CN101333787B

CN101333787B - 一种控制造纸树脂障碍的方法

Info

Publication number: CN101333787B
Application number: CN2008101384412A
Authority: CN
Inventors: 刘温霞; 田鹏飞; 于得海
Original assignee: Shandong Institute of Light Industry
Current assignee: Shandong Institute of Light Industry
Priority date: 2008-07-28
Filing date: 2008-07-28
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2028-07-28
Also published as: CN101333787A

Abstract

本发明涉及一种控制造纸树脂障碍的方法，是利用带正电荷的水滑石类化合物所具有的亲脂性、高比表面积和正电性吸附纸浆中树脂和胶黏物，之后靠其自身所带正电性或助留体系的助留作用固着到纸浆纤维上，防止树脂和胶黏物在造纸系统中的积累，控制树脂障碍的产生。水滑石类化合物悬浮液一般加在稀释前的纸浆中，相对于绝干浆的质量比例视纸浆中所含树脂或胶黏物的量一般控制在1∶5000-1∶50之间。所采用水滑石类化合物对树脂和胶黏物的吸附性能好，吸附效率高，成本低，使用和运输方便。

Description

一种控制造纸树脂障碍的方法

技术领域

本发明涉及一种控制造纸树脂障碍的方法，即利用带正电荷的水滑石类化合物来控制造纸树脂障碍的方法。

背景技术

树脂障碍是指纸张生产过程中来自于木浆的树脂和来自二次纤维、脱墨浆等的黏性物质在抄纸过程中发生沉积而对纸机的运转性能、成纸质量和生产环境等所造成的危害。除通过加强筛选除掉较大的树脂和胶黏物颗粒外，化学控制法是目前胶黏物和树脂障碍的主要控制方法。控制途径主要包括(1)降低树脂或胶黏物的粘性，防止其聚结和沉积在设备表面，如滑石粉、膨润土、非离子聚合物(如聚乙烯醇、丙烯酰胺-醋酸乙烯酯聚合物)、锆化合物等均属于典型的树脂或胶黏物去黏剂；(2)将亲脂性树脂和胶黏物分散成极细的颗粒，防止形成沉积物，如经疏水改性的阴离子聚合物、阴离子和非离子表面活性剂等均可作为分散剂将亲脂性树脂和胶黏物乳化、分散成极细的颗粒，防止树脂和胶黏物的沉积；(3)将亲脂性树脂或胶黏物固着到纤维上，随纤维带出造纸系统，各种铝盐、聚胺类合成阳离子聚合物、高阳离子度淀粉、高阳离子度瓜儿胶等均可作为阳离子固着剂。其中(1)和(2)两种控制树脂障碍的方式只是减少了树脂和胶黏物的沉积，并未将树脂和胶黏物从抄纸体系中除去，随着纸机白水的封闭循环，树脂和胶黏物仍会在抄纸体系中不断积累，并最终导致树脂障碍的爆发。要彻底解决树脂和胶黏物问题，最好的办法是利用阳离子固着剂通过途径(3)将树脂和胶黏物以分散的小粒子形式固着到纤维上，带出抄纸体系。然而，水溶性的阳离子固着剂仅靠电荷中和作用与亲脂性树脂和胶黏物作用，而有些亲脂性胶黏物仅带微弱的负电荷，单纯靠电中和作用并不能有效地将其固着到纤维上。后来研究发现，对阳离子聚合物如聚乙烯亚胺进行疏水改性或将阳离子单体二烯丙基二甲基氯化铵与疏水性单体共聚后形成具有一定疏水性能的阳离子聚合物，对树脂障碍控制作用要比普通阳离子聚合物好，且树脂以分散胶粒的形式固着到纤维上。同时，用阳离子聚合物如聚二烯丙基二甲基氯化铵涂覆改性高岭土类粘土，形成带正电荷和一定疏水性能的高岭土复合物，及将膨润土进行有机插层改性形成的阳离子有机膨润土，结合了疏水改性阳离子聚合物和微粒吸附剂两者的优势，可显著提高对树脂和胶黏物的吸附能力。

然而，阳离子高岭土复合物和阳离子有机膨润土均为有机-无机复合物微粒，在获得精制高岭土和膨润土的前提下，还需要进一步与阳离子聚合物或插层剂进行复合、洗涤、脱水、干燥、研磨等工序，否则难以商品化。而且，阳离子有机聚合物的引入也引起了无机微粒的聚集，降低了无机微粒的比表面积和对树脂与纸浆纤维的潜在吸附性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种控制造纸树脂障碍的方法，直接利用自身带正电荷的具有亲脂性的无机微粒，借助于其对亲脂性树脂、胶黏物和带负电荷纤维的吸附能力，将树脂和胶黏物固着到纤维上，防止树脂和胶黏物在造纸系统中的积累，控制树脂障碍的产生。

我们在研究中发现，自身带有永久性正电荷的水滑石、类水滑石类无机微粒由于其平衡离子为水化能力较差的阴离子，具有亲脂性，对树脂酸、合成树脂类胶黏物具有很强的吸附能力，符合新型树脂障碍控制剂同时带有正电荷和具有疏水性能的要求，作为树脂酸和胶黏物的固着剂可有效地将其固着在纤维上。另外，由于水滑石煅烧后的复合金属氧化物所具有的“记忆效应”，分散在水中后，会吸附大阴离子，形成大阴离子的插层物，对亲脂性的树脂和胶黏物的吸附能力进一步提高。因此，本发明提供的是一种利用水滑石类化合物来控制树脂障碍的方法，具体来讲，是将带正电荷的水滑石类化合物加入纸浆中，利用其所具有的亲脂性、高比表面积和正电性吸附纸浆中树脂和胶黏物，之后靠其自身所带正电性或助留体系的助留作用固着到纸浆纤维上。

本发明所涉及的树脂障碍控制方法中，水滑石类化合物包括天然水滑石、合成水滑石、类水滑石及其焙烧后的复合镁铝氧化物。天然水滑石是指自然界中存在的层间阴离子为碳酸根离子的镁铝氢氧化物，又名阴离子粘土，分子式为Mg₆Al₂(OH)₁₆CO₃·4H₂O；合成水滑石是指合成的以镁铝为金属离子、具有不同层间阴离子的各种层状混合金属氢氧化物，包括通式为[Mg²⁺ _1-xAl³⁺ _x(OH)₂]^x+A^n- _x/n·mH₂O的具有水滑石结构的合成水滑石和合成水滑石与Al(OH)₃或Mg(OH)₂的混合物，其中A^n-为层间可交换阴离子，可为Cl^-、F^-、NO₃ ^-、CO₃ ^2-、SO₄ ^2-、HPO₄ ^2-或其混合阴离子等。类水滑石是指合成水滑石中的镁铝金属离子被其它同价金属离子同晶取代后的化合物，其中Mg²⁺全部或部分被Zn²⁺、Co²⁺、Ni²⁺、Cu²⁺等二价金属离子取代，Al³⁺全部或部分被Cr³⁺、Fe³⁺等三价金属离子取代，Mg²⁺、Al³⁺同时被其它相应的二价和三价金属离子部分取代或全部取代所形成的各种层间阴离子的层状混合金属氢氧化物。

上述水滑石类化合物中，考虑到自然界中天然水滑石的储量较少及类水滑石的合成成本较高及对成纸白度的影响等因素，本发明中最好使用合成水滑石。水滑石的制备方法很多，如盐-氧化物法、盐-碱法(或共沉淀法)、诱导水解法、水热法、离子交换法、微波辐射法等。以任何方式合成的水滑石均适于本发明。在不同层间阴离子的合成水滑石中，最好选用层间阴离子为Cl^-、NO₃ ^-、CO₃ ^2-、SO₄ ^2-的镁铝水滑石，更优选的方案是层间阴离子为NO₃ ^-和SO₄ ^2-的合成水滑石。由于合成水滑石中，其层面永久性正电荷来源于三价Al³⁺对二价Mg²⁺的类质同象取代，而具有水滑石结构的合成水滑石的最大镁铝摩尔比为3∶1，因此，在不同镁铝摩尔比例的层间阴离子为NO₃ ^-和SO₄ ^2-的合成水滑石中，更优选的方案是镁铝摩尔比例为3∶1的合成水滑石。

水滑石和类水滑石焙烧后的复合镁铝氧化物是指水滑石和类水滑石经300-800℃焙烧后的复合金属氧化物，最好是层间阴离子为Cl^-、NO₃ ^-、CO₃ ^2-、SO₄ ^2-的合成水滑石经400-500℃焙烧后的复合镁铝氧化物，更优选的方案是层间阴离子为NO₃ ^-、CO₃ ^2-、SO₄ ^2-等含氧酸根的镁铝摩尔比例为3∶1的合成水滑石经400-500℃焙烧后的镁铝氧化物互溶体。

本发明所涉及的树脂障碍控制方法中，水滑石类化合物加入纸浆前最好事先分散在水中，形成平均粒度小于50μm的悬浮液，最好是平均粒度小于10μm的悬浮液，更优选的方案是平均粒度小于2μm的悬浮液。

本发明所涉及的树脂障碍控制方法中，水滑石类悬浮液一般加在稀释前的纸浆中，所加水滑石类化合物相对于纸浆中绝干浆的质量比例视纸浆中所含树脂或胶黏物的量一般控制在1∶5000-1∶50，最常用的比例是1∶1 000-1∶200。

本发明所涉及的树脂障碍控制方法中，所述树脂和胶黏物包括来自各种原生木浆的各种树脂成分和来自二次纤维浆、涂布损纸的各种黏性物质，即胶黏物。

本发明所涉及的树脂障碍控制方法中，吸附有树脂和胶黏物的水滑石类化合物可自行吸附在纤维上并留着在纸页中，但助留剂如阳离子聚丙烯酰胺，可进一步提高吸附有树脂和胶黏物的水滑石类化合物对纤维的固着能力。

本发明控制造纸树脂障碍的方法，直接利用自身带正电荷的具有亲脂性的无机微粒，借助于其对亲脂性树脂、胶黏物和带负电荷纤维的吸附能力，将树脂和胶黏物固着到纤维上，防止树脂和胶黏物在造纸系统中的积累，控制树脂障碍的产生，所采用水滑石类无机微粒兼具阳离子有机-无机复合微粒树脂障碍控制剂的优势，且粒度小，对树脂和胶黏物的吸附性能好，吸附效率高，成本低，使用和运输方便。

具体实施方式

下面的实例是根据本发明的方法提供的，用于说明本发明，除非在所附的权利要求书中指明，并不构成对本发明的任何限制。除非另有指明，实例中所有份数均以质量计。

实施例1

水滑石的制备1：将241份儿AlCl₃·6H₂O与610份儿MgCl₂·6H₂O溶解在4550份去离子水中，在500rpm搅拌速度下，与稀释3倍的稀氨水2600份儿同时缓慢加入到反应器中，控制混合物的pH值在9.5-10之间，加入时间控制在30分钟左右。加完后，继续搅拌2小时，获得氢氧化镁与氢氧化铝的混合沉淀物。将沉淀物在85℃密闭条件下晶化12小时，然后用去离子水离心(4000r/min)洗涤3次，获得层间阴离子为Cl^-的合成水滑石悬浮液，经Mastersizer 2000激光粒度仪测得合成水滑石的体积平均粒度为0.72μm。将部分合成水滑石悬浮液经-50℃冷冻真空干燥后，研磨过200目筛，获得层间阴离子为Cl^-的合成水滑石粉末产品；部分合成水滑石悬浮液经蒸馏水稀释获得质量分数为1％的悬浮液。

模型胶体树脂的制备：取5份儿树脂酸溶于含有1.25份儿85％KOH的无水乙醇中，然后用无水乙醇稀释到25份儿，配制成质量分数为20％的树脂酸-乙醇溶液，最后用475份儿蒸馏水稀释至500份儿，获得质量分数为1％的树脂酸胶体。

树脂障碍的控制：取含有30份儿绝干浆的国产杨木化学机械浆，用自来水稀释至2000份儿，经纤维标准解离器离解成浆；取其中1500份儿，在搅拌下加入上述质量分数为1％的树脂酸胶体18份儿，混合均匀后，利用浓盐酸将纸浆pH值调节至6.2，制得约含有0.8％游离树脂酸的杨木化学机械浆。取其中500份儿，加入上述质量分数为1％的层间阴离子为Cl^-的合成水滑石悬浮液15份儿，在约750r/min搅拌速度下搅拌15min，加入500份儿水，继续搅拌1min后，用100目筛过滤纸浆，测得滤液在450nm波长下的吸光度值，利用事先确定的树脂酸胶体浓度-吸光度关系式(即分光光度法)计算滤液胶体浓度；另取500份儿，加入上述质量分数为1％的层间阴离子为Cl^-的合成水滑石悬浮液15份儿，在约750r/min搅拌速度下搅拌15min后，加入500份儿水，继续搅拌1min后，加入0.75份儿质量分数为0.1％的阳离子聚丙烯酰胺(分子量约600万，阳离子度12％)，再搅拌1min后，用100目筛过滤纸浆，测定滤液在450nm波长下的吸光度值，利用事先确定的树脂酸胶体浓度-吸光度关系式(即分光光度法)计算滤液胶体浓度；利用剩下500份儿的含有0.8％游离树脂酸的杨木化学机械浆做空白实验，测定未加合成水滑石固着剂和助留剂阳离子聚丙烯酰胺的纸浆滤液的树脂酸胶体浓度，由此计算出只加合成水滑石时树脂的去除率为86.2％；进一步加入阳离子聚丙烯酰胺后树脂的去除率为89.1％。

实施例2

合成水滑石焙烧镁铝复合氧化物的制备1：将实施实例1中经冷冻真空干燥的层间阴离子为Cl^-的合成水滑石置于马弗炉中，在500℃下焙烧3小时，冷却后，研磨、过200目筛，获镁铝复合氧化物。用去离子水将镁铝复合氧化物配制成质量分数1％的悬浮液，悬浮液经剪切设备适度分散后，经Mastersizer 2000激光粒度仪测定的体积平均粒度为46.6μm。

树脂障碍的控制：按实施例1制备2000份儿含有30份儿绝干浆的国产杨木化学机械浆，取其中1000份儿，在搅拌下加入实施实例1中质量分数为1％的树脂酸胶体3份儿，混合均匀后，利用浓盐酸将纸浆pH值调节至6.0，制得约含有0.2％游离树脂酸的杨木化学机械浆。取其中500份儿，加入质量分数为1％的本实施例2中镁铝复合氧化物悬浮液4份儿，在约750r/min搅拌速度下搅拌15min，用100目筛过滤纸浆，利用分光光度法测定计算滤液胶体浓度；利用剩下500份儿的含有0.2％游离树脂酸的杨木化学机械浆做空白实验，测定未加合成水滑石固着剂的纸浆滤液的树脂酸胶体浓度，由此计算出树脂的去除率为93.0％。

实施例3

合成水滑石的制备2：将375份儿Al(NO₃)₃·9H₂O与770份儿Mg(NO₃)₂·6H₂O溶解在4255份去离子水中，在500rpm搅拌速度下，与稀释3倍的稀氨水2600份儿同时缓慢加入到反应器中，控制混合物的pH值在9.5-10之间，加入时间控制在30分钟左右。加完后，继续搅拌2小时，获得氢氧化镁与氢氧化铝的混合沉淀物。将沉淀物在85℃密闭条件下晶化16小时，然后用去离子水离心(4000r/min)洗涤3次，获得层间阴离子为NO₃ ^-的合成水滑石悬浮液，经Mastersizer 2000激光粒度仪测得合成水滑石的体积平均粒度为0.93μm。将部分合成水滑石悬浮液经-50℃冷冻真空干燥后，研磨过200目筛，获得层间阴离子为NO₃ ^-的合成水滑石粉末产品；部分合成水滑石悬浮液经去离子水稀释获得质量分数为1％的悬浮液。

模型胶黏物的制备：将商品阴离子苯丙胶乳稀释至质量浓度1％，作为模型胶黏物胶体。

树脂障碍的控制：将铜版原纸撕成约5×5mm的小碎片，取35份儿在2000份儿水中浸泡48小时，利用纤维标准解离器离解成浆；取其中1000份儿，在搅拌下加入上述质量分数为1％的苯丙胶乳1.5份儿，混合均匀后，制得约含有0.1％模型胶黏物的损纸浆。取其中500份儿，加入本实例3制备的质量分数为1％的层间阴离子为NO₃ ^-的合成水滑石悬浮液3份儿，在约750r/min搅拌速度下搅拌15min，用100目筛过滤纸浆，利用分光光度法测定计算滤液胶体浓度；利用剩下500份儿的含有0.1％模型胶黏物的损纸浆做空白实验，测定未加合成水滑石固着剂的纸浆滤液的模型胶黏物浓度，由此计算出胶黏物的去除率为90.7％。

实施例4

合成水滑石焙烧镁铝复合氧化物的制备2：将实施实例3中经冷冻真空干燥的层间阴离子为NO₃ ^-的合成水滑石置于马弗炉中，在400℃下焙烧5小时，冷却后，研磨、过325目筛，获镁铝复合氧化物。用去离子水将镁铝复合氧化物配制成质量分数1％的悬浮液。

树脂障碍的控制：按实施例3制备2000份儿含有35份儿铜版原纸的损纸浆；取其中1000份儿，在搅拌下加入上述质量分数为1％的苯丙胶乳1.5份儿，混合均匀后，制得约含有0.1％模型胶黏物的损纸浆。取其中500份儿，加入本实施例4中质量分数为1％的镁铝复合氧化物悬浮液3份儿，在约750r/min搅拌速度下搅拌15min，用100目筛过滤纸浆，利用分光光度法测定计算滤液胶体浓度；利用剩下500份儿的含有0.1％模型胶黏物的损纸浆做空白实验，测定未加合成水滑石固着剂的纸浆滤液的模型胶黏物浓度，由此计算出胶黏物的去除率为94.3％。

实施例5

合成水滑石的制备3：将333份儿Al₂(SO₄)₃·18H₂O与739份儿MgSO₄·7H₂O溶解在2678份去离子水中，与稀释3倍的稀氨水2600份儿在激烈搅拌下快速混合均匀，形成氢氧化镁与氢氧化铝的混合沉淀物，迅速将混合沉淀物放入高压釜中，将高压釜放入烘箱中，调节烘箱的温度至120℃，晶化10小时，晶化后的样品经去离子水离心(4000r/min)洗涤3次，获得层间阴离子为SO₄ ^2-的合成水滑石悬浮液，经Mastersizer2000激光粒度仪测得合成水滑石的体积平均粒度为1.3μm。部分样品于70℃下干燥后，研磨、过325目筛，获得层间阴离子为SO₄ ^2-的合成水滑石粉末产品，部分样品经去离子水稀释获得质量分数为1％的悬浮液。

树脂障碍的控制：按实施例1制备2000份儿含有30份儿绝干浆的国产杨木化学机械浆，取其中1000份儿，在搅拌下加入实施实例1中质量分数为1％的树脂酸胶体0.75份儿，混合均匀后，利用浓盐酸将纸浆pH值调节至6.1，制得约含有0.05％游离树脂酸的杨木化学机械浆。取其中500份儿，加入质量分数为1％的本实施例5中层间阴离子为SO₄ ^2-的合成水滑石悬浮液1.5份儿，在约750r/min搅拌速度下搅拌15min，用100目筛过滤纸浆，利用分光光度法测定计算滤液胶体浓度；利用剩下500份儿的含有0.05％游离树脂酸的杨木化学机械浆做空白实验，测定未加合成水滑石固着剂的纸浆滤液的树脂酸胶体浓度，由此计算出树脂的去除率为91.9％。

实施例6

合成水滑石焙烧镁铝复合氧化物的制备3：将实施实例5中层间阴离子为SO₄ ^2-的合成水滑石粉末置于马弗炉中，在800℃下焙烧2小时，冷却后，研磨、过325目筛，获镁铝复合氧化物。用去离子水将镁铝复合氧化物配制成质量分数1％的悬浮液。

树脂障碍的控制：按实施例1制备2000份儿含有30份儿绝干浆的国产杨木化学机械浆，取其中1000份儿，在搅拌下加入实施实例1中质量分数为1％的树脂酸胶体0.15份儿，混合均匀后，利用浓盐酸将纸浆pH值调节至6.1，制得约含有0.01％游离树脂酸的杨木化学机械浆。取其中500份儿，加入质量分数为1％的本实施例6制备的镁铝复合物悬浮液0.15份儿，在约750r/min搅拌速度下搅拌15min，用100目筛过滤纸浆，利用分光光度法测定计算滤液胶体浓度；利用剩下500份儿的含有0.01％游离树脂酸的杨木化学机械浆做空白实验，测定未加合成水滑石固着剂的纸浆滤液的树脂酸胶体浓度，由此计算出树脂的去除率为91.5％。

实施例7

合成水滑石的制备4：将实例1制备的质量分数为1％的层间阴离子为Cl^-的合成水滑石悬浮液100份儿，与质量分数为10％的Na₂CO₃溶液10份儿混合，常温搅拌24h，离心洗涤至中性，在70℃下干燥、研磨、过325目筛，获得层间阴离子为CO₃ ^2-的合成水滑石粉末，用去离子水将部分层间阴离子为CO₃ ^2-的合成水滑石配制至成1％的悬浮液。

树脂障碍的控制：按实施例3制备2000份儿含有35份儿铜版原纸的损纸浆；取其中1000份儿，在搅拌下加入上述质量分数为1％的苯丙胶乳1.5份儿，混合均匀后，制得约含有0.1％模型胶黏物的损纸浆。取其中500份儿，加入上述质量分数为1％的层间阴离子为CO₃ ^2-的合成水滑石悬浮液2份儿，在约750r/min搅拌速度下搅拌15min，用100目筛过滤纸浆，利用分光光度法测定计算滤液胶体浓度；利用剩下500份儿的含有0.1％模型胶黏物的损纸浆做空白实验，测定未加合成水滑石固着剂的纸浆滤液的模型胶黏物浓度，由此计算出胶黏物的去除率为87.3％。

实施例8

合成水滑石焙烧镁铝复合氧化物的制备4：将实施实例7中层间阴离子为CO₃ ^2-的合成水滑石粉末置于马弗炉中，在300℃下焙烧5小时，冷却后，研磨、过325目筛，获镁铝复合氧化物。用去离子水将镁铝复合氧化物配制成质量分数1％的悬浮液。

树脂障碍的控制：按实施例3制备2000份儿含有35份儿铜版原纸的损纸浆；取其中1000份儿，在搅拌下加入上述质量分数为1％的苯丙胶乳1.5份儿，混合均匀后，制得约含有0.1％模型胶黏物的损纸浆。取其中500份儿，加入本实施例8制备的质量分数为1％的焙烧镁铝复合氧化物悬浮液2份儿，在约750r/min搅拌速度下搅拌15min，用100目筛过滤纸浆，利用分光光度法测定计算滤液胶体浓度；利用剩下500份儿的含有0.1％模型胶黏物的损纸浆做空白实验，测定未加合成水滑石固着剂的纸浆滤液的模型胶黏物浓度，由此计算出胶黏物的去除率为92.8％。

Claims

1.一种控制造纸树脂障碍的方法，其特征在于：在纸浆中加入水滑石类悬浮液，所述的水滑石类悬浮液为平均粒度小于50μm的水滑石类化合物的水悬浮液；所加水滑石类化合物相对于纸浆中绝干浆的质量比例为1∶50～5000；所述的水滑石类化合物为复合镁铝氧化物；所述的复合镁铝氧化物是层间阴离子为NO₃ ^-或CO₃ ^2-、镁铝摩尔比例为3∶1的合成水滑石经400-500℃焙烧后的镁铝氧化物互溶体。

2.根据权利要求1所述的控制造纸树脂障碍的方法，其特征在于：所加水滑石类化合物相对于纸浆中绝干浆的质量比例为1∶200～1000；所述水滑石类化合物的平均粒度小于10μm。

3.根据权利要求2所述的控制造纸树脂障碍的方法，其特征在于：所述水滑石类化合物的平均粒度小于2μm。