實(shí)施本公開(kāi)的相同目的的基礎(chǔ)。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到這種等效實(shí)施方 案不偏離在所附權(quán)利要求中提出的本公開(kāi)的精神和范圍。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 不適用
【具體實(shí)施方式】
[0013] 本公開(kāi)提供了用于制造表現(xiàn)出高光學(xué)亮度的紙張和紙張產(chǎn)品的改進(jìn)方法。可以通 過(guò)在造紙過(guò)程的任何階段將如本文所限定的包含硼氫化物的還原劑混合物添加至紙漿、紙 張、紙板和/或紙巾來(lái)實(shí)現(xiàn)經(jīng)漂白紙漿和由經(jīng)漂白紙漿制備的紙張產(chǎn)品的抗熱黃變之亮度 穩(wěn)定作用、顏色改善作用和亮度提高作用。
[0014] 亮度是用于描述紙漿或紙張白度的術(shù)語(yǔ)，其等級(jí)根據(jù)紙張對(duì)藍(lán)光（457nm)的反射 率為0% (純黑）至100% (相對(duì)于MgO標(biāo)準(zhǔn)，其具有約96%的絕對(duì)亮度）。"熱亮度損失" 是紙張和紙漿在時(shí)間、溫度和濕度影響下的亮度損失（非光化學(xué)亮度損失）。"存儲(chǔ)期間亮 度損失"是在存儲(chǔ)條件下隨著時(shí)間過(guò)去的熱殼度損失。
[0015] 經(jīng)漂白紙漿材料的黃變（返色）是經(jīng)漂白紙漿、由經(jīng)漂白紙漿制備的紙張、紙板、 紙巾和相關(guān)材料經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的亮度損失。
[0016] 本文所述的還原劑適用于任何用于造紙過(guò)程的經(jīng)漂白紙漿材料，和由經(jīng)漂白紙漿 制備的任何紙張產(chǎn)品。如本文所使用，"經(jīng)漂白紙漿材料"表示經(jīng)漂白紙漿和由經(jīng)漂白紙漿 制備的紙張產(chǎn)品，包括紙張、紙板、紙巾等。
[0017] 根據(jù)本公開(kāi)的還原劑包括能夠?qū)⒔?jīng)漂白紙漿中的官能團(tuán)從較高氧化類別轉(zhuǎn)化至 較低氧化類別的化學(xué)物質(zhì)。該轉(zhuǎn)化作用的益處包括增加的在造紙機(jī)中的亮度穩(wěn)定性和增強(qiáng) 的光學(xué)增亮劑的性能。
[0018] 在一個(gè)方面，所述還原劑包括含有硼氫化物和一種或更多種選自亞硫酸鹽、亞硫 酸氫鹽，偏亞硫酸氫鹽（焦亞硫酸鹽）、次硫酸鹽、硫代硫酸鹽、連二亞硫酸鹽（酸式亞硫酸 鹽（hydrosulfites))、連多硫酸鹽和甲脒亞磺酸和/或其鹽之還原劑的還原劑混合物。所 述還原劑混合物可以包含硼氫化物和前述另外的還原劑的任何組合。例如，所述還原劑混 合物可以包含硼氫化物、亞硫酸鹽、亞硫酸氫鹽和偏亞硫酸氫鹽。
[0019] 如本文所使用，"亞硫酸鹽"表示亞硫酸H2SO3的二元金屬鹽，包括二元堿金屬和堿 土金屬鹽，例如亞硫酸鈉（Na2SO3)、亞硫酸鈣（CaSO3)等。
[0020] "亞硫酸氫鹽"表示亞硫酸的一元金屬鹽，包括堿金屬和堿土金屬的一元鹽，例如 亞硫酸氫鈉（NaHSO3)、亞硫酸氫鎂（Mg(HSO3)2)等。
[0021] "次硫酸鹽"表示次硫酸H2SO2的鹽，包括次硫酸鋅（ZnSO 2)等。
[0022] "偏亞硫酸氫鹽（焦亞硫酸鹽）"表示焦亞硫酸H2S2O 5的鹽，包括焦亞硫酸鈉 (Na2S2O5)等。
[0023] "硫代硫酸鹽"表示硫代硫酸H2S2O3的鹽，包括硫代硫酸鉀（Na 2S203)等。
[0024] "連多硫酸鹽"表示連多硫酸H2SnO6 (η = 2-6)的鹽，包括連三硫酸鈉（Na2S3O6)，連 二硫酸H2S2O6的鹽，例如連二硫酸鈉 Na 2S206等。
[0025] "連二亞硫酸鹽（酸式亞硫酸鹽（hydrosulfites)) "表示連二亞硫（連二亞硫 (hydrosulfurous)、連二亞硫（hyposulfurous))酸 H2S2O4的鹽，包括連二亞硫酸（連二亞 硫酸（hydrosulfite))鈉（Na2S2O4)、連二亞硫酸鎂（MgS 2O4)等。
[0026] "甲脒亞橫酸（formamidinesulfinic acid，F(xiàn)AS) "表不式 H2NC ( = NH) SO2H 化合物 及其鹽和衍生物，包括鈉鹽H2NC ( = NH) SO2Na。
[0027] "硼氫化物"表示式M(+n) (BH4)n化合物，其中M是金屬陽(yáng)離子。其還包括含有超 過(guò)一種類型的金屬的復(fù)合硼氫化物。硼氫化物在其與水接觸時(shí)不分解的條件下可以是水溶 性的。
[0028] "鹽"表示無(wú)機(jī)或有機(jī)陰離子反離子的金屬、銨、取代銨或鱗鹽。代表性的金屬包括 鈉、鋰、鉀、鈣、鎂等。代表性的陰離子反離子包括亞硫酸根、亞硫酸氫根、次硫酸根、偏亞硫 酸氫根、硫代硫酸根、連多硫酸根、連二亞硫酸根、甲脒亞磺酸根等。
[0029] 在一個(gè)方面，還原劑混合物的組分選自兩個(gè)組。從第1組中，還原劑混合物可以包 括選自亞硫酸鹽、亞硫酸氫鹽、偏亞硫酸氫鹽（焦亞硫酸鹽）、次硫酸鹽、硫代硫酸鹽、連二 亞硫酸鹽（酸式亞硫酸鹽（hydrosulfites))、連多硫酸鹽以及甲脒亞磺酸和鹽及其衍生物 的一種或多于一種化合物。從第2組中，還原劑混合物可以包括一種或更多種氫硼化物。在 一個(gè)方面，一種或更多種氫硼化物包含硼氫化鈉 NaBH4的堿性溶液，其包含約12 %的NaBH 4和約39%的NaOH，但在某些實(shí)施方案中，NaBH^范圍可以是約5%至約25%，Na0H的范圍 可以是約25 %至約50%。
[0030] 在一個(gè)方面，還原劑混合物包含亞硫酸氫鈉和硼氫化鈉。在另一方面，還原劑混合 物包含亞硫酸氫鈉和硼氫化鈉 NaBH4的堿性溶液，其包含約12 %的NaBH4和約39 %的NaOH， 但在某些實(shí)施方案中，NaBHj^范圍可以是約5%至約25%，NaOH的范圍可以是約25%至 約 50%。
[0031] 本公開(kāi)的方法可以在傳統(tǒng)的造紙?jiān)O(shè)備上實(shí)施。雖然造紙?jiān)O(shè)備在運(yùn)行和機(jī)械設(shè)計(jì)方 面多種多樣，但在不同的設(shè)備上造紙的過(guò)程包含共同的階段。造紙通常包括制漿階段、漂白 階段、備料階段、濕部階段和干部階段。
[0032] 在制漿階段，單獨(dú)的纖維素纖維通過(guò)機(jī)械作用、化學(xué)作用或兩者由纖維素的來(lái)源 釋放。纖維素的代表性來(lái)源包括但不限于木材和類似的"木質(zhì)"植物、大豆、水稻、棉花、稻 草、亞麻、蕉麻、大麻、蔗渣、含木質(zhì)素植物等，以及原生和再生紙張、紙巾和紙板。此類紙漿 包括但不限于磨木漿（GWD)、經(jīng)漂白磨木漿、熱機(jī)械紙漿（TMP)、經(jīng)漂白熱機(jī)械紙漿、化學(xué)熱 機(jī)械紙漿（CTMP)、經(jīng)漂白化學(xué)熱機(jī)械紙漿、脫墨紙漿、牛皮紙漿、經(jīng)漂白牛皮紙漿、亞硫酸鹽 紙漿和經(jīng)漂白亞硫酸鹽紙漿。再生紙漿可以或可以不在再生階段漂白，但認(rèn)為其原先經(jīng)過(guò) 漂白。之前未經(jīng)歷漂白的任何上述紙漿可以如本文所述漂白以提供經(jīng)漂白紙漿材料。
[0033] 在本公開(kāi)的一個(gè)方面，經(jīng)漂白紙漿材料選自原生紙漿、再生紙漿、牛皮紙漿、亞硫 酸鹽紙