CN101014740A - 向纤维悬浮液加填的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种向纤维素纤维的纤维悬浮液添加碳酸钙的方法，包括下述方法步骤：将氧化钙或液态或较干燥的氢氧化钙加入纤维悬浮液中；将二氧化碳加入到纤维悬浮液中；在处于一定压力下的压力容器(2)内，通过二氧化碳使碳酸钙从氢氧化钙中沉淀出。

Description

向纤维悬浮液加填的方法和设备
本发明涉及一种向纤维悬浮液中加填碳酸钙的方法。
业已公知多种用于向纤维悬浮液中加填碳酸钙的方法。在美国专利US6413 365 B1中描述了一种方法，按该方法，纤维材料连同已经存在于悬浮液中的氧化钙和/或氢氧化钙通过输送管传输。纤维悬浮液从该输送管进一步输送到旋转的分配装置中。二氧化碳作为反应气体环形地输入到纤维悬浮液中，由此在悬浮液中形成碳酸钙晶体。通过该旋转的分配装置使碳酸钙晶体分布在纤维悬浮液中。这一过程被称为纤维加填(填料)过程。
从德国专利申请DE 101 07 448 A1已知一种向纤维悬浮液中加填碳酸钙的方法，按此方法，纤维悬浮液被输入结晶器中并在其中受剪切力作用，以便将较大的纤维团块粉碎成较小的或者甚至为单根纤维丝，其中，该结晶器同时用作化学沉淀反应的反应器。
本发明的目的在于进一步简化上述类型的方法。
按本发明，上述目的通过具有下述方法步骤的方法来实现：
-将氧化钙或液态或干态的氢氧化钙添加到纤维悬浮液中，
-将二氧化碳添加到纤维悬浮液中，
-在处于一定压力下的压力容器内，通过二氧化碳使碳酸钙从氢氧化钙中沉淀出。
本发明描述了一种制造加填纤维的沉淀碳酸钙(Fiber LoadedPrecipitated Calcium Carbonate(FLPCC))的方法，其中待加填的纤维原料例如用回收纸、DIP(＝Deinked Paper：脱墨纸)、二次纤维材料、漂白或未漂白的纸浆、木质素、漂白或未漂白的硫酸盐纸浆、成品废料、亚麻纤维、棉纤维和/或大麻纤维(优选使用于卷烟纸)和/或其他任何可在造纸机内使用的纸原料制造。
采用本发明的方法，可以采用纤维加填工艺技术制造的填充材料来替代、补充或激活当前采用的填充材料。在此所述的“激活”可理解成，通过纤维加填过程覆盖已有的填料颗粒或者其被用作晶核并因此获得更好的光学特性。
当用Flexo墨水(水基油墨)印刷的纸张尤其是报纸用作纤维原料时，本发明的方法尤其适用。由Flexo墨水组成的印刷油墨颗粒不能通过浮选工艺沉淀析出或很难沉淀析出。现在利用本发明，可以将填料和如油墨、污物、粘胶等等被迫存在于脱墨纸中的杂质结合到所述纤维加填结晶工艺过程中，此时，已有的填料颗粒通过所述纤维加填过程被覆盖或者被用作晶核。
本发明的方法并不取决于纤维原料中是否含有通过在批量式反应器内的沉淀过程或通过研磨过程产生的填料，或者是否采用了滑石粉、二氧化钛(Tio2)、硅等。所述研磨工艺也被称为GCC(研磨碳酸钙)工艺。
当用纤维加填技术处理纤维悬浮液时，产生了一种可用于纸张制造应用领域的全新的产品。该产品相对于现有产品具有新的和更好的特性。所述纤维加填技术可直接在造纸厂的浆料制备环节中沉淀出填料，尤其可沉淀出碳酸钙，使它们均匀地分布和沉积在纸纤维之上、之中或之间。
所述用纤维加填工艺技术制造的填料的应用领域涉及用于制造所有类型的纸张，包括卷烟纸、滤纸、牛皮袋纸、硬纸板和包装纸以及采用了回收纸和脱墨纸的包装纸。这样的包装纸可具有在1％-60％之间的填料含量和/或填料含量在1％-60％之间的白色保护层。这样加填和制造的纸张可以在造纸机内用回收纸、DIP(＝Deinked Paper：脱墨纸)、二次纤维材料、漂白或未漂白的纸浆、木质素、漂白或未漂白的硫酸盐纸浆、成品废料、亚麻纤维、棉纤维和/或大麻纤维(优选使用于卷烟纸)和/或其他任何纸张的原材料制造出，而与最终产品是否包含填料无关。
利用本纤维加填组合工艺技术制造的纤维一般比按其他方法制造的纤维具有更高的脱水性；在加拿大标准游离度CSF为5至100ml或打浆度为0.2-15°SR时，脱水性与所要求的磨碎度有关。此外，按本纤维加填方法制造的纤维材料或纸浆视用于制造的原料而定有较低的、在2％-25％之间的保水性能。这能更有效地生产各种纸张例如所有类型的填料填充纤维(FL)复印纸和印刷纸、所有类型的FL涂布纸、所有类型的FL报纸印刷纸、所有类型的FL卷烟纸、所有类型的FL-B&P纸、所有类型的FL牛皮袋纸和FL滤纸，因为纤维悬浮液中的水可更快地被去除，纤维原料也可相应更快地被干燥。
当在造纸时用纤维加填技术处理纤维悬浮液时，产生了一种全新的纸产品，它相对于市场上可买到的纸张具有新的和更好的特性。下面描述的纤维加填工艺可直接在造纸厂的浆料制备环节中沉淀出填料，尤其可沉淀出碳酸钙，并使它们均匀地仅仅分布和沉积在纸纤维之上和之中。
通过分别和组合应用本发明的下述措施可以实现仅仅制造出用于纤维加填过程的沉淀碳酸钙并激活已有的填料。
通过在溶解器或批量式容器内采用纤维加填技术可改善纸浆悬浮液和原材料的光学特性，改善0.5-30个、优选1-25个亮度点，这主要是通过遮蔽油墨颗粒或污物那样的不洁物来实现。此外，采用纤维加填技术还可实现对于储藏在纸原料或脱墨纸纸浆中的无活性的纤维材料组成成分的转换，例如未被转换的氢氧化钙、自由沉淀的碳酸钙PCC、研磨碳酸钙GCC、石灰成分等。
由从属权利要求和说明书以及附图中可以了解到本发明的一些有利的实施形式。
按照一种实施形式，将纤维材料成分浓度在1％-20％之间的含水纤维原料、尤其是含水纸原料作为原材料添加到压力容器中，其中，在纤维成分在1％至6％之间时采用LC(low consistency：低浓度)纤维材料，在纤维成分在6％至10％之间时采用MC(medium consistency：中浓度)纤维材料，在纤维成分在10％至20％之间时采用HC(high consistency：高浓度)纤维材料。
有利的是，用稀释水将所述水状的纤维原料稀释为浓度在0.1％-20％之间、尤其是在2％-18％之间的纤维悬浮液。
在本发明方法的一恰当的扩展设计中，在加入水状纤维材料和/或稀释水后，用闸板封闭所述压力容器。
有利的是，将氢氧化钙或氧化钙混合到所述水状纤维原料中，其中，该氢氧化钙或氧化钙的加入量是所述干燥的纤维原料的已有固体成分质量的0.1％-60％之间。
pH值优选在6-11之间，尤其在6.5-10.5之间。
氢氧化钙的反应时间在0.0005至30分钟之间，尤其在0.05至10分钟之间。
有利的是，可在0至15巴、尤其在0至6巴之间的压力范围内将二氧化碳混合加入来使碳酸钙沉淀出。
在本发明方法的一实施方式中，通过过程水或稀释水或水蒸汽在其溶解到纤维悬浮液中时，或通过纤维加填填料工艺或通过从外面输入热能尤其是蒸汽热能或电能来加热所述纤维悬浮液和/或二氧化碳。
可在添加二氧化碳或氢氧化钙或氧化钙之前、期间或之后输入二氧化碳。
在此，有利的是在纤维加填反应开始前用阀门或闸门关闭所述压力容器，并在反应结束之后开启该容器。
若不采用用于研磨纤维材料的装置，被加填的纤维沉淀所需的能量消耗在0.3-8kWh/t之间，尤其在0.5-4kWh/t之间。若纤维纸浆已充分溶解，也可在所述容器之前连接一个研磨机。按一种替代设计方案，该研磨机也可连接在所述压力容器之后。
所述过程温度优选在-15℃至120℃之间，尤其在20℃至90℃之间。
通过所述纤维加填方法，可产生菱面体、偏三角面体和球形晶体。
通过所述方法优选产生的晶体尺寸在0.05与5μm之间、尤其在0.3与2.5μm之间。
可使用静力和/或运动的尤其为旋转的搅拌元件来搅拌纤维悬浮液。
比较有利的是，可规定在0至15巴、尤其在0至6巴之间的压力范围内实施本发明的方法。
按照本发明的一优选扩展设计，也可以在沉淀过程的同时，使所述纤维材料在压力容器内经受研磨处理。
本发明也涉及一种实施上述方法的设备。
本发明设备的特征在于，它具有用于输入纤维原料的输入装置和压力容器。
在本发明设备的一有利的扩展设计中，所述压力容器包括闸门或阀，通过该闸门或阀可输入纤维原料，以制造带有被加填填料的纤维的纤维悬浮液。有利的是，所述压力容器具有用于稀释水或压榨水的加入口、用于氧化钙或氢氧化钙的加入口以及用于二氧化碳的加入口。
此外，所述压力容器具有用于搅拌纤维悬浮液的转子。
下面借助唯一的一张附图详细描述本发明的一个实施例。该附图1简略地表示一种向纤维悬浮液中加填的设备。
通过输入管1向压力容器2内输入纤维原料。为了能够确定和限制输入量，在输入管1和压力容器2之间设有闸门3，该闸门通过被马达驱动的封闭机构开启和关闭。
通过其他输入接头4、5、6输入稀释水、氧化钙或液态或固态形式的氢氧化钙或化学材料，这样，首先输入纤维原料直至其达到充填水平线7，然后向压力容器2中充填水平线的上方充填用于纤维加填用的氢氧化钙和已溶解在其中的水和/或稀释水。
为了使纤维原料与氢氧化钙混合以便使氢氧化钙渗入纤维中，位于压力容器2底部之上和/或更高处的螺旋桨叶轮或类似部件的转子8可起混合作用。转子8由马达9驱动。
优选在压力容器2的下部区域设有至少一个用于二氧化碳的入口10，通过二氧化碳与氢氧化钙反应产生碳酸钙。在纤维原料已溶解并加填碳酸钙之后，通过配备有阀11的排泄管12将其排放到制造纤维材料幅面的机器。
在压力容器2上优选还设有用于测量压力容器2内的内容物的化学组成、尤其是测量pH值的测量点13。
附图标记清单
1输入管
2压力容器
3闸门
4输入接头
5输入接头
6输入接头
7充填水平线
8转子
9马达
10用于二氧化碳的入口
11排泄管
12阀
13测量点

Claims (21)

1.一种向纤维素纤维的纤维悬浮液添加碳酸钙的方法，包括下述方法步骤：
-将氧化钙或液态或干态的氢氧化钙加入纤维悬浮液中，
-将二氧化碳加入到所述纤维悬浮液中，
-在处于一定压力的压力容器(2)内，通过二氧化碳使碳酸钙从氢氧化钙中沉淀出。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将纤维成分浓度在1％至20％之间的水状纤维原料、尤其是水状纸原料作为原材料加入所述压力容器内，其中，在纤维成分在1％至6％之间时采用LC纤维材料，在纤维成分在6％至10％之间时采用MC纤维材料，在纤维成分在10％至20％之间时采用HC纤维材料。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，用稀释水将所述水状纤维原料稀释为浓度在0.1％-20％之间、尤其是在2％-18％之间的纤维悬浮液。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在加入水状纤维材料和/或稀释水后，用闸板(3)封闭所述压力容器(2)。
5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，将氢氧化钙或氧化钙混合到所述水状纤维原料中，其中，该氢氧化钙或氧化钙的加入量是所述水状纤维原料的干燥的固体成分质量的0.1％-60％之间。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在pH值处于6-11之间、尤其处于6.5-10.5之间的条件下实施该方法。
7.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，氢氧化钙的所述反应性在0.0005至30分钟之间、尤其在0.05至10分钟之间的范围内。
8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，在0至15巴、尤其在0至6巴之间的压力范围内将二氧化碳混合加入，使碳酸钙沉淀出。
9.如权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，通过过程水或稀释水或水蒸汽在其溶解到纤维悬浮液中时时，或通过纤维加填填料工艺或通过从外面输入热能尤其是蒸汽热能或电能来加热所述纤维悬浮液和/或二氧化碳。
10.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，在添加二氧化碳或氢氧化钙或氧化钙之前、期间或之后输入二氧化碳。
11.如权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，在纤维加填反应开始前用阀门或闸门(3)关闭所述压力容器(2)，并在所述反应结束之后开启该容器。
12.如权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，当不采用用于研磨纤维材料的装置时，使被加填的纤维沉淀所需的能量消耗在0.3-8kWh/t之间，尤其在0.5-4kWh/t之间。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，在沉淀过程中，所述纤维材料在所述压力容器(3)内经受研磨处理。
14.如权利要求1至13中任一项所述的方法，其特征在于，所述过程温度在-15℃至120℃之间，尤其在20℃至90℃之间。
15.如权利要求1至14中任一项所述的方法，其特征在于，形成菱面体、偏三角面体和球形晶体。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述晶体尺寸在0.05与5μm之间，尤其在0.3与2.5μm之间。
17.如权利要求1至16中任一项所述的方法，其特征在于，使用静力和/或运动的尤其是旋转的搅拌元件来搅拌所述纤维悬浮液。
18.一种实施如权利要求1至17中任一项所述方法的设备，其特征在于，它具有用于输入纤维原料的输入装置(1)和压力容器(2)。
19.如权利要求18所述的设备，其特征在于，所述压力容器包括闸门或阀，通过该闸门或阀可输入纤维原料，以制造带有被加填填料的纤维的纤维悬浮液。
20.如权利要求18或19所述的设备，其特征在于，所述压力容器(2)具有用于稀释水或压榨水的入口、用于氧化钙或氢氧化钙的入口以及用于二氧化碳的入口(4、5、10)。
21.如权利要求18至20中任一项所述的设备，其特征在于，所述压力容器(2)具有用于搅拌所述纤维悬浮液的转子(8)。
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