CN102120901A - 一种造纸用绿色环保型矿物脱墨剂 - Google Patents

Abstract

现有的阴离子和非离子复配类脱墨剂以及矿物材料和表面活性剂复配类脱墨剂，在脱墨剂生产过程中易产生废气和废水，且产品使用过程中在碱性脱墨条件下难于生物降解。本发明提供了一种造纸用绿色环保型矿物脱墨剂，其各原料组分的质量百分比如下：阴离子表面活性剂5-35%，硬脂酸5-25%，硅酸盐类无机矿物土10-40%，可生物降解的非离子表面活性剂5-20%，乳化剂0.5-5%，聚醚型表面活性剂0.01-2%，无机盐电解质0.5-2%。本发明有效改善了脱墨剂对油性油墨、水性油墨和胶粘物的去除效果，且其选用的组分均具有绿色环保、可生物降解性，对人体和环境无毒，避免二次污染。

Description

一种造纸用绿色环保型矿物脱墨剂

技术领域

本发明涉及造纸助剂，具体地说是一种造纸用绿色环保型矿物脱墨剂。

背景技术

目前市场上使用的脱墨剂主要是浮选法脱墨剂和洗涤法脱墨剂。浮选法脱墨剂是目前废纸脱墨生产中应用最广泛和最有效的脱墨剂。浮选法脱墨剂主要包括阴离子脂肪酸皂(钠皂)类、非离子脂肪醇类和脂肪醚类、复合型表面活性剂类、生物酶类等，其中阴离子脂肪酸皂(钠皂)和表面活性剂复配类脱墨剂一直是国内外市场上应用最重要的两种脱墨剂。

近年来，广大科研工作者开发的脱墨剂主要是阴离子和非离子表面活性剂复配类、生物酶类以及矿物材料和表面活性剂复配类脱墨剂。中国专利200810043929.7，200910043446.1和200710013251.3等分别采用脂肪醇、硬脂酸、油酸、棕榈酸等与脂肪酸聚氧乙烯醚和烷基苯环酸钠等表面活性剂进行复配，制得主要适应于混合办公废纸脱墨的脂肪酸和表面活性剂复配类脱墨剂；中国专利200710113465.8，200810121836.1和200310111378.0等分别采用聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯多元醇酯、壬基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚等与脂肪酸盐和脂肪醇聚氧乙烯醚硫化钠等进行复配，制得主要适应于废旧新闻纸脱墨的阴离子和非离子复配类脱墨剂；中国专利200410015511.7和02137023.0等分别采用木聚糖酶、纤维素酶、脂肪酶和聚乙二醇、水溶性油酸钾、烷基苯磺酸钠或聚醚类表面活性剂等进行复配，制得主要适应于混合新闻纸脱墨的生物酶类脱墨剂；中国专利200610052533.X和200710018729.1等采用膨润土、凹凸棒土与烷基(酚)聚氧乙烯醚磺基琥珀酸单酯二钠盐以及二氯甲烷、苯酚等有机溶剂与膨润土、马来松香辛基酚聚氧乙烯醚羧酸钠、六次甲基四胺和苯并三氮唑等进行复配，制得主要适应于新闻纸和混合办公废纸脱墨的矿物材料和表面活性剂复配类脱墨剂。

在上述专利中，阴离子和非离子复配类脱墨剂以及矿物材料和表面活性剂复配类脱墨剂的原材料组分部分或全部地选取有机溶剂和生物降解性不好的表面活性剂，在脱墨剂生产过程中易产生废气和废水，且产品使用过程中在碱性脱墨条件下难于生物降解，对于封闭式废水回用的造纸水循环系统来说，连续式脱墨不仅造成脱墨浆白度持续降低，而且对后续脱墨废水的达标排放有很严重的负面作用。此外，非离子和阴离子脂肪酸皂类脱墨剂应用中的主要缺点是设备和管路存在“结垢”现象，且皂类脱墨剂碎解废纸浆时，不但产生较多的阴离子垃圾，而且无法同时去除废纸的油基油墨和水基油墨，与纤维分离的水性油墨粒子粒径小，过度分散，容易沉积在细胞腔内部和纹孔壁上，且这种沉积不可逆，这些油墨只能通过洗涤工艺除去，需要耗费大量水资源，且水不能循环利用。生物酶类脱墨剂的使用条件与传统脱墨条件有较大差异，如若使用需对原有脱墨工艺进行大幅度改进，而且其脱墨成本相对较高，因此，真正适合工业化的低成本生物酶类脱墨剂还有待开发。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术和应用中存在的缺陷，提供一种造纸用绿色环保型矿物脱墨剂，用于改善脱墨剂对油性油墨、水性油墨和胶粘物的去除效果，且其选用的组分均具有绿色环保、可生物降解性，对人体和环境无毒，避免二次污染。

为此，本发明采用如下技术方案：造纸用绿色环保型矿物脱墨剂，体系中原料的各组分质量百分比如下：

阴离子表面活性剂                5-35％

硬脂酸                          5-25％

硅酸盐类无机矿物土              10-40％

可生物降解的非离子表面活性剂    5-20％

乳化剂                          0.5-5％

聚醚型表面活性剂                0.01-2％

无机盐电解质                    0.5-2％

其制备方法采用以下步骤：

1)将阴离子表面活性剂和硬脂酸在70℃-75℃下混合加热至熔融流体状，以相对较低转速搅拌20-30min，使其混合均匀。

2)将硅酸盐类无机矿物土喷洒在混合样品中，提高搅拌器转速，使矿物土与步骤1)得到的混合物中70℃-75℃下充分混合20-40min，加入可生物降解的非离子表面活性剂，反应0.5-1.5h；

3)步骤2)得到的混合液升温至80-90℃，再将乳化剂、聚醚型表面活性剂和无机盐电解质加入混合液中，充分反应，得绿色环保型矿物脱墨剂。

本发明采用天然绿色硅酸盐无机矿物土为脱墨剂制备的骨架材料，通过表面改性技术对硅酸盐矿物土进行改性处理，得到改性硅酸盐矿物材料，再通过改性硅酸盐矿物材料与可生物降解表面活性剂反应得到一种特定载体，该载体通过阴离子表面活性剂与高聚物的复合机理，与脂肪酸组分形成复合型体系，得到绿色环保型矿物脱墨剂，其选用的组分均具有绿色环保、可生物降解性，对人体和环境无毒，无二次污染。

所述的阴离子表面活性剂的脂肪基来自天然动植物油，可以是牛羊油脂肪酸、棕榈油脂肪酸、椰子油脂肪酸、牛羊油酸、大豆油酸、花生油酸、棉籽油酸、玉米油酸、椰子油酸、蓖麻油酸中的任一种或两种以上的混合物；脂肪基也可以是来自石油化学生产，例如α烯烃。

所述的硅酸盐类无机矿物土为滑石粉、皂石、高岭土、贝得石、绿坡缕石、镁蒙脱石、沸石中的任一种或两种以上的混合物。

所述可生物降解的非离子表面活性剂为聚氧乙烯脂肪基型表面活性剂，其饱和游离基为12-甲基硬脂基和12-乙基硬脂基中的一种或两种混合物，不饱和游离基为12-甲基油基和12-乙基油基中的一种或两种混合物。

所述的乳化剂为脂肪酸聚氧乙烯酯、脂肪醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯醚脂肪酸酯、脂肪酸甲酯聚氧乙烯醚中的任一种或两种以上的混合物。

所述的聚醚型表面活性剂为丙二醇嵌段聚醚L61、聚醚L62、聚醚L64、聚醚L44、聚醚L35、丙二醇无规聚醚PPE、丙三醇无规聚醚GPE、月桂酸无规聚醚LPE、十二醇无规聚醚CPE、丁醇无规聚醚BPE中的任一种或两种以上的混合物。

所述的无机盐电解质为氯化钠、碳酸钠、硫酸钠、碳酸钙、尿素中的任一种或两种以上的混合物。

在脱墨剂的制备过程中，所述的硅酸盐类无机矿物土的添加采用缓慢均匀喷洒的方式，添加速率为3-8公斤/分钟，保证矿物土与熔融混合样品均匀混合，避免矿物土在混合样品中结块。

本发明具有以下优点：

(1)本发明采用天然绿色硅酸盐无机矿物土为脱墨剂制备的骨架材料，通过表面改性技术对硅酸盐矿物材料进行预处理，将改性矿物材料与可生物降解的表面活性剂反应，制得特定的改性矿物材料载体，改善了混合废纸中水性油墨的去除效果，克服了传统皂类和表面活性剂类脱墨剂对水性油墨去除效果不佳的缺点，有效地缓解了脱墨生产中水性油墨废纸比例不能大幅度提升的头疼问题，大幅度提升了企业的脱墨生产效率和经济效益。

(2)本发明的矿物脱墨剂对脱墨生产中常见的胶粘物问题具有较好的去除效果。

(3)本发明的矿物脱墨剂对脱墨废水中CODcr的去除具有较好效果。

(4)本发明的矿物脱墨剂生产加工工艺简单、人工成本低，生产过程中无废水、废气、废渣等。

(5)本发明的绿色环保型矿物脱墨剂可分别用于废旧报纸和杂志纸的脱墨，也可用于废旧报纸、杂志纸和办公废纸等混合废纸的脱墨。

下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。

具体实施方式

实施例1

将0.8吨牛羊油脂肪酸和1.4吨硬脂酸在70℃-75℃下混合加热至熔融流体状，以120r/min转速搅拌20-30min，将2.2吨滑石粉缓慢地喷洒在熔融混合样品中，提升转速至150r/min，使滑石粉与混合样品在70℃-75℃下混合30min，加入0.8吨聚氧乙烯12-甲基硬脂基醚，反应1h。上述混合液升温至85℃，再将0.2吨油酸聚氧乙烯酯、0.05吨聚醚L61和0.2吨氯化钠加入混合样品中，搅拌充分反应30min，得绿色环保型矿物脱墨剂。

实施例2

将0.8吨牛羊油脂肪酸和1.2吨硬脂酸在70℃-75℃下混合加热至熔融流体状，以120r/min转速搅拌20-30min，将2.0吨皂石粉缓慢地喷洒在熔融混合样品中，提升转速至150r/min，使皂石粉与混合样品在70℃-75℃下混合30min，加入1.2吨聚氧乙烯12-甲基硬脂基醚，反应1h。上述混合液升温至85℃，再将0.2吨油酸聚氧乙烯酯、0.05吨聚醚L62和0.2吨硫酸钠加入混合样品中，搅拌充分反应30min，得绿色环保型矿物脱墨剂。

实施例3

将0.8吨棕榈油脂肪酸和1.0吨硬脂酸在70℃-75℃下混合加热至熔融流体状，以120r/min转速搅拌20-30min，将1.8吨高岭土缓慢地喷洒在熔融混合样品中，提升转速至150r/min，使高岭土与混合样品在70℃-75℃下混合30min，加入1.6吨聚氧乙烯12-乙基硬脂基醚，反应1h。上述混合液升温至85℃，再将0.2吨聚氧乙烯醚油酸酯、0.05吨聚醚L61和0.2吨氯化钠加入混合样品中，搅拌充分反应30min，得绿色环保型矿物脱墨剂。

实施例4

将0.8吨牛羊油酸和1.4吨硬脂酸在70℃-75℃下混合加热至熔融流体状，以120r/min转速搅拌20-30min，将2.2吨皂石粉缓慢地喷洒在熔融混合样品中，提升转速至150r/min，使皂石粉与混合样品在70℃-75℃下混合30min，加入0.8吨聚氧乙烯12-乙基硬脂基醚，反应1h。上述混合液升温至85℃，再将0.2吨氧乙烯醚油酸酯、0.05吨丙二醇无规聚醚PPE和0.2吨氯化钠加入混合样品中，搅拌充分反应30min，得绿色环保型矿物脱墨剂。

实施例5

将0.8吨牛羊油酸和1.2吨硬脂酸在70℃-75℃下混合加热至熔融流体状，以120r/min转速搅拌20-30min，将2.0吨高岭土缓慢地喷洒在熔融混合样品中，提升转速至150r/min，使高岭土与混合样品在70℃-75℃下混合30min，加入1.2吨聚氧乙烯12-甲基硬脂基醚，反应1h。上述混合液升温至85℃，再将0.2吨油酸聚氧乙烯酯、0.05吨丙二醇无规聚醚PPE和0.2吨硫酸钠加入混合样品中，搅拌充分反应30min，得绿色环保型矿物脱墨剂。

上述实施例1-5所得到的本发明产品绿色环保型矿物脱墨剂，其脱墨效果(与目前市场上使用的国外脂肪酸皂类脱墨剂相比)测试结果如下：

1、废纸原料为新闻纸/杂志纸(两者质量配比为70/30)；

2、碎浆工艺：温度为55℃，浓度为12％，时间为20min；

3、辅助化学品用量：烧碱5kg/吨纸，泡花碱20kg/吨纸，双氧水10kg/吨纸。

4、浮选工艺：浮选槽为Voith脱墨浮选槽，温度为50℃，浓度为1.0％，时间为4min，水的硬度为200ppm；

5、抄片工艺：采用抄片器(型号GretagMacbeth COLOR-EYE 3100)进行抄片，定量为80g/m²。

6、油墨脱除效果对比评价：

本发明产品矿物脱墨剂与国外皂类脱墨剂脱墨效果比较

7、胶粘物去除效果对比评价：

本发明产品在国内某新闻纸厂进行试用，试用前纸厂用的脱墨剂是国外脂肪酸皂类脱墨剂，试用前后纸机成浆胶粘物含量对比结果如下：

本发明产品试用前后，纸机成浆的胶粘物含量较原来降低50％以上，达到了完全不会在系统内积累，干扰纸机运行的含量范围之内，不仅为企业减少了胶粘物控制剂的使用费用，而且有效地避免了造纸行业公认难以解决的“夏天效应”这个头疼问题，使纸机的长期稳定正常运行得到了保障。

Claims (8)

1.一种造纸用绿色环保型矿物脱墨剂，其各原料组分的质量百分比如下：阴离子表面活性剂5-35%，硬脂酸5-25%，硅酸盐类无机矿物土10-40%，可生物降解的非离子表面活性剂5-20%，乳化剂0.5-5%，聚醚型表面活性剂0.01-2%，无机盐电解质0.5-2%；

其制备方法为：1）将阴离子表面活性剂和硬脂酸在70℃-75℃下混合加热至熔融流体状，搅拌使其混合均匀；2）将硅酸盐类无机矿物土喷洒在步骤1)得到的混合物中，使矿物土与混合物在70℃-75℃下混合均匀，然后加入可生物降解的非离子表面活性剂进行反应；3）步骤2)得到的混合液升温至80-90℃，再将乳化剂、聚醚型表面活性剂和无机盐电解质加入混合液中，进行搅拌反应，得矿物脱墨剂。

2.根据权利要求1所述的造纸用绿色环保型矿物脱墨剂，其特征在于步骤1）中所述阴离子表面活性剂的脂肪基来自牛羊油脂肪酸、牛羊油酸、大豆油酸、花生油酸、棉籽油酸、玉米油酸、椰子油酸、蓖麻油酸中的任一种或两种以上的混合物，或来自石油化学生产。

3.根据权利要求1所述的造纸用绿色环保型矿物脱墨剂，其特征在于所述的硅酸盐类无机矿物土为滑石粉、皂石、高岭土、贝得石、绿坡缕石、镁蒙脱石、沸石中的任一种或两种以上的混合物。

4.根据权利要求1所述的造纸用绿色环保型矿物脱墨剂，其特征在于所述可生物降解的非离子表面活性剂为聚氧乙烯脂肪基型表面活性剂，其饱和游离基为12-甲基硬脂基和12-乙基硬脂基中的一种或两种混合物，不饱和游离基为12-甲基油基和12-乙基油基中的一种或两种混合物。

5.根据权利要求1所述的造纸用绿色环保型矿物脱墨剂，其特征在于所述的乳化剂为脂肪酸聚氧乙烯酯、脂肪醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯醚脂肪酸酯、脂肪酸甲酯聚氧乙烯醚中的任一种或两种以上的混合物。

6.根据权利要求1所述的造纸用绿色环保型矿物脱墨剂，其特征在于所述的聚醚型表面活性剂为丙二醇嵌段聚醚L61、聚醚L62、聚醚L64、聚醚L44、聚醚L35、丙二醇无规聚醚PPE、丙三醇无规聚醚GPE、月桂酸无规聚醚LPE、十二醇无规聚醚CPE、丁醇无规聚醚BPE中的任一种或两种以上的混合物。

7.根据权利要求1所述的造纸用绿色环保型矿物脱墨剂，其特征在于所述的无机盐电解质为氯化钠、碳酸钠、硫酸钠、碳酸钙、尿素中的任一种或两种以上的混合物。

8.根据权利要求1所述的造纸用绿色环保型矿物脱墨剂，其特征在于步骤2）中硅酸盐类无机矿物土的添加采用缓慢均匀喷洒的方式。