CN103437228A - 一种可在高浓碎浆过程中减少废纸纤维损伤的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可在高浓碎浆过程中减少废纸纤维损伤的方法，属于制浆造纸技术领域。包括以下步骤：（1）控制废纸浆料碎浆的浓度；（2）将化学药品添加到经步骤（1）处理后的废纸浆中搅拌均匀；（3）控制经步骤（2）处理后的废纸浆的碎浆温度；（4）分段碎浆，得到碎浆后的废纸纤维。本发明制备在短程序碎浆过程中结合化学作用、机械作用和热能作用，解决了废纸纤维在回用过程中纤维润胀性能、纸页强度性能下降等问题，提高了废纸纤维回用潜能，为我国造纸工业的可持续发展提供了有利方式。
Description
技术领域
本发明涉及制浆造纸技术领域，特别涉及废纸制浆造纸工艺方法。
技术背景
随着保护森林资源、发展低碳经济的需要，充分的、科学的、合理的使用废纸纤维势在必行。用廉价的废纸作为制浆造纸原料，部分或者全部代替原生浆，既变废为宝、节约资源，又减少环境污染，且工艺条件简单，有助于缓解植物资源匮乏和能源紧缺的问题，对于实现我国造纸工业的可持续发展和保护生态环境起到了重要作用。
然而当前废纸纤维的质量日趋下降，主要是回用纤维较之于原生纤维，就纤维本身而言，无论是其外部结构或是内部结构都产生了不利于抄造的种种现象，诸如纤维表面变得光滑僵硬、难以再细纤维化，纤维内部胞腔封闭、树脂外溢造成纤维润胀性能下降等等，这样的纤维如果不进行适宜的处理就直接利用，抄造出来的纸页疏松、粗糙，纸页物理性能差，且这种性能降低在后续的纤维回用过程中逐渐恶化，甚至使废纸纤维丧失造纸能力。因此，其性能的衰变严重的制约了废纸纤维的循环利用。
碎浆是废纸制浆工艺过程中最关键的一步。废纸碎浆的主要作用是使原先交织成纸页的纤维最大限度的离解成单根纤维而又最大限度的保持纤维原有的形态和强度。目前中高浓碎浆是废纸制浆的主流发展方向，带有螺旋转子的新型碎浆机在高浓条件下虽然可以兼顾实现节约能量，提高产率的功能；但是在进行高浓碎浆的过程中，由于浓度的提高意味着含水量的降低，而较低的水含量不利于纤维充分的润胀，纤维润胀能力的降低会使纤维间的结合能力降低，严重影响纸张的抄造和成纸质量。因此，研究探索碎浆工艺条件和方法，可以提高废纸纤维的润胀能力，增强废纸纤维的回用品质和回用次数，这对于我国造纸工业的可持续发展具有重要意义。
发明内容
为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种在高浓碎浆过程中减缓废纸纤维性能损伤的方法，提高废纸纤维回用品质，增加废纸纤维回用次数。
本发明的目的通过以下技术方案实现：在高浓碎浆过程中减缓对废纸纤维损伤的处理方法,改善纤维的润胀性能和纤维间的结合能力，从而提高纤维的成纸强度，包括以下步骤：
（1）将废纸浆料加入碎浆机中，并控制浆浓；
（2）向经过步骤（1）处理的废纸浆料中加入化学药品，搅拌均匀，同时控制碎浆温度；
（3）对经过步骤（2）处理的废纸浆料进行分段碎浆，得到碎浆后的废纸纤维。
上述方法中，步骤（1）中所述废纸浆料为旧瓦楞箱纸板（OCC）或旧报纸（ONP）。
上述方法中，步骤（1）中所述浆浓为10wt%～16wt%。
上述方法中，步骤（2）所述化学药品为氢氧化钠(NaOH)和十六烷三甲基氯化铵，化学药品的用量为：氢氧化钠(NaOH)用量为废纸浆料绝干重量的1wt%～5wt%，十六烷三甲基氯化铵用量为废纸浆料绝干重量的0.1wt%～0.5wt%。
上述方法中，步骤（2）所述碎浆温度为40℃～50℃。
上述方法中，步骤（3）所述分段碎浆具体为：先以300～700rpm/min的转速碎浆5～10min，后以1200～1600rpm/min的转速碎浆15～30min。
本发明的原理如下：
废纸高浓碎浆过程中，浓度的提高意味着含水量的降低，而较低的水含量不利于纤维充分的润胀；同时废纸纤维润胀性能的降低导致纤维间结合力的下降，因此严重影响纸张的抄造和成纸质量。针对纤维润胀性能，利用十六烷基三甲基氯化铵作为一种长链分子的表面活性剂在碎浆过程中充分与纤维接触并渗透到纤维细胞壁孔隙中，可以有效的防止纤维细胞壁孔隙的关闭，有利于缓解在后续的压榨和干燥过程中纤维细胞壁孔隙发生不可逆关闭；而氢氧化钠是一种良好的润胀剂，水合钠离子首先进入到纤维的无定形区，再“劈开”纤维结晶区，使之游离出更多的羟基，达到纤维内部细纤维化的效果，提高回用纤维的润胀性；同时氢氧化钠处理有利于提高细小纤维的游离度而增强纤维性能。
除此之外，碎浆浓度和转速的提高可以使纤维在单位时间内获得更多的摩擦力和剪切作用，有利于纤维成纸性能的提高；而碎浆温度提高后，废纸被软化，浆料容易吸水润胀和碎解，同时，会使浆料的粘度降低，具有良好的流动性，促进浆料循环，提高碎浆的效果；此外，由于浆料的粘度降低，可使转子所受的阻力减少，动力消耗降低。
因此，本发明采用机械和化学相结合的方法，在传统的碎浆工艺下进行改良。采用高低速分段碎浆工艺既可以有效的碎解纤维，又能降低能耗，同时还能减缓对纤维的切断。一定程度上降低了碎浆过程对废纸纤维的破坏作用，还可以提高纤维成纸强度，改善其回用性能。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
（1）本发明采用表面活性剂作为辅助剂，十六烷基三甲氯化铵作为长链分子在碎浆的过程中充分与纤维接触并渗透到纤维细胞壁孔隙中，防止纤维细胞壁孔隙的关闭，从而使纤维得到更好的润张，进一步达到增加纤维之间结合力和提高纤维性能及其成纸强度。
（2）本发明利用分段碎浆工艺，结合了高低速分段碎浆也就是先采用低速碎浆使得纤维更好的分离，减少对纤维过多的切断，避免了纤维的悬浮液中有过多的纤维碎片对造纸工艺的后续工段带来不利影响。
（3）本发明利用较高的碎浆温度有利于纤维的润胀和化学品的渗透，因此有利于破坏湿强剂与纤维的结合力，对废纸制浆非常有利。
（4）本发明的处理方法操作步骤简单，所需化学药品便宜，所需反应条件温和，不会对环境产生二次污染，可广泛应用一般的造纸厂。
具体实施方式
目前废纸纤维回用于造纸，用得最多的是旧瓦楞箱纸板(OCC)浆和旧报纸(ONP)。以下结合实施例对本发明的具体实施方式作详细描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本实施例取旧瓦楞箱纸板（OCC）作为废纸原料
（1）将废纸浆料（OCC）放入碎浆机中，并控制浆浓为10wt%；
（2）向经过步骤（1）处理的废纸浆料（OCC）中加入用量为废纸浆料（OCC）绝干重量的0.1wt%的十六烷基三甲基氯化铵和用量为废纸浆料（OCC）绝干重量的1wt%的氢氧化钠(NaOH)，搅拌均匀，并控制碎浆温度为40℃；
（3）分段碎浆：
将经过步骤（2）处理的废纸浆料（OCC）先低速（500rpm/min）碎浆5min，再高速（1500rpm/min）碎浆15min，得到OCC废纸纤维（OCC废纸浆）。
表1 本实施例所得OCC废纸浆的测试结果
表1为新型碎浆方式对OCC废纸纤维及其成纸性能的增强作用。从表1中的数据可以看出，与常规的碎浆方法相比，本实施例中纤维平均长度、细小纤维含量、纤维保水值、抗张指数、耐破指数、撕裂指数分别提高7.69%、3.62%、7.38%、6.72%、12.97%、5.88%。（其中常规碎浆工艺为：浆浓10%，室温、时间20min、转速1200rpm/min）。可见经过本发明的改进方法，OCC浆的纤维性能得到了大幅度提高。
实施例2
本实施例取废旧报纸（ONP）作为废纸原料
（1）将废旧新闻纸（ONP）浆料放入碎浆机中，控制浆浓为12wt%；
（2）向经过步骤（1）处理的废旧新闻纸（ONP）浆料中加入用量为废旧新闻纸（ONP）浆料绝干重量的0.3wt%的十六烷基三甲基氯化铵和用量为废旧新闻纸（ONP）浆料绝干重量的3wt%的氢氧化钠(NaOH)，搅拌均匀，并控制碎浆温度为45℃；
（3）分段碎浆：
将经过步骤（2）处理的废旧新闻纸（ONP）浆料先低速（600rpm/min）碎浆7min，再高速（1600rpm/min）碎浆23min，得到ONP废纸纤维（ONP废纸浆）。
表2 本实施例所得ONP废纸浆的测试结果
表2为新型碎浆处理工艺对ONP废纸纤维及其成纸性能的增强作用。从表2中的数据可以看出，与常规的碎浆方法相比，本实施例中纤维平均长度、细小纤维含量、纤维保水值、抗张指数、耐破指数、撕裂指数分别提高了22.45%、16.52%、32.49%、19.03%、8.54%、19.12%（其中常规碎浆工艺为：浆浓10%，室温、时间20min、转速1000rpm/min）。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
成本分析
采用本发明的碎浆方法来处理一吨废纸的费用分析见表3。
表3本发明方法处理每吨废纸浆（以绝干浆计算）费用分析
由表1～表3结果可知，本发明所采用的化学药品对纤维的润胀性能和成纸强度有显著的提升，且用量相对少，成本低，具有良好的经济、环境和社会效益，具有广阔的市场应用价值。
Claims (6)
1.一种可在高浓碎浆过程中减少废纸纤维损伤的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将废纸浆料加入碎浆机中，并控制浆浓；
（2）向经过步骤（1）处理的废纸浆料中加入化学药品，搅拌均匀，同时控制碎浆温度；
（3）对经过步骤（2）处理的废纸浆料进行分段碎浆，得到碎浆后的废纸纤维。
2.根据权利要求1所述的一种可在高浓碎浆过程中减少废纸纤维损伤的方法， 其特征在于，步骤（1）中所述废纸浆料为旧瓦楞箱纸板（OCC）或旧报纸（ONP）。
3.根据权利要求1所述的一种可在高浓碎浆过程中减少废纸纤维损伤的方法，其特征在于，步骤（1）中所述浆浓为10 wt%~16 wt%。
4.根据权利要求1所述的一种可在高浓碎浆过程中减少废纸纤维损伤的方法，其特征在于，步骤（2）所述化学药品为氢氧化钠(NaOH)和十六烷三甲基氯化铵，化学药品的用量为：氢氧化钠(NaOH)用量为废纸浆料绝干重量的1 wt%~5 wt%，十六烷三甲基氯化铵用量为废纸浆料绝干重量的0.1 wt%~0.5 wt%。
5.根据权利要求1所述的一种可在高浓碎浆过程中减少废纸纤维损伤的方法，其特征在于，步骤（2）所述碎浆温度为40℃~50℃。
6.根据权利要求1所述的一种可在高浓碎浆过程中减少废纸纤维损伤的方法，其特征在于，步骤（3）所述分段碎浆具体为：先以300~700rpm/min的转速碎浆5~10min，后以1200~1600rpm/min的转速碎浆15~30min。
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