CN101935956A - 节能回收occ废纸提高再生箱板纸强度性能的技术 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预处理和碎解OCC废纸提高再生箱板纸强度性能的方法，其特征在于经过清水、碱液预处理或者未处理过的OCC废旧纸箱在碱性条件下碎解成浆。新方法改善了再生纤维的造纸性能，同时具有处理成本低廉、降低碎解能耗、提高碎解机生产效率、处理方式灵活多样且易于与现有造纸流程结合等优点。碱液浸泡处理还有助于在筛选时通过过滤除去废纸中的胶粘物。本发明适用于以OCC废旧纸箱为原料生产箱板纸、箱纸板、瓦楞纸、白纸板等再生纸张的生产线。也适用于以OCC为原料生产再生纤维的工厂。

Description

节能回收OCC废纸提高再生箱板纸强度性能的技术

技术领域：

本发明属于废纸回收再利用领域，涉及节能碎解OCC废纸、提高再生纤维造纸性能，用于生产箱板纸、瓦楞纸、白纸板等多种再生纸张。

背景技术

随着人们环保意识的增强，现代造纸工业正在逐步由传统高污染行业转型为以回收废纸为主要原料再造纸的具有典型循环经济特征的绿色产业。

OCC(Old Corrugated Containers)旧瓦楞纸箱是一类回收量很大且含有大量硫酸盐针叶木浆(尤其是来自北美的OCC)的重要优质再生纤维资源。目前，OCC的回用还主要是简单的重复利用，即将旧瓦楞箱纸板经过清水碎解、筛选、净化、洗涤分散后得到的纸浆输送到浆料准备系统，单独或者与其他浆料混合抄造各种纸张如箱板纸、瓦楞原纸、白纸板等。

但是，纤维再生过程中作用在废纸表面的机械力不仅可能导致再生纤维长度和强度降低，而且每一次抄纸过程中的脱水干燥也使得木浆纤维角质化，导致再生纤维润胀能力下降、损失部分交织粘合性能，从而使得再生纸板的力学强度低于原木浆纸张。

几十年来，国内外许多科学家不断探索提高再生纤维交织粘合性能的方法。结果证明了钠碱浸泡和生物酶处理纸浆都能够在一定程度上提高再生纸张的力学性能。但是，这些已经发表的化学或者生物酶处理方法都是处理经过碎解后得到的纸浆。这些处理方法不但费用昂贵，而且需要改变常规抄纸流程(例如增加在废纸碎解后化学或者酶处理浆料的工艺)，使得造纸厂很难在生产过程中采用。

本发明提供一种在碎解前预处理OCC废纸、并在碱性条件下碎解的方法以提高再生纤维的润胀和交织粘合能力。新方法不但能够在不改变常规造纸流程的条件下提高以OCC为原料生产的各种再生纸张如箱板纸的强度性能，而且有利于分离胶粘物、同时降低了碎解废纸的能耗、提高了碎解机生产效率。

发明内容

本发明提供一种节能回收OCC废纸提高再生纤维造纸性能的预处理和碎解技术。通过实验发现：(1)OCC废纸经一定浓度的NaOH水溶液处理一定时间后，废纸更容易被碎解成纸浆；(2)采用预处理再生纤维抄造的纸张其强度性能包括抗张强度、裂断长、耐破指数、环压指数等均优于没有预处理的纸浆；(3)废纸经清水或者碱液喷淋浸泡在碱性条件下碎解也能在很大程度上降低碎解能耗、提高再生纤维的润胀与粘合性能；(4)碱液浸泡有助于在筛选时过滤除去废纸中的一些胶粘物。

废纸在碱性条件下更容易碎解成纸浆的主要原因是NaOH处理增加了木浆纤维的润胀程度，从而破坏了废纸中纤维之间的交织粘合。同样道理，由于钠碱溶液处理使再生纤维具有更好的润胀性能，这也提高了纤维之间在形成纸页时的交织粘合能力，从而提高了再生纸张的物理强度。

本发明具体内容包括：

(1)OCC废纸的浸泡预处理技术：

将OCC废纸浸泡在加入一定量NaOH与清水的废纸预处理池中。NaOH用量一般在废纸绝干量的0-5％之间，最佳在0.5-2％左右。浸泡时间一般不超过24个小时，最佳浸泡处理时间依赖于温度、浆浓、和钠碱用量，通常在0.5-2个小时左右。对废纸直接喷淋碱液或者清水也有一定的改善作用。

(2)OCC废纸的碎解技术：

处理后的OCC废纸在常用碎浆机中在碱性条件下碎解。最佳碎解时间依赖于碎解机类型、浆浓和预处理条件，特别是碎解时含碱量和浸泡时间。OCC废纸可以从预处理池中直接输送到碎解装置中碎解(含处理液碎解)，也可以把预处理后的废纸捞出后滤除碱液投放到添加了新鲜清水的碎解机中碎解。碱液或者清水喷淋、清水浸泡或者未浸泡过的废纸在碎解时加入一定量的NaOH也能够在一定程度上降低碎解时间，从而大大提高碎解机的生产效率。

(3)碎解后纸浆的筛分与净化：

碎解后的纸浆按照常规造纸流程筛选净化、除去残留浆渣。良浆可以单独输送到浆料准备系统或者与其他浆料混合抄造箱纸板等产品，也可以经过漂白后取代原木浆抄造高档纸张。我们特别注意到碱液浸泡处理过的废纸筛出粗渣中有大块的白色胶粘物。NaOH浸泡处理使一些胶粘物硬化结块，说明碱液浸泡处理有助于在筛选时通过过滤去除再生纤维中的胶粘物。

本发明的有益效果和显著优点：

本发明采用化学或者生物酶方法在碎解前处理废纸以降低碎解能耗、提高再生纤维的造纸性能。新发明设备投资少，碱液能够连续使用，易于在常见的利用废纸再造纸的生产流程中采用。本发明提出的处理技术具有如下显著优点：(1)处理费用低，预计每吨浆费用15元(按滤除碱液碎解时耗碱0.5％，吨碱3000元估算)，(2)降低了废纸制浆的能耗，使碎解机生产效率提高了20％以上，(3)在同等能耗条件下降低残留粗渣组分，提高了得浆率，(4)大大改善了再生纤维的润胀与粘合性能，提高了再生纤维附加价值。

具体实施方式：

实例1：

节省废纸碎解时间和能耗：将韩国进口OCC废纸(包括箱纸板面纸和瓦楞芯纸)撕成规格为30mm*30mm的碎片，放入密封袋中平衡24小时后测定水分。称取一定量(一般50克)的绝干碎纸片放入烧杯中，加入一定量的清水和NaOH(0-5％绝干浆)后在10％浆浓、室温条件下浸泡预处理一定时间(0-16小时)。

预处理后的OCC废纸在高浓水力碎浆机中碎解一定时间(5-45分钟)。碎解浆浓为10％，频率30Hz，转子转速671rpm，温度为室温。碎解后的再生纤维用筛缝为0.25mm的缝筛筛浆机进行筛分，分别收集粗渣和良浆。粗渣在高温烘箱中105oC恒温干燥6小时后称重，计算粗渣率。良浆经一定量清水洗涤后平衡水分。称取部分样品测定水分，计算良浆率。洗涤时没有水循环系统，部分细小纤维、纤维碎片、废纸中的其他添加物和碱溶出物可能在洗涤时流失，利用粗渣率和良浆率计算流失率。

在上述实验条件下，我们发现直接碎解(没有浸泡过的)OCC废纸阻力太大，不能准确确定碎解时间。为了定量表征预处理对碎解能耗和纸张物理性能的改进作用，我们选择了清水浸泡2小时的样品作为参考样品。此外，我们进一步假设：(a)废纸碎解能耗正比于碎解时间，(b)95％以上的废纸碎解成纸浆(即粗渣率小于5％)时碎解完成。

如表-1所示，2％碱液浸泡处理2小时的废纸15分钟基本上完成碎解，废纸预处理后滤除碱液加入清水碎解需要20分钟完成，而清水浸泡2小时的废纸需要25分钟才能够完全碎解。和清水浸泡的废纸比较，2％NaOH溶液处理的废纸节省了20％以上的碎解时间或者能耗，同时提高了碎解机生产效率，降低了再生纤维的制造成本。

表-1：废纸浸泡2小时后完成碎解(粗渣率小于5％)需要的时间

浸泡方式	清水	含2％碱液碎解	2％碱液浸泡捞出加清水
				所需碎解时间	25分钟	15分钟	20分钟

实例2：

在相同碎解条件下残留粗渣率更低：在实例-1的实验条件下，分别测定了废纸在不同条件下处理2小时后碎解15分钟和20分钟后的粗渣率。如表-2所示，碎解15分钟后，2％碱液浸泡的废纸残留粗渣率为4.90％，滤除碱液加清水碎解粗渣率为7.37％，清水浸泡碎解的废纸粗渣率则高达11.74％。

表-2：不同处理条件对碎解效率(粗渣率)的影响

浸泡(2小时)方式	清水	含2％碱液碎解	2％碱液浸泡捞出加清水
				碎解15分钟粗渣率(％)	11.74	4.90	7.37
碎解20分钟粗渣率(％)	7.10	2.42	4.31

实例3：

力学性能提高：按照实例-1实验条件称取50克碎纸片浸泡2小时后碎解20分钟制备再生纸浆。称取30克筛选洗涤、平衡水分后的绝干良浆，在标准纤维解离器中疏解15000转，配制成0.3％的浆浓的纤维悬浮液。在快速纸页成型器上抄片，手抄片定量为100g/m2。手抄纸页在恒温恒湿条件下平衡水分后，按照国家标准测定各种物理性能包括裂断长，环压指数，耐破指数等。实验结果见表-3。

如表-3所示，碱液浸泡不但提高了再生纸页的抗张强度、裂断长、和耐破指数，而且大大提高了其环压指数。我们注意到采用新技术碎解废纸制备的纸浆和采用文献上发表的碱液处理碎解后纸浆抄造的纸页，强度性能基本相同。新技术具有降低碎解能耗和易于与现有造纸流程结合的优势。我们还注意到采用滤除碱液加清水碎解的方式不但得到了较多的良浆，而且利用其纤维抄造的纸张其主要力学强度指标等同甚至略高于含碱液碎解制备的纸浆抄造的纸张。捞出废纸滤出碱液的碎解方式降低了化学品总用量。

表3：不同处理条件(浸泡2小时碎解20分钟)对纸页力学强度的影响

浸泡(2小时)方式	清水浸泡碎解	2％碱液浸泡碎解
			抗张强度(kNm-1)	3.46	3.80(+9.83％)
裂断长(km)	3.43	3.76(+9.62％)
			耐破指数(kPa.m2)	2.16	2.45(+13.4％)
环压指数(N.m.g-1)	7.70	9.10(+18.2)

具体实施方式：

本发明可根据工厂现有工艺和产品需要调整具体实施方式。实例-4以利用OCC废纸制造箱纸板或者箱板纸为例说明本发明的工艺流程。实例-4仅仅是多种可能实施方式中的一种，不对本发明作任何限制。

实例-4：

利用OCC废纸生产箱纸板或者瓦楞原纸：(1)废纸预处理：把5吨干净的OCC废纸投入储水50吨、溶解了100公斤NaOH的废纸预处理池中，浸泡2小时后捞出滤除碱液后投入废纸碎解机。预处理池经补充适量NaOH和清水，处理下一批废纸。浸泡预处理还能够去除废纸中的部分杂质。密度较小的杂物如塑料布、泡沫塑料将漂浮在液面，而密度较大的杂物如废铁、石块将沉积。

(2)废纸碎解：把浸泡过的OCC废纸投入含有适量清水的碎解机中在规定的浆浓下碎解。最佳碎解时间依赖于碎解机类型、浆浓、和预处理条件，一般以粗渣率稍低于5％为宜。

(3)筛选净化：采用除渣器和细缝筛浆机除去未完全分离的纤维束、胶粘物及其粘连的纤维等比重或者形状不同于木浆纤维的杂质。

(4)分散洗涤：分散进一步缩小再生纤维中残留胶粘物的尺寸，以降低在抄纸过程中沉积的危险性。分散和洗浆能够除去纸浆中直径较小(小于10微米)的胶粘物和其他杂质微粒。

(5)磨浆：再生纤维经磨浆进一步提高造纸性能。

(6)抄纸：处理后的再生纤维悬浮液与其他造纸助剂混合，在造纸机上经流浆箱分散、脱水、压榨、干燥等过程成纸。

Claims (7)

1.一种预处理和碎解OCC废旧纸箱提高箱板纸等再生纸张强度性能的技术，其特征在于OCC废纸在碱性条件下碎解成浆、废纸碎解前在一定温度下用一定量的NaOH、氧化镁等碱性化学品水溶液喷淋或者浸泡处理。

2.按照权利要求1所述的废纸碎解方法，OCC废纸在碱性条件比在传统中性清水条件下碎解节省了至少20％的碎解时间，从而大大提高了碎解机生产效率。

3.按照权利要求1所述的废纸处理方法，其特征在于碱液浸泡有助于在筛选时过滤除去废纸中的胶粘物。在相同碎解条件下，碱性碎解同时降低了残留的废纸粗渣率。

4.按照权利要求1所述的废纸处理方法，其特征在于制备的再生纸浆交织粘合性能得到了改善，利用预处理OCC纸浆抄造的再生箱板纸强度性能得到明显提高。

5.按照权利要求1所述的废纸处理方法，其特征在于OCC在碱性条件下碎解后，能够通过传统的以OCC为原料抄造纸张的工艺流程，经过筛选、净化、洗涤分散等过程后输送到浆料准备系统，单独或者与其他浆料混合抄造各种纸张如高强箱板纸、瓦楞原纸、白纸板等。

6.根据权利要求1所述的废纸处理方法，其特征在于OCC废纸可以在加入一定量氢氧化钠的碱性水溶液中浸泡处理后含碱液碎解、可以捞出滤除碱液后加清水碎解、可以经过清水或者碱液喷淋处理后碎解、也可以经过一定时间的清水浸泡或者未经浸泡在碱性条件下碎解。工厂能够灵活选择合适的处理方式。

7.权利要求1所述的处理技术适用于以OCC废纸为原料制备再生纤维或者抄造箱板纸、瓦楞纸、白纸板等多种再生纸张。