CN102330385A - 造纸用非离子型微粒助留助滤体系及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种造纸用非离子型微粒助留助滤体系及其应用方法，非离子型微粒助留助滤体系由聚氧化乙烯和硅酸镁铝凝胶两种组分和重量配比所组成，使用时先在纸浆中加入硅酸镁铝凝胶和PEO其中的一种，经充分搅拌均匀后，再加入另一种物质，搅拌均匀，经剪切后抄造成纸。该助留助滤体系不仅可以提高细小纤维和填料的留着率，增加纸机网部的脱水能力，改善纸页的匀度；而且具有较强的抵抗造纸过程中阴离子杂质的干扰能力，在阴离子物质较多的湿部化学体系中仍有较好的助留助滤效果。本发明克服了阴离子杂质的干扰，使造纸工业能很容易的实现白水全封闭循环，实现造纸废水的“零排放”。

Description

造纸用非离子型微粒助留助滤体系及其应用方法

技术领域

本发明涉及一种造纸工业用的助留助滤体系，具体地说是涉及一种造纸用的非离子型微粒助留助滤体系及其在造纸过程中的应用方法。

背景技术

在造纸工业中，微粒助留体系是高效的助留体系。该系统是在抄纸体系中最高剪切力点之前加入高分子量的阳离子聚丙烯酰胺或阳离子淀粉，在高剪切点后，加入阴离子微粒（胶体二氧化硅、膨润土）。微粒助留系统不仅可提高留着率，降低生产成本，显著改善纸机网部的滤水性，提高车速、质量，而且可以提高压榨部脱水速度，改善纸页的匀度，纸页强度不会随填料留着率的提高而明显下降，另外在处理纸机白水回收等方面也发挥积极作用。主要的微粒系统为由聚丙烯酰胺和改性膨润土组成的Hydrocol体系，由阳离子淀粉和阴离子胶体硅组成的Composzil体系，以及由阳离子淀粉与硫酸铝组成的Hydrozil体系，其中Hydrozil体系仅能在碱性条件下使用。

上述各种体系均不能在含磨木浆的配料和高浓度的电荷干扰物质存在时很好地发挥作用。近年来，由于机械浆、胶墨浆和废纸浆的大量使用，使得造纸湿部含有较多的阴离子杂质。微粒助留体系多采用电中和的原理，当体系中阴离子杂质较多时，就难以发挥其效能，虽然能通过添加阴离子捕捉剂消除阴离子的杂质的干扰，但添加阴离子捕捉剂一方面会增加生产成本，另一方面会使得湿部化学的控制复杂化。而且在造纸的湿部化学中，阴离子杂质的来源十分广泛，其波动性很大，也对湿部化学的电荷平衡带来很大麻烦。

PEO/酚醛树脂助留体系是一种新的助留体系，通过聚氧化乙烯（PEO）分子中醚键的氧原子与酚醛树脂（PFR）中的酚羟基产生氢键缔合，形成网状结构，起到絮聚作用。但是PEO/酚醛树脂助留体系也存在着致命的弱点，由于PEO/酚醛树脂助留体系的抗剪切力的能力较差，因此在高速纸机上的推广应用受到了一定的限制。PEO/酚醛树脂助留体系本身也不具备微粒助留体系的一系列优点。

PEO-凹凸棒土和 PEO-膨润土系统是一种新的非离子型微粒助留体系。相比PEO/PFR系统，具有较强的抗剪切性能，使PEO系统应用于实际生产成为了可能。但该系统中凹凸棒土的用量过大,而且该矿物粘土的颜色较深，对成纸的白度影响很大。该系统与PEO/PFR相比有较强的抗剪切能力，可与CPAM-bentonite 相比，抗剪切能力还是稍差一些。而阳离子淀粉-硅溶胶系统却没有白度这方面的影响。

白水全封闭循环是造纸工业实现清洁生产最重要的标志之一，目前造纸工业白水封闭循环体系所面临最大的难题是在白水全封闭循环的条件下，体系内部的阴离子杂质迅速积累，阳离子需求量越来越高，使高分子的聚合物在水中不能伸展出，影响了架桥作用。导致某些阳离子型的助留体系（如CPAM），甚至在上个世纪九十年代才出现的微粒助留体系（如CPAM+膨润土、阳离子淀粉+硅溶胶、阳离子淀粉+聚合氯化铝）的助留效果急剧下降，从而进一步影响到成纸的性能。

我国是一个水资源分布很不均一的国家，水资源的严重短缺，在我国的一些地区如山东已成为制约当地造纸工业经济发展的一个瓶颈，某些地区的水资源已经从一般性的资源转变为战略型的资源。

发明内容

本发明的目的是提供一种造纸用非离子型微粒助留助滤体系及其应用方法用以克服上述体系所存在的种种问题和障碍，在造纸过程中抵抗阴离子杂质的干扰，提高细小纤维和填料的留着率，增加纸机网部的脱水能力，改善纸页的匀度；同时增加白水封闭循环程度，减少造纸的用水量。

为达到上述目的，本发明的造纸用非离子型微粒助留助滤体系是由以下两种组分组成：一种组分为非离子型高分子聚合物，该非离子型高分子聚合物在纸浆中的添加量为绝干浆料重量的0.0025-0.08%；另一种组分为硅酸镁铝凝胶，该硅酸镁铝凝胶在纸浆中的添加量为绝干浆料重量的0.01-2%。

尤其是所述非离子型高分子聚合物为聚氧化乙烯，其平均分子量为100-1300万。

为达到上述目的，本发明的造纸用非离子型微粒助留助滤体系的应用方法按照下述顺序实施：

①将纸浆疏解成浆料悬浮溶液；

②在浆料悬浮液中先加入层状结构的硅酸镁铝凝胶，进行充分搅拌；硅酸镁铝凝胶的添加量为绝干浆料重量的0.01-2%；

③再在浆料悬浮液中加入非离子型高分子聚合物，搅拌均匀，产生絮凝；非离子型高分子聚合物的添加量为绝干浆料重量的0.0025-0.08%；

④经剪切后抄造成纸。

为达到上述目的，本发明的造纸用非离子型微粒助留助滤体系的应用方法还可按照下述顺序实施：

①将纸浆疏解成浆料悬浮溶液；

②在浆料悬浮液中先加入非离子型高分子聚合物，搅拌均匀；非离子型高分子聚合物的添加量为绝干浆料重量的0.0025-0.08%；

③再在浆料悬浮液中加入层状结构的硅酸镁铝凝胶，进行充分搅拌，产生絮凝；硅酸镁铝凝胶的添加量为绝干浆料重量的0.01-2%；

④经剪切后抄造成纸。

本发明与现有的助留助滤体系相比，具有以下的明显优点：

本发明是一种用聚氧化乙烯（PEO）与硅酸镁铝凝胶所组成的非离子型的微粒助留助滤体系，这种助留助滤体系是一种非离子型的微粒助留体系，它不仅可以提高细小纤维和填料的留着率，增加纸机网部的脱水能力，改善纸页的匀度，从而降低生产成本，提高产品质量和产量；而且它具有较强的抵抗造纸过程中阴离子杂质的干扰的能力，在阴离子物质较多的湿部化学体系中仍有较好的助留助滤效果。

本发明的微粒形成方式与原有的阳离子型的微粒助留体系有所不同，它是利用聚氧化乙烯与硅酸镁铝凝胶形成絮凝体系，经剪切后无机填料能与聚氧化乙烯产生再絮聚，形成微粒絮聚结构，硅酸镁铝凝胶既是双元絮聚体系的辅助剂，又是形成微粒再絮聚结构的主要动力源泉。因此在生产中的应用将更加简单易行。

本项发明克服了阴离子杂质的干扰，使造纸工业很容易的实现白水全封闭循环，实现造纸废水的“零排放”。为降低造纸工业用水量，保护生态环境，实现造纸工业的清洁生产作出积极的贡献。

具体实施方式

以下对本发明做进一步说明。

本发明的造纸用非离子型微粒助留助滤体系，由以下两种组分组成：一种组分为非离子型高分子聚合物，该非离子型高分子聚合物在纸浆中的添加量为绝干浆料重量的0.0025-0.08%；另一种组分为硅酸镁铝凝胶，该硅酸镁铝凝胶在纸浆中的添加量为绝干浆料重量的0.01-2%。所述的非离子型高分子聚合物为聚氧化乙烯，其平均分子量为100-1300万。

本发明的造纸用非离子型微粒助留助滤体系的应用方法，是按照下述顺序实施：①将纸浆疏解成浆料悬浮溶液；②在浆料悬浮液中先加入层状结构的硅酸镁铝凝胶，进行充分搅拌；硅酸镁铝凝胶的添加量为绝干浆料重量的0.01-2%；③再在浆料悬浮液中加入非离子型高分子聚合物，搅拌均匀，产生絮凝；非离子型高分子聚合物的添加量为绝干浆料重量的0.0025-0.08%；④经剪切后抄造成纸。或者按照下述顺序实施：①将纸浆疏解成浆料悬浮溶液；

②在浆料悬浮液中先加入非离子型高分子聚合物，搅拌均匀；非离子型高分子聚合物的添加量为绝干浆料重量的0.0025-0.08%；③再在浆料悬浮液中加入层状结构的硅酸镁铝凝胶，进行充分搅拌，产生絮凝；硅酸镁铝凝胶的添加量为绝干浆料重量的0.01-2%；④经剪切后抄造成纸。

关于聚氧化乙烯（PEO）与硅酸镁铝凝胶的添加顺序方面，采用在浆料中先加硅酸镁铝凝胶，后加PEO的方法，助留助滤效果更佳。PEO与硅酸镁铝凝胶能使纸浆纤维和填料产生絮凝反应，形成大的絮聚团，经剪切作用后，形成小的絮聚团，与此同时，浆料中所存在的硅酸镁铝凝胶能与PEO再絮聚，形成微粒絮聚结构，这种微絮聚结构的絮团，可以在提高纸浆的细小纤维和填料的留着率，增加纸机网部的脱水能力的同时，改善纸页的匀度，从而形成一种非离子型的微粒助留助滤体系。这种非离子型的微粒助留助滤体系具有较强的抵抗造纸过程中阴离子杂质的干扰能力，在阴离子物质较多的湿部化学体系中仍有较好的助留助滤效果。

本发明利用聚氧化乙烯和无机填料形成的微粒助留体系，一方面利用聚氧化乙烯这种非离子型的助留剂能抵抗阴离子杂质干扰的特点，另一方面完全保留了原有的微粒助留体系的匀度好、助留、助滤能够适应各种不同操作环境的优点。

本发明在微粒助留体系的形成方式上也有所突破，一般的微粒体系都是先加入阳离子型的聚合物形成大的絮聚团，然后再经剪切后，加入强阴离子型的无机填料，形成微粒絮聚。而本发明的微粒形成是利用聚氧化乙烯与硅酸镁铝凝胶反应，形成大的絮聚团，经剪切后硅酸镁铝凝胶能与PEO再絮聚，形成微粒絮聚结构，硅酸镁铝凝胶既是双元絮体系的辅助剂，又是形成微粒再絮聚结构的主要动力源泉。因此在生产中的应用将更加简单易行。

本发明中的助留助滤体系，用非离子型的聚氧化乙烯（PEO）与硅酸镁铝凝胶在室温条件下，用动态滤水仪（DDJ）模拟纸机湿部系统来检测纸浆的滤水性及纤维细料的留着（或流失）情况，以及改变化学条件、添加不同的化学助剂和无机、有机干扰物质对本体系的影响。

纸浆中细小组分含量的测定：采用与动态滤水实验相似的方法对纸浆进行筛分实验，筛分实验所用纸浆浓度为0.5%，搅拌转速定为1500rpm，以避免纤维之间产生絮聚物，并在高速搅拌下用水冲洗试样，再根据滤液中所含细小组分的量来计算纸浆中细小组分的含量。细小组分含量的计算公式如下：

本实验所用废纸浆的细小组分平均含量为23%左右。

细小组分留着率：是将一定量的浆料和填料及硅酸镁铝凝胶加到动态滤水仪中，先以1500rpm的转速将其混合均匀，再在750rmp的速度下加入PEO，搅拌10s左右后开始接取滤液（在接取之前先放出10ml），30s停止接取，随后称重、过滤、烘干、测灰分（在800°C的马弗炉中灼烧3h），按照TAPPI标准方法计算细料的留着率。TAPPI标准方法为：

其中：W—30秒内收集的滤液重，单位g；

W₁—500ml浆料中全部细小组分的量，单位g；

W₂—30秒内收集的滤液中细小组成分的量，单位g。

滤水性：是将一定量的浆料和硅酸镁铝凝胶加到动态滤水仪中，先以1500rpm的搅拌力将其混合均匀，再在750rpm的速度下加入PEO，搅拌30s后转移到肖伯尔打浆度仪中测打浆度。

实施例1   PEO/硅酸镁铝凝胶对浆料滤水性能的影响

在这里，PEO与硅酸镁铝凝胶的添加顺序采用在浆料中先加硅酸镁铝凝胶，再加PEO的方法。

表1.不同PEO/硅酸镁铝凝胶的添加量对浆料的滤水性能的影响

从表1可以看出，随着PEO 和合成硅酸镁铝凝胶的用量增加，浆料的打浆度下降了，也就是说浆料的滤水性能提高。相比较而言硅酸镁铝凝胶的用量对浆料的滤水性能的影响更大些。

实施例2　　不同PEO的添加量对浆料的留着性能的影响

本实施条例中的硅酸镁铝凝胶的添加量为1%（对绝干浆料），滑石粉的添加量为25%，其浆料的细小组分及填料留着率的结果如表2 所示。

表2.聚氧化乙烯用量对细小组分及填料留着率的影响

聚氧化乙烯用量(%)	细小纤维留着率（%）	滑石料的留着率(%)
			0.0025	35.9	14.5
0.004	58.7	18.3
			0.008	73.4	35.2
0.012	72.8	42.0
			0.016	72.5	46.0
0.02	75.0	56.1

由从表示2可以看到，随着PEO用量的增加，浆料的细小纤维的留着率迅速上升，从58％上升到72％。当PEO用量进一步加大时，细小纤维的留着率基本没有变化。滑石粉的留着率确始终在上升，说明该体系中氧化乙烯的用量和硅酸镁铝凝胶的用量都会对浆料的细小组分及填料的留着率产生很大的影响，在生产中一定要控制两者的添加量。

Claims (4)

1.造纸用非离子型微粒助留助滤体系，其特征是由以下两种组分组成：

一种组分为非离子型高分子聚合物，该非离子型高分子聚合物在纸浆中的添加量为绝干浆料重量的0.0025-0.08%；

另一种组分为硅酸镁铝凝胶，该硅酸镁铝凝胶在纸浆中的添加量为绝干浆料重量的0.01-2%。

2.根据权利要求1所述的造纸用非离子型微粒助留助滤体系，其特征是所述非离子型高分子聚合物为聚氧化乙烯，其平均分子量为100-1300万。

3.造纸用非离子型微粒助留助滤体系的应用方法，其特征是按照下述顺序实施：

①将纸浆疏解成浆料悬浮溶液；

②在浆料悬浮液中先加入层状结构的硅酸镁铝凝胶，进行充分搅拌；硅酸镁铝凝胶的添加量为绝干浆料重量的0.01-2%；

③再在浆料悬浮液中加入非离子型高分子聚合物，搅拌均匀，产生絮凝；非离子型高分子聚合物的添加量为绝干浆料重量的0.0025-0.08%；

④经剪切后抄造成纸。

4.造纸用非离子型微粒助留助滤体系的应用方法，其特征是按照下述顺序实施：

①将纸浆疏解成浆料悬浮溶液；

②在浆料悬浮液中先加入非离子型高分子聚合物，搅拌均匀；非离子型高分子聚合物的添加量为绝干浆料重量的0.0025-0.08%；

③再在浆料悬浮液中加入层状结构的硅酸镁铝凝胶，进行充分搅拌，产生絮凝；硅酸镁铝凝胶的添加量为绝干浆料重量的0.01-2%；

④经剪切后抄造成纸。