CN103981755A - 一种用于废纸浆的助留助滤剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于废纸浆的助留助滤剂的制备方法：将矿物土原土用热水洗涤，再用硫酸在加热条件下搅拌处理，过滤后用清水洗涤并干燥，然后煅烧活化得到精制矿物土；取精制矿物土以阳离子表面活性剂为改性剂制备阳离子改性有机矿物土。相对于浆料中绝干纤维质量的百分数，0.25～1.0％的PAC与0.5～2.5％的所述阳离子改性的有机矿物土组成PAC‐有机硅藻土二元助留助滤剂。应用本发明二元助留助滤剂能够显著改善浆料的滤水性能，对细小组分及填料有良好的留着效果，浆料中的填料和细小组分留着率约为83～84％，60s时的滤液质量可达到302～303g。

Description

一种用于废纸浆的助留助滤剂的制备方法

技术领域

本发明涉及一种助留助滤剂，特别是涉及一种应用于废纸浆的助留助滤剂的制备方法，属于造纸化学品领域。

背景技术

纸页的形成是纸料各组分在抄纸网上脱水形成以纤维交织层为骨架结构的湿纸幅的过程。网上的浆料一部分留在网上构成湿纸幅，另一部分则会滤出抄纸网随白水流失。废纸经多次回用后，细小纤维含量往往高于其它纸浆；为降低造纸的成本，改善纸张品质，在配浆段一般都会添加大量的填料；纸机车速的提高、纸浆本身以及配料过程中白水带入的某些离子性杂质，因此，为获得高的留着率同时提高滤水速率，在纸页形成过程中需要加入一定量的助留助滤剂。对于含有较多阴离子干扰物的废纸纸浆，则更需开发一种针对性高、效果显著的助留助滤剂。

目前造纸工业中较常见的单元助留助滤剂主要是高分子量、低电荷密度的阳离子聚合物，如阳离子或两性聚丙烯酰胺、阳离子淀粉等；双元助留助滤剂则是利用阴、阳两种助剂进行协调发挥助留助滤效果。微粒助留助滤剂是比较新兴的一类产品，包括非离子微粒、阴离子微粒和阳离子微粒。可经过改性或聚合后单独使用，如专利CN200510061513.4、CN200510063580.X以及CN02137298.5和CN20041002138.4；也可不经过改性直接与高分子聚合物配合使用，如专利CN200710070340.1、CN200410060676.6以及CN200910013914.0。

上述已有专利存在的突出问题是助留助滤剂的单程留着率不高，如专利CN200410060676.6的留着率仅为60％左右，而且大部分专利中的产品仅能某一种浆料有较好的助留助滤效果，应用于废纸浆浆料效果则会大打折扣。即使是针对100％脱墨废纸浆开发的二元或三元助留助滤剂，如专利CN200810025647.4，利用CaCO₃配合各类阳离子化合物作为助留助滤剂，从其实施案例的数据看留着率分别为59.58％、60.73％、57.67％和59.38％，其助留助滤效果仍有待进一步提高。

发明内容

本发明目的是提供一种可提高废纸浆浆料中细小纤维组分的留着率，改善浆料的滤水性能用于废纸浆浆料的助留助滤剂的制备方法。

为解决废纸纸浆含有较多阴离子干扰物的问题，考虑将矿物土先经过阳离子化的处理，然后再与阳离子化合物聚合氯化铝(PAC)协同作用，组成阳离子有机微粒‐阳离子聚合物类的二元助留助滤剂，作为废纸浆专用的高效助留助滤剂，此类助留助滤体系在当前的文献资料中尚无详细的制备及应用报道。阳离子改性有机矿物土并非是线型的高聚物，其发挥作用主要依靠电中和以及脱水机理，阳离子微粒起到了位阻剂(blocking agent)的作用；PAC是一种常见的阳离子化合物，在造纸工业中常用作纸浆处理的阴离子杂质捕集剂，在较宽的pH值范围内都可以保持较高的阳电荷密度，对纸浆中的阴离子杂质和细小纤维、填料有良好的吸附效果。两者组成的阳离子有机微粒‐阳离子聚合物类的二元助留助滤剂应用于废纸浆浆料的助留助滤将会有良好的效果。

一种用于废纸浆的助留助滤剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将矿物土原土用70℃～90℃热水洗涤，再用质量浓度为20％～40％硫酸在70℃～90℃下搅拌处理6～24h，过滤得到酸化处理的矿物土，再将所述酸化处理的矿物土用清水洗涤，干燥，之后在200℃～500℃条件下煅烧活化1h～3h，得精制矿物土；所述矿物土原土为硅藻土、膨润土、滑石粉或坡缕石；

(2)以质量份数计，将精制矿物土100份、阳离子表面活性剂1～10份和水100～500份混合，温度30℃～70℃及转速500r/min～1500r/min条件下处理6～12h，抽滤，去除液体，用水洗涤剩余固体，再将固体干燥并磨碎，过200目～400目筛，得到阳离子改性的有机矿物土；所述阳离子表面活性剂为碳原子数为12～18的烷基卤化铵；

(3)相对于浆料中绝干纤维质量的百分数，0.25～1.0％的聚合氯化铝PAC与0.5～2.5％的所述阳离子改性的有机矿物土组成PAC‐有机硅藻土二元助留助滤剂。

优选地，所述烷基卤化铵为十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基氯化铵或十八烷基三甲基溴化铵。

所述煅烧的温度为350℃～450℃。以质量份数计，所述阳离子表面活性剂的用量为1～5份。所述矿物土原土与热水的质量比为1:1～5。所述矿物土原土与硫酸的质量比为1:0.5～1:1.5。所述酸化处理的矿物土用清水洗涤的次数为3～5次；所述用水洗涤剩余固体的次数为3～5次。

所述的阳离子改性矿物土与PAC组成二元助留助滤体系，应用于废纸浆浆料中细小组分的留着及水分的滤除。所述助留助滤剂加入加填量为20～30％的废纸浆浆料中，先加入PAC，混合均匀后加入阳离子改性的有机矿物土。

本发明中，加填就是在纸料的纤维悬浮液中加入不溶于水或微溶于水的白色矿物质微细颜料，使制得的纸张具有不加填时难以具备的某些性质。造纸中的“加填量”是指加入的填料质量占纸浆浆料中纤维绝干质量的百分比。不同纸种的加填量，少的在2％以下，高的达到40％，多数纸种为10～25％。加填量为20～30％属于高加填量的范围。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明所制备的PAC‐阳离子改性矿物土二元助留助滤剂应用于废纸浆浆料，可以显著提高细小组分和填料的留着，改善浆料的滤水性能；

(2)本发明为阳离子表面活性剂改性矿物土及利用提供了一个具体的应用方向，同时还能创造一定的经济效益；

(3)本发明工艺精炼，方法简单，易于制备。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述，但仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。其他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、结合、简化，均为等效形式，同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

(1)将100g坡缕石用500g70℃热水洗涤，再用50g40％的硫酸在80℃下搅拌处理6h，过滤得到酸化处理的矿物土，再将上述酸化处理的坡缕石用清水洗涤3～5次并干燥，之后在450℃条件下煅烧活化2h，得到精制坡缕石；

(2)将精制坡缕石100份、阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵5份、水500份混合，在温度50℃及转速1500r/min条件下处理12h，抽滤、去除液体，用水洗涤剩余固体3～5次，再将固体干燥并磨碎，过200目筛，得到阳离子改性的有机矿物土，该阳离子改性的有机矿物土编号1#；

(3)向加填量为30％的废纸浆浆料中加入为0.25％的聚合氯化铝PAC，混合均匀后加入0.5％的步骤(2)中制得的阳离子改性的有机矿物土，阳离子改性矿物土与PAC组成PAC‐有机硅藻土二元助留助滤体系，填料及助剂用量均为相对于浆料中绝干纤维质量的百分数。

实施例2

(1)将100g滑石粉用200g90℃的热水洗涤，再用100g25％的硫酸在70℃下搅拌处理24h，过滤得到酸化处理的矿物土，再将上述酸化处理的滑石粉用清水洗涤3～5次，干燥，之后在400℃条件下煅烧活化3h，得精制滑石粉；

(2)将精制滑石粉100份、阳离子表面活性剂十二烷基三甲基溴化铵5份、水300份混合，在温度70℃及转速1000r/min条件下处理10h，抽滤后去除液体，用水洗涤剩余固体3～5次，再将固体干燥并磨碎，过200目筛，得到阳离子改性的有机矿物土，该阳离子改性的有机矿物土编号2#。

(3)向加填量为30％的废纸浆浆料中加入为0.5％的聚合氯化铝PAC，混合均匀后加入1.5％的步骤(2)中制得的阳离子改性的有机矿物土，阳离子改性矿物土与PAC组成PAC‐有机硅藻土二元助留助滤体系，填料及助剂用量均为相对于浆料中绝干纤维质量的百分数。

实施例3

(1)将100g膨润土用250g70℃热水洗涤，再用100g30％的硫酸在70℃下搅拌处理10h，过滤得到酸化处理的膨润土，再将上述酸化处理的膨润土用清水洗涤3～5次，干燥，之后在450℃条件下煅烧活化2h，得到精制膨润土；

(2)将精制膨润土100份、阳离子表面活性剂十二烷基三甲基氯化铵3份、水200份混合，在温度40℃及转速1500r/min的条件下处理12h，抽滤，去除液体，用水洗涤剩余固体3～5次，再将固体干燥并磨碎，过200目筛，得到阳离子改性的有机矿物土，该阳离子改性的有机矿物土编号3#。

(3)向加填量为30％的废纸浆浆料中加入为1.0％的聚合氯化铝PAC，混合均匀后加入2％的步骤(2)中制得的阳离子改性的有机矿物土，阳离子改性矿物土与PAC组成PAC‐有机硅藻土二元助留助滤体系，填料及助剂用量均为相对于浆料中绝干纤维质量的百分数。

实施例4

(1)将100g硅藻土用500g温度为70℃的热水洗涤，再用150g30％的硫酸在70℃下搅拌处理8h，过滤得到酸化处理的硅藻土，再将上述酸化处理的硅藻土用清水洗涤3～5次，干燥，之后在400℃条件下煅烧活化1h，得到精制硅藻土；

(2)将精制硅藻土100份、阳离子表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵5份、水400份混合，在温度30℃及转速500r/min条件下处理12h，抽滤然后去除液体，用水洗涤剩余固体3～5次，再将固体干燥并磨碎，过200目筛，得到阳离子改性的有机矿物土，该阳离子改性的有机矿物土编号4#。

(3)向加填量为30％的废纸浆浆料中加入为0.25％的聚合氯化铝PAC，混合均匀后加入1.5％的步骤(2)中制得的阳离子改性的有机矿物土，阳离子改性矿物土与PAC组成PAC‐有机硅藻土二元助留助滤体系，填料及助剂用量均为相对于浆料中绝干纤维质量的百分数。

二元助留助滤剂的应用

以混合办公废纸MOW为实验对象，经过碎浆、浮选和洗涤得到MOW废纸浆浆料(浆料处理方法参考文献：崔春亮等，《表面活性剂对旧新闻纸胶黏物和油墨去除效果的研究》，造纸科学与技术)，对本发明各实施例所制备的PAC‐阳离子改性有机矿物土二元助留助滤剂进行助留助滤性能测定实验。

助留助滤性能通过浆料中细小组分的留着率FPR和滤出水分的质量来表征(方法参考文献：陶正毅《木薯渣功能衍生物的合成、表征及助留助滤性能研究》)。具体实验操作步骤如下：

取质量浓度为0.5％的上述MOW废纸浆浆料500ml，添加相对纸浆绝干浆质量30％的CaCO₃填料，搅拌均匀后转移至DDJ滤水罐中，加入助剂并开启搅拌器，搅拌30s后打开排水阀门并收集所有滤液并稀释至500g，记下60s时滤液的质量。从稀释后滤液中取25g并测定滤液浓度。

滤出水分的质量以60s时滤液的质量来表示；细小组分单程留着率是指在网上的细小组分和填料与浆料中总细小组分和填料的质量百分比，通过如下公式计算得到：

$\mathrm{FPR}=(1-\frac{50w^{\′}\×500/25}{m_1+m_2})\×100\%$

式中：m₁—为细小纤维的质量；

m₂—浆料中填料的质量；

w＇—实验测得的滤液的质量百分数。

实验结果汇总于表1中。

表1二元助留助滤剂的应用效果

表1中的对照实验为有机改性矿物土(1#，用量0.5％)先加，PAC(用量0.25％)后加；除两个组分加入顺序调换外其它实验操作保持一致；

空白实验1是指不加CaCO₃填料、亦不加助留剂的情形；

空白实验2是指只加CaCO₃填料，不加助剂的情形；CaCO₃填料的用量是指其加入的质量相对于纸浆中纤维绝干质量的百分比，实验中的加入量均为30％。

从表1的数据可以看出，若不添加助留助滤剂，只加填料CaCO₃(空白实验2)，浆料中的填料和细小组分留着率仅为43.61％，60s时的滤液质量为255.79g；从对照实验与1#助剂的应用效果对比可以看出，两种组分的加入顺序对助留助滤效果影响差别较小，因此在实际生产中可不必严格控制，放宽了应用的条件限制；加入本发明制备的PAC‐阳离子改性矿物土二元助留助滤剂则可将留着率提高到83～84％，60s时的滤液质量为302～303g，相比专利CN200810025647.4(针对100％脱墨废纸浆开发的产品)仅为60％左右的留着率有相当大程度的提高。本发明制备的二元助留助滤剂工艺简单，能够适应阴离子杂质含量高的应用环境，显著改善浆料的滤水性能，对细小组分及填料有良好的留着效果。

Claims (8)

1.一种用于废纸浆的助留助滤剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)将矿物土原土用70℃～90℃热水洗涤，再用质量浓度为20％～40％硫酸在70℃～90℃下搅拌处理6～24h，过滤得到酸化处理的矿物土，再将所述酸化处理的矿物土用清水洗涤，干燥，之后在200℃～500℃条件下煅烧活化1h～3h，得精制矿物土；所述矿物土原土为硅藻土、膨润土、滑石粉或坡缕石；

(2)以质量份数计，将精制矿物土100份、阳离子表面活性剂1～10份和水100～500份混合，温度30℃～70℃及转速500r/min～1500r/min条件下处理6～12h，抽滤，去除液体，用水洗涤剩余固体，再将固体干燥并磨碎，过200目～400目筛，得到阳离子改性的有机矿物土；所述阳离子表面活性剂为碳原子数为12～18的烷基卤化铵；

(3)相对于浆料中绝干纤维质量的百分数，0.25～1.0％的PAC与0.5～2.5％的所述阳离子改性的有机矿物土组成PAC‐有机硅藻土二元助留助滤剂。

2.根据权利要求1所述的用于废纸浆的助留助滤剂的制备方法，其特征在于，所述烷基卤化铵为十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基氯化铵或十八烷基三甲基溴化铵。

3.根据权利要求1所述的用于废纸浆的助留助滤剂的制备方法，其特征在于，所述煅烧的温度为350℃～450℃。

4.根据权利要求1所述的用于废纸浆的助留助滤剂的制备方法，其特征在于，以质量份数计，所述阳离子表面活性剂的用量为1～5份。

5.根据权利要求1所述的用于废纸浆的助留助滤剂的制备方法，其特征在于，所述矿物土原土与热水的质量比为1:1～5。

6.根据权利要求1所述的用于废纸浆的助留助滤剂的制备方法，其特征在于，所述矿物土原土与硫酸的质量比为1:0.5～1:1.5。

7.根据权利要求1所述的用于废纸浆的助留助滤剂的制备方法，其特征在于，所述助留助滤剂加入加填量为20～30％的废纸浆浆料中，先加入PAC，混合均匀后加入阳离子改性的有机矿物土。

8.根据权利要求1所述的用于废纸浆的助留助滤剂的制备方法，其特征在于，所述酸化处理的矿物土用清水洗涤的次数为3～5次；所述用水洗涤剩余固体的次数为3～5次。