CN103384742A - 生产纸制品的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种生产纸制品如纸、纸板和卡板的方法，该方法包括通过加入甲磺酸(MSA)而调节包含至少一种纤维浆料的水性组合物的pH的步骤。

Description

生产纸制品的方法
发明描述
本发明涉及一种制造纸制品如纸、卡片和纸板的方法，该方法包括向包含至少一种纤维浆料的水性组合物中加入甲磺酸(MSA)以设定pH。
本发明进一步涉及甲磺酸在纸制品制造中的用途，更特别是用于设定在纸/纸板机流送中的包含至少一种纤维浆料的水性组合物的pH。
对本发明而言，纸和纸制品指由纤维，更特别是由以化学或机械方式剥离的植物纤维制造的片状制品，其通过通常在加入填料和其它添加剂下使用至少一个网筛使纤维浆料悬浮液脱水而形成。
在现有技术的纸/纸板机上制造纸制品通常包括使纤维浆料悬浮液如化学浆、机械浆和/或废纸悬浮液在至少一个移动的网筛上脱水以形成纸幅。术语纸或纸板机通常包括如下组件：流送系统、流浆箱、网部、压榨部、干部、施胶压榨(表面施胶)、薄膜施胶压榨、平滑圆筒、平滑系统、在线压光机，在线涂布组件和卷绕(aufrollung)。纸制品的制造通常包括表面处理下游步骤(压光、涂布)并包括整饰(辊式切割、格式切割(formatschneiden)、包装)。纸制品制造中所涉及的工艺步骤和设备部件的概述例如描述于“Papiermacher Taschenbuch，第8版，Dr.CurtHaefner-Verlag GmbH，Heidelberg”中。
在流送系统中使纤维浆料悬浮液为网部中的随后纸页成型的机器即用型。例如在其中进行纤维浆料的最后/补偿打浆，调节浆料量和浆料密度以及进行流速的调节。在流送系统中，也可进行填料、操作助剂和/或性能助剂(funktionschemikalien)的计量添加。通常安装的流送系统包括在纸/纸板机的混合槽和纸机浆池与流浆箱之间的所有设备部件和管路。通常也在纸/纸板机的流送系统中设定纤维浆料悬浮液的pH。
在流浆箱中，将具有通常小于1.4%浆料密度的纤维悬浮液施加至至少一个移动的无端网筛(纸机用网)。正如所知晓的一样，在随后网部中，使纤维浆料悬浮液排水至约12-24%的浆料密度(通过施加例如真空或压力增强)，且纤维变得交织在一起而形成仍然湿润的纤维幅(纸页成型)。将该纤维幅用例如引纸毛毯(毛毯纸带(filzband))从该网取出，并通至随后的湿压榨，在其中使浆料密度进一步增加到约50%。
此后，通常将纤维幅在干部使用烘缸干燥。对于某些最终用途，则可以将纸经受进一步的加工步骤(如平滑、涂布、压光)。
除纤维以外，用于纸或纸板制造的纤维浆料悬浮液通常包含填料，更特别是无机填料如碳酸钙、高岭土、二氧化钛、硫酸钡以及多种操作助剂和/或性能助剂如提高纸的亲水性和适印性的施胶剂以及如助留剂、助滤剂、染料、荧光增白剂、湿强度剂、干强度增强剂、消沫剂、杀菌剂。
用于纸制品制造的可能纤维浆料通常为初级纤维浆料以及二次纤维浆料。所用初级纤维浆料更特别是不含磨木浆的纤维浆料，更特别是化学浆如硫酸盐浆(SA)(也称为牛皮浆)、硫酸盐半浆、硬木和/或软木的亚硫酸盐浆(SI)。然而，也可使用含磨木浆的纤维浆料，更特别是机械浆，如磨木浆(HS)(也称为磨石磨木浆SGW)、压力磨石磨木浆(PGW)、盘磨机械浆(RMP)、预热法木片磨木浆(TMP)、预热法木片化学机械浆(CTMP)和利用苛性碱-过氧化物(natronlauge-peroxid)预处理的预热法木片磨木浆(BCTMP)。二次纤维浆料包括再循环至纸/纸板和卡片生产中的各种废纸品种以及脱墨废纸浆(DIP)。DIP通过废纸回收工艺生产，在其中使大部分印刷油墨从纤维浆料悬浮液中除去。在脱墨工艺中，通常使淤浆状的经纤维分离的废纸与苛性碱、水玻璃、络合剂、表面活性剂和过氧化氢混合。印刷油墨从纤维表面分离并通过浮选从纤维浆料悬浮液中除去。
通常也使机械浆，如磨木浆、压力磨石磨木浆、TMP、RMP，以及化学浆在生产过程中和/或在使用前漂白。尽管通常区分氧化漂白段和还原漂白段，但通常将这些漂白段合并为漂白程序。漂白通常包括在碱性条件下用过氧化氢处理。当漂白工艺以碱性阶段结束时，通常必需使纤维浆料悬浮液酸化。为确定纸生产所必需的pH，因此通常必需加入酸以调节pH。
取决于用于纸成型的纤维浆料悬浮液的pH，一般性区分通常包括加入酸性铝盐的常规酸性工艺(pH为4.5-6.8)与pH为6.8-10.8的中性工艺。在中性工艺的理想情况下，使pH调节到7.0-7.5的值。近几十年来，中性工艺已变得越来越成熟，特别是因为它可使碳酸钙(CaCO3)作为填料使用，例如以重质碳酸钙(GCC)或沉淀碳酸钙(PCC)的形式使用。
纤维浆料悬浮液pH对纸生产具有决定性的重要作用并对纸/纸板机的运转性能具有直接影响。高pH导致纤维润胀增加并阻碍纤维浆料悬浮液排水。精确且可靠的pH设定进一步有助于保持纸制品的白度并防止碱导致的返黄。作为纸制品制造的一部分的用来设定pH的合适酸的选择是非常有限。由于要求有效性、价格和稳定性，本领域熟练技术人员从非常有限数目的适合用于纸生产的酸中选择。在现有技术中描述了磷酸或者磷酸和膦酸酯的组合，或者二氧化碳用于设定pH。还已知在纸生产中使用硫酸或者亚硫酸氢盐设定pH。也已记录了可以通过加入电解质如硫酸铝、硝酸铝、聚合氯化铝(PAC)和羟铝基氯化物(aluminum hydroxide chloride)调节纤维浆料悬浮液的pH。
WO 98/56988文献描述了一种使用碱金属氢氧化物和二氧化碳的组合稳定用于纸生产的纸浆悬浮液的pH的方法。
US 2010/0175839文献描述了调节纤维素纸浆悬浮液pH的多阶段方法，其中该纸浆用二氧化碳处理至少两次，用强酸如硫酸、亚硫酸或者亚硫酸氢盐处理至少一次，并且其中包括碳酸盐除去的步骤。
WO 2009/003770文献公开了一个造纸方法，其中使包含机械浆的纤维浆料悬浮液经受酸-碱处理以避免降低亮度。在该方法中，首先将该纤维浆料悬浮液用强酸，更特别是硫酸、亚硫酸、盐酸和亚硫酸氢盐处理，然后用弱碱(如碱金属碳酸氢盐或碱金属碳酸盐)处理。
现有技术使用磷酸和膦酸酯导致了在纸机的各部件中磷酸钙的形成和沉积增加。纸/纸板机因此必需不断空转以允许清洁。
许多现有技术纸机在至多1800米/分钟的非常高的速度和至多1000吨纸/24小时的输出量下运转以提高纸/卡片的产量。纸/纸板机的空转和损纸的产量增加因而是生产方法的效率和经济性的决定性因素。
此外，磷化合物污染造纸厂的废水清洁设备，不像公共的水处理设备一样，其通常不具有除磷段。
将二氧化碳用于纤维浆料悬浮液pH调节的一个具体问题是在白水循环中二氧化碳的除气以及伴随的pH波动。此外，计量加入气态添加剂二氧化碳需要更昂贵的计量设备。
本发明目的是为纸生产中的纤维浆料悬浮液提供一种pH调节添加剂，更特别是一种酸，和/或一种纸生产的改进方法。该方法首先应满足所有废水相关要求和环境要求并提供一种有效、简单和廉价的操作。例如应确保简单计量加料、向纸机的白水/废水中引入最低限度的额外盐含量以及纤维浆料悬浮液的良好排水行为。
已发现令人惊奇地加入甲磺酸(MSA)是调节造纸中的纤维浆料悬浮液pH的一种特别有效的方法。
甲磺酸具有约为-0.6的pKa值并且为一种强酸或者非常强的酸。甲磺酸通常是非氧化性的并且尤以热和水解耐受性著称。例如将甲磺酸用于洗涤和清洁组合物。另外将甲磺酸用于金属涂层用酸性电镀溶液。
本申请涉及一种制造纸制品如纸、卡片和卡板的方法，该方法包括以下步骤：
a)提供包含至少一种纤维浆料的水性组合物；
b)向包含至少一种纤维浆料的水性组合物中加入甲磺酸以调节pH；
c)使包含至少一种纤维浆料的水性组合物排水。
甲磺酸的使用尤其具有如下优点：
甲磺酸易生物降解且不含卤素，因而减轻了生产方法中废水处理的负担。此外，最后在纸/纸板机中没有或极少的磷/磷酸盐。
如果有的话，例如在纸/纸板机的部件中较少的磷酸钙沉积物形成。
由于甲磺酸具有高酸常数，需要加入相对低的量。因此可减少纸制造中生产用水的盐负荷。
改善了制造工艺的经济可行性/效能。
甲磺酸无色无味且可以高纯度获得，所以对制造系统(生产用水、废水、循环水、纸制品)没有外来的影响。因此，甲磺酸特别适合用于食品领域用纸制品(如包装材料)的制造。
甲磺酸具有高热稳定性，低蒸汽压，耐水解性及与水的无限混溶性，所以处理和计量加料简单。
甲磺酸不含卤素且例如与硫酸相比具有最低的腐蚀性。
使用甲磺酸因而能够在制造纸制品的经济性中提供显著改善。
对本发明而言，纸和纸制品指由纤维，更特别是由以化学或机械方式剥离的植物纤维制造的片状制品，其通过通常在加入填料和其它添加剂下使用至少一个网筛使纤维浆料悬浮液脱水而形成。添加剂通常分为操作助剂(如杀菌剂、除气剂、助留剂)和性能助剂(如染料、荧光增白剂、湿强度剂)。对本发明而言，纸和纸制品更特别是印刷纸、办公通讯纸、包装纸、卫生纸和特种纸。对于本发明而言，印刷纸是所有用于在例如柔性版印刷、凸版印刷、胶版印刷或凹版印刷中，例如新闻印刷中的印刷的纸。办公通讯纸是书写、印刷和复印用纸，如影印和数字式印刷用纸。包装纸是指用于包装目的的纸、卡片和卡板，如瓦楞纸板。对本发明而言，卫生纸是具有高比容和高吸收性的纸，其通常在公共厕所或者厨房领域或者在工业领域使用。术语专特种纸为用于特定技术用途的纸和纸板，如装饰纸和滤纸。
纸制品根据其每单位面积的质量可分为纸、卡片或纸板。根据德国标准规格DIN 6730，不大于225g/m2的每单位面积的质量表示纸而在225g/m2以上为纸板。每单位面积的质量为7-150g/m2的纸制品通常也指纸，每单位面积的质量为150-600g/m2为卡板，从600g/m2开始为纸板。卡板和纸板通常由多个层构成。
更特别地，本发明提供了一种如上所述的方法，其中使水性组合物排水的步骤(步骤c)导致纤维幅的形成，该纤维幅在一个或多个其它工艺步骤中压榨和/或干燥。
更特别地，水性组合物为纤维浆料在水中的悬浮液(於浆)。水性组合物可包含其它溶解的、以胶体方式溶解的或固态组分。更特别地，所述组分为本领域熟练技术人员所知并在制造纸制品的过程中使用/产生。
更特别地，纤维浆料可选自：
〃化学浆(ZS)，如硫酸盐浆(SA)(也称为牛皮浆)、硫酸盐半浆、亚硫酸盐浆(SI)；
〃机械浆，如磨木浆(HS)(也称为磨石磨木浆SGW)、压力磨石磨木浆(PGW)、盘磨机械浆(RMP)、预热法木片磨木浆(TMP)、预热法木片化学机械浆(CTMP)、利用苛性碱/过氧化物预处理的预热法木片磨木浆(BCTMP)；
〃二次纤维浆料，如废纸(AP)和脱墨废纸浆(DIP)。
更特别地，所用纤维浆料可为上述漂白和/或未漂白的纸浆和/或硬木或软木的纤维浆料。优选使用山毛榉亚硫酸盐浆和/或长纤维硫酸盐浆。
更特别地，水性组合物包含至少一种选自如下的纤维浆料：硫酸盐浆(SA)、硫酸盐半浆、亚硫酸盐浆(SI)、磨木浆(HS)、压力磨石磨木浆(PGW)、盘磨机械浆(RMP)、预热法木片磨木浆(TMP)、预热法木片化学机械浆(CTMP)、利用苛性碱/过氧化物预处理的预热法木片磨木浆(BCTMP)、废纸(AP)和脱墨废纸浆(DIP)。
在优选实施方案中，所用纤维浆料为至少一种二次纤维浆料，更特别是废纸和/或脱墨废纸浆(DIP)。
更优选地，水性组合物包含至少一种经碱氧化漂白的纤维浆料。
优选地，包含至少一种纤维浆料的水性组合物具有0.01-5%，优选0.1-5%，更优选0.2-1.4%的浆料密度。
包含至少一种纤维浆料(纤维浆料悬浮液)的水性组合物的浆料密度是在组合物中可过滤固体的干质量相对于整个组合物质量的百分比。干质量通常是指绝对干质量或者在标准干燥条件下(烘箱干燥，otro)干燥的干质量。纤维浆料悬浮液的浆料密度的测定描述于例如DIN 54359(EN ISO4119)中。
作为其他组分，水性组分可包含至少一种本领域熟练技术人员所已知的常规添加剂(工艺助剂和性能助剂)。该添加剂可以选自：
工艺助剂，如
〃电解质，如硫酸铝、硝酸铝、聚合氯化铝(PAC)、羟铝基氯化物、无机沉淀剂
〃有机沉淀剂
〃杀菌剂(如粘液菌控制剂)
〃除气剂
〃消泡剂
〃分散剂
〃吸附剂(如滑石)
〃固定剂(如短链阳离子聚合物)
〃助留剂(如长链阴离子和阳离子聚合物，还有部分交联的)
〃排水促进剂
和性能助剂，如
〃染料
〃荧光增白剂
〃内部施胶剂(松香胶、AKD、ASA、聚合物胶)
〃表面施胶剂
〃湿强度剂
〃干强度剂
〃内部湿纸幅强度聚合物(inter wet web strength polymer)(IWWS)
更特别地，水性组合物额外包含至少一种选自硫酸铝、硝酸铝、聚合氯化铝(PAC)、羟铝基氯化物、有机沉淀剂、杀菌剂、除气剂、消沫剂、分散剂、吸附剂、固定剂、助留剂、排水促进剂、染料、荧光增白剂、内部施胶剂、湿强度剂、干强度增强剂和内部湿纸幅强度聚合物(IWWS)的其他添加剂。
优选地，水性组合物额外包含至少一种选自重质碳酸钙(GCC)、沉淀碳酸钙(PCC)、高岭土、二氧化钛和硫酸钡，更优选选自重质碳酸钙(GCC)和沉淀碳酸钙(PCC)的无机填料。
更特别地，调节包含至少一种纤维浆料的水性组合物的pH通过加入甲磺酸直至达到所需pH值或实现所需pH范围而进行。本领域熟练技术人员熟知pH控制的常用方法。所加甲磺酸量取决于包含至少一种纤维浆料的水性组合物的类型和其原始pH以及所需pH目标值。
调节包含至少一种纤维浆料的水性组合物的pH可通过加入包含甲磺酸的酸混合物而进行。还可以使用甲磺酸和二氧化碳的混合物，或者含有甲磺酸和二氧化碳的酸混合物。更特别地，加入甲磺酸作为唯一酸以调节和/或稳定pH。还可以通过额外加入该领域熟练技术人员所已知的碱以调节/调整水性组合物的pH。
更特别地，本发明提供了一种如上所述制造纸制品的方法，其中将包含至少一种纤维浆料的水性组合物的pH调节至4-11，更特别是4.5-6.8，更特别是6.8-10.8的值。
当本发明的方法涉及一种使用酸法制造纸制品的方法时，特别通过加入甲磺酸设定4.5-6.8的pH。当本发明的方法涉及一种使用所谓的中性法(通常用碳酸钙作为填料)制造纸制品的方法时，优选将包含至少一种纤维浆料的水性组合物的pH调节至6.8-10.8，更特别是7.0-7.5。
本申请中所述用于制造纸制品的方法可以包含其他纸/纸板生产的常见工艺步骤，例如包括纤维浆料的分散、选料、打浆在内的浆料制备中步骤，干燥的下游步骤，如压光、涂布、切割，以及与整饰相关的步骤。
向包含至少一种纤维浆料的水性组合物中加入甲磺酸可在一个或多个不同的纸制品制造工艺的工段中进行。更特别地，向包含至少一种纤维浆料的水性组合物中加入甲磺酸在纸机流送中进行。
对本发明而言，安装的流送系统包括在纸/纸板机的混合槽和纸机浆池与流浆箱之间的所有设备部件和管路。在流送系统中使纤维浆料悬浮液为网部中的随后纸页成型的机器即用型。例如在其中进行纤维浆料的最后/补偿打浆，调节浆料量和浆料密度以及进行流速的调节。更特别地，在纸/纸板机的流送系统中，将包含至少一种纤维浆料的水性组合物(纤维浆料悬浮液)由约3-5%浆料密度(稠浆料)均匀稀释至约0.2-1.4%浆料密度。此外，可从纤维浆料悬浮液中清洁出纤维束、沙、塑料等。更特别地，这在例如通过离心机、压力和/或振动筛的所谓的浆料细筛进行。在流送系统中，也可加入填料、操作助剂和/或性能助剂。通常也在纸/纸板机的流送系统中设定纤维浆料悬浮液的pH。
特别优选在包含至少一种纤维浆料的水性组合物的浆料细筛之前、之后和/或之中加入甲磺酸以调节pH。更特别地，浆料细筛使用常见筛分组件，例如离心机、压力和/或振动筛进行。优选在最后的筛分组件之前在流浆箱之前加入甲磺酸。
本发明方法通常可用于制造任意本领域熟练技术人员已知的纸制品。更特别地，本发明方法涉及选自印刷纸、办公通讯纸、包装纸、卡片、纸板、卫生纸和特种纸的纸制品的制造，优选制造印刷纸或办公通讯纸的方法。在优选实施方案中，本发明提供了一种制造纸制品的方法，其中该纸制品为食品领域用包装材料。
本申请还涉及甲磺酸在纸制品的制造中的用途。
更特别地，本发明所提供的甲磺酸在纸制品的制造中的用途包括调节包含至少一种纤维浆料的水性组合物的pH。
更特别地，本发明提供了甲磺酸在工业常见纸和/或纸板机上制造纸制品中的用途。优选地，甲磺酸的用途包括调节纸和/或纸板机流送中的包含至少一种纤维浆料的水性组合物的pH。甲磺酸可更优选在流浆箱之前使用。
更特别地，本发明提供了甲磺酸在选自印刷纸、办公通讯纸、包装纸、纸板、卡片、卫生纸和特种纸，更特别是食品领域用包装材料的纸制品的制造中的用途。

Claims (15)

1.一种制造纸制品的方法，包括以下步骤：
a)提供包含至少一种纤维浆料的水性组合物；
b)向包含至少一种纤维浆料的水性组合物中加入甲磺酸以调节pH；
c)使包含至少一种纤维浆料的水性组合物排水。
2.根据权利要求1的方法，其中使所述水性组合物排水的步骤(步骤c)导致纤维幅的形成，使该纤维幅在一个或多个其它工艺步骤中压榨和/或干燥。
3.根据权利要求1或2的方法，其中所用纤维浆料为至少一种选自如下的纤维浆料：硫酸盐浆(SA)、硫酸盐半浆、亚硫酸盐浆(SI)、磨木浆(HS)、压力磨石磨木浆(PGW)、盘磨机械浆(RMP)、预热法木片磨木浆(TMP)、预热法木片化学机械浆(CTMP)、利用苛性碱/过氧化物预处理的预热法木片磨木浆(BCTMP)、废纸(AP)和脱墨废纸浆(DIP)
4.根据权利要求1-3中任一项的方法，其中所述水性组合物包含至少一种已经碱氧化漂白的纤维浆料。
5.根据权利要求1-4中任一项的方法，其中使用至少一种二次纤维浆料。
6.根据权利要求1-5中任一项的方法，其中所述包含至少一种纤维浆料的水性组合物具有0.01-5%的浆料密度。
7.根据权利要求1-6中任一项的方法，其中所述水性组合物额外包含至少一种选自硫酸铝、硝酸铝、聚合氯化铝(PAC)、羟铝基氯化物、有机沉淀剂、杀菌剂、除气剂、消沫剂、分散剂、吸附剂、固定剂、助留剂、排水促进剂、染料、荧光增白剂、内部施胶剂、湿强度剂、干强度增强剂和内部湿纸幅强度聚合物(IWWS)的其他添加剂。
8.根据权利要求1-7中任一项的方法，其中所述水性组合物额外包含至少一种选自重质碳酸钙(GCC)、沉淀碳酸钙(PCC)、高岭土、二氧化钛和硫酸钡的无机填料。
9.根据权利要求1-8中任一项的方法，其中将包含至少一种纤维浆料的水性组合物的pH调节至4-11的值。
10.根据权利要求1-9中任一项的方法，其中向包含至少一种纤维浆料的水性组合物中加入甲磺酸的步骤在纸机流送中进行。
11.根据权利要求1-10中任一项的方法，其中所述纸制品选自印刷纸、办公通讯纸、包装纸、纸板、卡片、卫生纸和特种纸。
12.根据权利要求1-11中任一项的方法，其中所述纸制品为食品领域用包装材料。
13.甲磺酸在纸制品的制造中的用途。
14.根据权利要求13的用途，其中甲磺酸的用途包括调节包含至少一种纤维浆料的水性组合物的pH。
15.根据权利要求13或14的用途，其中甲磺酸的用途包括调节纸和/或纸板机流送中的包含至少一种纤维浆料的水性组合物的pH。
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