CN100379923C - 白树脂沉积物处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于包含白树脂/粘着物的纸浆的沉积物控制体系，其由无机或者有机(天然或者合成)混凝剂和微粒材料(合成或者天然存在的)，例如膨润土、交联聚合物、胶态氧化硅、聚硅酸盐或者硼硅酸盐组成。

Description

白树脂沉积物处理方法

背景技术

造纸系统中的有机沉积物会引起产率损失和通过形成污斑、孔和破裂而降低成品纸的质量。这些有机沉积物是木材本身自然存在的树脂的产物或者来源于合成材料，例如粘合剂、热熔粘合剂或者胶乳，它们存在于循环纸浆中。这些组分是疏水性的并且在生产用水中积累。这些沉积物能够附聚并且粘着在造纸机器表面上或者粘着在纸张中。来源于木材的沉积物被称为“木树脂”，而来源于人造材料的沉积物被称为“粘着物”或者“白树脂”。白树脂是涂料基料胶乳例如丁苯橡胶(SBR)和聚醋酸乙烯酯所特有的。

造纸，简单地讲，包括从木材生产纸浆，将纸浆和水浆液化，和形成纸浆网，后者被压制和干燥而形成纸。在关键的制造步骤中，纸浆/水浆(配料)在造纸机的线网上形成网。过量水分和细粒物料(白水)通过线网上的网并且被循环。形成的网状物进入压机和造纸机的干燥部，在那里网成为了纸。

破损纸张是造纸工业中用于描述不符合规格和因此不能销售的纸张的术语。这种纸通常在工厂内部被循环，以便回收纤维，但是其也可能被出售给其他工厂作为纤维来源。破损纸张可以被涂布，涂料被涂布到所制造的原样的基础纸张上。被涂布的破损纸张被称为涂布破损纸张。废纸是造纸工业中用于描述已经由消费者使用过的纸。其通常被称作“消费后废弃物”。这种纸通常被收集和在工厂中回收利用，以便回收纤维。废纸可以被涂布，涂料被涂布到所制造的原样的基础纸张上。涂布的废纸被称为涂布废纸。被回收的涂布纸可以是破损纸或者废纸。近年来，许多造纸厂在回收涂布纸时都遇到了问题，因为用于引入涂料的材料通常不能存在于用于制造原纸的纤维原料中。

涂料通常包含各种颜料和基料。使用的典型颜料包括许多类型的粘土、碳酸钙、二氧化钛和其他专门填料。白树脂问题被认为是主要由基料所引起的，所述基料包括来源于苯乙烯-丁二烯和聚醋酸乙烯酯树脂的胶乳聚合物和天然的基料例如淀粉。

白树脂问题在造纸工业中已经被知道了一些时候。白树脂是粘性的、浅灰色物质，其作为沉积物存在于造纸机的湿端、成形压机或者干燥部中的金属表面上。其被称作“白色”是为了与褐色或者黑色树脂区别，它们源于木材中所包含的材料。白树脂还存在于白水系统中。有时该树脂沉积物碳化，在造纸机干燥部中形成黑色沉积物。已经证明，白树脂问题是由遇到该问题的工厂的配料中使用较大量的涂布纸所引起的。当涂布纸被重新制浆时，涂料中的粘土或者矿物质和胶乳不易于分散到纸浆中，而是发生附聚，这产生白树脂。如果白树脂随着纸浆输送到造纸机中，其能够覆盖到设备上或者在纸中形成疵点。与白树脂沉积物有关的是以下代价昂贵的问题：长停机时间、经常净化、纸张疵点例如孔和增加的纸张破损数量。设备净化是相当需要的，因为沉积物可能存在于案板、辊道辊子、真空柜、干燥机罐和干燥机毛毡以及整个压机毛毡上。

已经提出了各种用于处理白树脂问题的解决方案。目前几种沉积物控制化学品正被造纸工业使用或者评价。通过捕捉和分散纸张中的小的胶乳粒子，白树脂问题能够得到控制。更具体地，胶乳粒子将被连接到刚刚通过重新打浆机的纤维上。此时胶乳粒子是小的和阴离子的，因此它们能够作为纸张的一部分从系统排出。由于胶乳粒子和纤维两者的阴离子特性，具有低分子量和高阳离子电荷的添加剂非常适合于该目的。然而，单独的添加剂可能不足以包含纸张中的胶乳粒子，因此使用与该添加剂相容的助留剂对于成功地控制白树脂可能是重要的。

合成聚合物是已知的最成功的用于白树脂的抗沉积添加剂。它们是高度阳离子性的，使它们能够在纤维、胶乳粒子和添加剂之间产生强的静电键。一旦被键合，借助于助留剂，纤维将携带胶乳粒子通过生产线，而粒子将成为成品纸的一部分。已经证明中等分子量的聚二醇、胺/乙二醇或者聚亚乙基亚胺聚合物可用于减少白树脂。

处理白树脂问题的某些方法描述于以下文献中。

美国专利5,131,982(Michael R.St.John)描述了使用包含聚合物和共聚物的DADMAC来处理从涂布破损纸回收的纤维素纤维，使其适合于造纸。

美国专利4,997,523(Pease等)描述了与磷酸酯化合物、膦酸酯化合物或者磷酸联合使用四官能烷氧基化二胺以最小化白树脂在造纸设备上的沉积。

美国专利4,643,800(Maloney等)描述了使用氧亚乙基二醇非离子表面活性剂连同中等分子量(500-50,000)的聚电解质分散剂，从重新制浆过程中的次级纤维除去和分散污染物，其中所述非离子表面活性剂的一个末端羟基基团已经被脂族或者烷基芳族基团取代，而另一个末端羟基基团已经被替换为聚亚氧丙基基团或者苄基醚基团。

使用聚合物控制白树脂存在几个缺点。聚合物一般不是成本有效的。例如，聚亚乙基亚胺(PEI)、叔胺聚合物是有效的白树脂控制添加剂，然而使用它们是相当昂贵的。

还有其他控制白树脂的技术方案。滑石是过去通常使用的，现在有时也仍然被用于控制沉积物。作为表面活性填料，滑石通过使树脂粒子周围的区域减粘，使得树脂粒子无法附着于造纸设备上而起到控制沉积物的作用。然而，这仅仅针对树脂问题提供了临时的解决方案，随着加工的继续，树脂问题还将再度出现。滑石不能将胶乳粒子粘结到纤维上，因此当暴露于剪切时，将出现新的粘性区域而导致沉积物。同样，与树脂粒子表面反应而使其降低粘性的添加剂(防粘剂)对于控制白树脂提供了临时的解决方案。出版的美国专利申请2001/0023751描述了使用聚乙烯醇和膨润土降低粘性污染物的方法。聚乙烯醇起到粒子的掩蔽剂的作用。问题是需要使用过量的聚乙烯醇。膨润土吸收过量的聚乙烯醇。

发明内容

本发明是用于包含白树脂/粘着物的纸浆的沉积物控制体系，其由无机或者有机(天然或者合成)混凝剂和微粒材料(合成或者天然存在的)，例如膨润土、交联聚合物、胶态氧化硅、聚硅酸盐或者硼硅酸盐组成。加入这两种组分的次序对于保证在造纸方法中降低白树脂的效果是必要的。混凝剂可以被加入到制浆机或者稠浆槽中，而微粒子可以在制浆机或者纸料稀释之前的槽的出口处加入。

详细说明

图1显示了浊度计测定的大量结果。回水(滤液)的浊度是胶乳乳液粒子的胶态保留值或者洁净度的指示。使用多胺作为单组分，与不处理涂布破损纸相比，获得了浊度的降低。然而，与混凝剂一起加入微粒材料使水的浊度明显降低。该数据表明，更多的白树脂/粘着物粒子是与原料留在一起的，而不在造纸系统中再循环。这些实验室结果表明，混凝剂/微粒子系统显著地降低了白树脂/粘着物在造纸系统中的积累。

本发明是用于包含白树脂/粘着物的纸浆的沉积物控制体系，其由无机或者有机(天然或者合成)混凝剂和微粒材料(合成或者天然存在的)，例如膨润土、交联聚合物、胶态氧化硅、聚硅酸盐或者硼硅酸盐组成。

混凝剂可以是无机或者有机(天然或者合成)材料。适合的有机混凝剂的例子是较低分子量的高电荷密度聚合物，其通常是重复的阳离子性基团的均聚物或者是至少80％重量阳离子单体和0到20％重量丙烯酰胺或者其他非离子单体的共聚物。阳离子基团可以衍生自二烯丙基二甲基氯化铵和二烷基氨基烷基(甲基)-丙烯酸酯和-丙烯酰胺(一般作为季铵或者酸加成盐)。丙烯酸二甲氨基乙酯或者甲基丙烯酸二甲氨基乙酯季铵盐通常是尤其优选的。可选择地，混凝剂可以是缩合聚合物，例如双氰胺聚合物、聚胺或者聚亚乙基亚胺。可以使用无机混凝剂(例如明矾、石灰、氯化铁和硫酸亚铁)。

在这方面可以用于本发明的阳离子混凝剂材料包括众所周知的市售可得的、低到中分子量的水溶性的多亚烷基多胺，包括通过亚烷基多胺与双官能烷基卤化物反应制备的那些。这类材料包括从二氯化乙烯和氨二氯化乙烯、氨和仲胺例如二甲基胺、表氯醇-二甲胺、表氯醇-二甲胺-氨、聚亚乙基亚胺等等的反应制备的缩合聚合物。在某些情况下，阳离子淀粉可以用作混凝剂。无机混凝剂，例如明矾和聚氯化铝也可以用于本发明。无机混凝剂的使用比率基于配料中纤维的干重通常为0.005到1重量％。

优选的混凝剂是阳离子聚电解质，其为数均分子量大于300,000但是低于2,000,000的聚(二烯丙基二(氢或者低级烷基)铵盐。

微粒材料可以是合成的或者天然存在的。适合的微粒材料的例子是膨胀性粘土材料、交联聚合物、胶态氧化硅、硼硅酸盐或者微粒阴离子材料的悬浮体，所述微粒阴离子材料选自膨润土、胶态氧化硅、聚硅酸盐微凝胶、聚硅酸微凝胶和水溶性单体材料的交联微乳液。

微粒材料作为保留助剂被广泛用于造纸工业，尤其用于高级纸生产。一类使用膨胀性粘土来提供提高的保留值和加水(watering)的综合性能的体系描述于美国专利4,753,710和4,913,775，其中的公开在此引入作为参考。在Langley等公开的方法中，将高分子量线性阳离子聚合物，在对悬浮体施加剪切之前，加入到含水纤维素造纸悬浮体中，然后在施加剪切之后，加入膨胀性粘土，例如膨润土。剪切一般通过造纸工艺中的一种或多种净化、混合和泵送工段来提供，并且剪切将由高分子量聚合物形成的大的絮凝物分解成微絮凝物。在加入膨润土颗粒下，将发生进一步的附聚。

其他微粒程序是基于与阳离子淀粉联合使用胶态氧化硅作为微粒，如美国专利4,388,150和4,385,961中描述的，其中的公开在此引入作为参考，或者使用阳离子淀粉、絮凝剂和氧化硅溶胶混合物，例如美国专利5,098,520和5,185,062两者中描述的，其中的公开也在此引入作为参考。美国专利4,643,801要求保护使用高分子量阴离子水溶性聚合物、分散的二氧化硅和阳离子淀粉进行造纸的方法。

另外的微粒衍生自硼硅酸盐，优选硼与硅的摩尔比为1∶1000到100∶1和一般地1∶100到2∶5的硼硅酸盐的胶体微粒的水溶液。微粒助留剂可以是具有与硼硅酸盐玻璃相似的化学组成的硼硅酸盐的胶体。这种胶体一般通过含硼化合物的碱金属盐与硅酸在导致形成胶体的条件下反应来制备。硼硅酸盐粒子可以具有宽范围的粒度，例如1纳米到2微米(2000纳米)，优选1纳米到1微米。

微粒可以是无机的，例如胶态氧化硅(例如美国专利4,643,801中描述的)、聚硅酸盐微凝胶(例如EP-A-359,552中描述的)、聚硅酸微凝胶(例如EP-A-348,366中描述的)、其铝改性产品。特别地，可以使用美国专利4,927,498、4,954,220、5,176,891和5,279,807中描述的体系，以及以商品名Particol由Ciba Specialty Chemicals和Dupont商业化的体系。

也可以使用阴离子有机微颗粒材料。例如，阴离子有机聚合物乳液是适合的。乳化的聚合物粒子可以是不溶性的，由于由例如水溶性的阴离子单体和一种或多种不溶性单体例如丙烯酸乙酯的共聚物形成，但是优选聚合物乳液是水溶性的单体材料的交联的微乳液，例如美国专利5,167,766和5,274,055所描述的，以及以商品名Polyflex由Ciba Specialty Chemicals商业化的材料。

微粒材料的粒度一般低于2μm、优选低于1μm和最优选低于0.1μm。

微粒材料的量(基于纤维素悬浮体的干重的干重)一般地为至少0.03％和通常为至少0.1％。其可以达到例如1.6或者2％，但是一般地低于1％。

优选的微粒材料是膨胀性粘土，尤其来自绿土系列的膨胀性粘土。粘土的绿土系列的优选的成员包括膨润土、蒙脱土、滑石粉、锂蒙脱石、贝得石、囊脱石、漂白土及其混合物。主要包含膨润土的膨胀性粘土组分是尤其优选的。必要的是，膨润土应该是高度溶胀的、活化的形式，并且在实践中这意味着其是膨润土的一价盐例如钠膨润土的形式。虽然存在某些天然存在的钠膨润土来源，但是大多数天然的膨润土是碱土金属膨润土，一般地是钙或者镁膨润土。常规的作法是通过离子交换将钙或者镁交换为钠或者其他碱金属或者铵离子来使碱土金属膨润土活化。通常这通过将膨润土暴露于碳酸钠水溶液来进行，虽然其它的活化材料也是已知的。膨胀性粘土是天然存在的物质并且是市售可得的。

用于生产纸浆的适合的纤维是所有质量的通常用于该目的的纤维，例如机械纸浆、漂白和未漂白化学纸浆和来自所有一年生植物的纸料。机械纸浆包括，例如木纸浆、热机械纸浆(TMP)、化学热机械纸浆(CTMP)、压力木纸浆、半化学纸浆、高产率化学纸浆和匀浆机机械纸浆(RMP)。适合的化学纸浆的例子是硫酸盐、亚硫酸盐和苏打纸浆。优选使用未漂白的化学纸浆，其也称为未漂白的牛皮纸载体纸浆。适合的用于生产纸料的一年生植物是例如水稻、小麦、甘蔗和洋麻。纸浆使用单独的废纸或者作为与其他纤维的混合物来生产。废纸包括涂布废纸，其由于含有涂料基料和印刷油墨而产生白树脂。所述纤维和纸浆可以单独地使用或者作为互相的混合物来使用。来源于压敏粘合剂标签和信封的粘合剂和来自书背涂胶的粘合剂以及热熔粘接剂引起粘着物的形成。

本发明尤其适合于那些利用大量的来源于回收或者破损纸张的纸浆的造纸体系。大量的含义将随所使用的体系和回收或者破损纸张的类型而变化，但是其特征为在工艺物流中存在足够的白树脂而实质上影响操作状况。通常，至少10％的纸浆必须源自于回收或者破损纸张产品，从而产生实质量的白树脂。

通过加入到造纸工艺的稠或稀浆体系，而将沉积物控制体系引入造纸体系。该方法的一个重要方面是定时加入每种组分。该方法需要加入阳离子混凝剂，然后加入阴离子微粒。不受理论的束缚，据信先加入阳离子混凝剂提高了阴离子微粒对白树脂的吸附。还相信阳离子混凝剂被吸收到树脂(木树脂、白树脂和粘着物)上，所述树脂主要是阴离子或者非离子的，从而使它们变成至少部分地阳离子性的。这样，吸附了增加量的树脂的膨润土在造纸期间被保留在纸中。结果降低了白树脂在流出液中的量。在优选的实施方案中，混凝剂被加入到制浆机或者稠浆槽，而微粒子材料在制浆机或者在纸料稀释之前的槽的出口处加入。

本发明进一步通过以下非限制性的实施例来描述。所述实施例举例说明本发明，本发明仅仅由所附权利要求来限定。

实施例1

在实验室粉碎机中将涂布纸再制浆。在1000rpm下混合1％稠度的纸料的400毫升等分试样。在混合期间以一分钟间隔加入聚胺混凝剂和膨润土微粒。聚胺按原样计算以1、1.5或者2磅每吨的量加入，之后膨润土以4、6或者8磅每吨的量加入。处理后，通过100-目滤网过滤纸料，并且测定滤液的浊度。用去离子水稀释到1∶14来制备每种滤液样品。使用便携式浊度计Hach 2100P进行测试，结果在NTUs(浊度法浊度单元)中记录。结果示于图1。

实施例2

在实验室粉碎机中将涂布纸再制浆。在1000rpm下混合2.5％稠度的纸料的400毫升等分试样。在混合期间，以一分钟间隔加入聚胺、polyDADMAC或者聚氯化铝(PAC)混凝剂和膨润土微粒。混凝剂以按原样计算为1磅每吨的量加入，之后膨润土以4、6或者8磅每吨加入。混凝剂还作为单组分以按原样计算为1或者2磅每吨的量加入。处理后，通过100-目滤网过滤纸料，并且测定滤液的浊度。用去离子水稀释到1∶14来制备每种滤液样品。

使用便携式浊度计进行测试，结果记录在NTUs(浊度法浊度单元)中。

结果

每个处理样品的浊度计测定结果示于图2。回水(滤液)的浊度可以作为胶乳乳液粒子的胶态保留值或者洁净度的指示。通过作为单组分以1或者2磅每吨的量使用聚胺或者polyDADMAC，与不处理涂布破损纸相比，降低了浊度。然而，加入膨润土与各种混凝剂提供了水浊度的降低。当比较按原样计算为1磅每吨的量的聚胺或者PAC混凝剂加膨润土与按原样计算为2磅每吨的量的混凝剂时，观察到浊度明显降低。

Claims (13)

1.一种用于造纸的方法，其包括：在纸料中加入对降低白树脂沉积有效的量的至少一种阳离子混凝剂聚合物或者无机混凝剂，然后加入微粒材料，其中所述纸料包含至少部分来源于回收纸的纸浆，所述回收纸含有涂布废纸，其中涂料包含胶乳，其中所述微粒材料选自膨胀性粘土材料、交联聚合物、胶态氧化硅、硼硅酸盐或者微粒阴离子材料的悬浮体，所述微粒阴离子材料选自膨润土、胶态氧化硅、聚硅酸盐微凝胶、聚硅酸微凝胶和水溶性单体材料的交联阴离子聚合物微乳液，及上述材料的混合物。

2.权利要求1的方法，其中所述微粒材料是阴离子材料。

3.权利要求1的方法，其中所述微粒材料是绿土系列的膨胀性粘土。

4.权利要求1的方法，其中所述微粒材料是选自由以下物质组成的组的矿物质：膨润土、蒙脱土、滑石粉、锂蒙脱石、贝得石、囊脱石、漂白土及其混合物。

5.权利要求1的方法，其中所述微粒材料是主要由膨润土组成的矿物质。

6.权利要求1的方法，其中所述阳离子混凝剂聚合物是包含重复阳离子基团的均聚物或者至少80％重量阳离子单体和0到20％重量丙烯酰胺或者其他非离子单体的共聚物。

7.权利要求6的方法，其中所述阳离子基团衍生自二烯丙基二甲基氯化铵、二烷基氨基烷基丙烯酸酯、二烷基氨基烷基甲基丙烯酸酯、二烷基氨基烷基丙烯酰胺、二烷基氨基烷基甲基丙烯酰胺和其季铵盐。

8.权利要求7的方法，其中所述阳离子基团是丙烯酸二甲氨基乙酯或者甲基丙烯酸二甲氨基乙酯季铵盐。

9.权利要求1的方法，其中所述混凝剂是双氰胺聚合物、聚胺或者聚亚乙基亚胺。

10.权利要求1的方法，其中所述混凝剂选自明矾、石灰、氯化铁、聚氯化铝、硫酸亚铁及其混合物。

11.权利要求1的方法，其中所述混凝剂是通过亚烷基多胺与双官能烷基卤化物反应制备的聚亚烷基聚胺。

12.权利要求1的方法，其中所述混凝剂是阳离子聚电解质，该阳离子聚电解质为数均分子量大于300,000但是小于2,000,000的聚(二烯丙基二(氢或者低级烷基)铵盐)。

13.权利要求12的方法，其中所述微粒材料是主要由膨润土组成的矿物质。

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