CN110105790A - 造纸填料预处理装置及处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于造纸技术领域，具体涉及造纸填料预处理装置及处理方法。该装置包括依次采用料管连通的第一静态混合器、反应器和第二静态混合器，所述反应器出口处设置有填料分类装置；所述填料分类装置包括多级振动筛、粒径检测装置和灰分测定仪；采用该装置的处理方法包括填料稀释、填料包覆、小粒径填料再包覆、预处理填料泵出、填料粒径校正和超大填料循环利用。该装置结构简单，使用便捷，填料颗粒用絮凝剂充分包裹，且有效调整填料粒径；采用该设备的填料颗粒细微度、均匀度良好，提高了絮凝剂与颗粒结合的强度，提高造纸填料在纸料上的留着率；提升原纸灰分，降低生产成本。
Description
技术领域
本发明属于造纸技术领域，具体涉及造纸填料预处理装置及处理方法。
背景技术
造纸填料是一种颗粒细小的白色颜料，是造纸中用量仅次于纸浆纤维的原料，其用量可占纸料组分的20％—40％。纸张加填可以缓解纤维资源短缺的压力，有效降低造纸的原料成本，同时改善纸张的表面性能和印刷效果，提高纸张的经济价值。但采用传统的加填工艺，由于填料与纤维之间缺乏结合力，纸张中的填料含量越高，纸张纤维间的结合力所受影响越大，造成纸张强度的下降越明显；另外，纸张中填料含量增加，一般同时导致滤水过程中的填料的留着低下，引起施胶障碍、纸机磨蚀和纸品掉毛掉粉等一系列问题。为了既提高纸张的灰分含量又避免高加填对纸张物理性能的不良影响，造纸工作中提出了多种填料改性技术，主要包括填料预絮聚技术、填料表面改性技术、功能性及多孔填料的合成基础、纤维细胞腔加填技术等。
填料预絮聚技术是指在抄纸过程中将填料和絮凝剂预先进行混合"然后将产生的填料絮聚体配入浆料中进行抄纸。填料经过预絮聚之后所形成的较大絮团，易被截留在纸张纤维间；此外，因絮聚而比表面积降低的填料絮团，其妨碍纤维间结合的作用被减弱，因而有利于成纸强度的维持。总之，该技术可提高填料的留着兼顾纸张强度，改善整个抄纸系统的清洁度，具有较强的工业化可操作度。但蓬松的填料絮聚体与纸料纤维间结合较弱，很大程度上限制了纸张强度性能进一步提高；另外，如果填料预絮聚的尺寸过大，会导致纸张匀度变差，将会降低纸张的强度性能。
填料包覆预絮聚技术是在已见报道的填料预絮聚技术的基础上，结合包覆技术提出的一种新颖的填料改性技术；但现有技术中，改性填料需要经干燥等缓解，制得的改性填料并不能直接用于加填。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对上述缺陷，本发明提供一种造纸填料预处理装置及处理方法，该装置结构简单，使用便捷，填料颗粒用絮凝剂充分包裹，且有效调整填料粒径；采用该设备的填料颗粒细微度、均匀度良好，提高了絮凝剂与颗粒结合的强度，提高造纸填料在纸料上的留着率；提升原纸灰分，降低生产成本。
本发明解决其技术问题采用的技术方案如下：
造纸填料预处理装置，包括依次采用料管将第一静态混合器、反应器和第二静态混合器连通，所述第一静态混合器进口处的料管上分别连接有水槽和第一药品箱；所述反应器出口处设置有填料分类装置，所述填料分类装置通过第一管道与第二静态混合器连接；所述第二静态混合器出口通过管道连接有混合泵；所述反应器出口和第二静态混合器进口间连接的第一管道上还设置有第二药品箱，所述第二静态混合器出口处连接有第三药品箱；所述第三药品箱与料管连接处后侧的料管上还设置有第二管道；所述第二管道另一端与反应器连接。
本申请采用的造纸填料预处理装置，增大填料颗粒，阻止灰分提升时的强度损失，小颗粒填料吸附于纤维表面阻碍纤维之间的氢键结合；当填料预处理后，大颗粒的填料提高了纤维之间的接触面积，阻止强度的下降，所得的纸张抗张强度明显提高；采用第一静态混合器，可以将填料和第一絮凝剂预混合，并在反应器中具有足够多的时间充分混合，提高填料的包覆效果，从而提高填料包覆的工作效率，在保证填料与纤维之间的接触面积同时提高纸张的抗张强度。
进一步的，所述填料分类装置包括多级振动筛、粒径检测装置和灰分测定仪，所述多级振动筛设置有供大粒径填料流动的第三管道，所述第三管道上依次设置又灰分测定仪和研磨机，所述研磨机出口设置有与反应器连接的第五管道和与第一药品箱连接的第四管道。通过多级振动筛将大粒径填料进行研磨，并根据其灰分进行测定结果进行分类回收利用，节约生产成本，有利于环保。
造纸填料预处理方法，采用上述设备所述的处理方法包括以下步骤：
步骤a，填料稀释，填料填充在第一静态混合器中，水从水槽中泵入第一静态混合器中，在第一静态混合器中预稀释，并经第一静态混合器输送至反应器中，在反应器中充分稀释；
步骤b，填料包覆，第一絮凝剂从第一药品箱箱中泵入第一静态混合器并进入反应器中，所述填料与第一絮凝剂充分混合，将填料通过絮凝剂包覆；
步骤c，预处理填料泵出，反应器中经过预处理的填料经多级振动筛过滤，进入第二静态混合器中，所述预处理填料从第二静态混合器中进一步进入混合泵；
步骤d，填料粒径校正，进入混合泵的包覆填料，在旋转的混合泵转速下，包覆填料经校正泵出备用。
进一步的，在步骤b填料包覆与步骤c预处理填料泵出之间还包括步骤b1，小粒径填料再包覆，所述反应器中填料包覆后经多级振动筛，若初次包覆的填料粒径过小，并通过粒径检测装置检测粒径大小，从第二药品箱中泵出计算量的第二絮凝剂，第二絮凝剂经第二静态混合器与初次包覆的填料混合，再与从第三药品箱中泵出的第三絮凝剂经第二管道进入反应器，对粒径过小的包覆填料再包覆直至符合包覆填料输出设定值。
进一步的，所述填料预处理方法还包括步骤e，超大填料循环利用，所述多级振动筛过滤剩下的超大填料经第三管道上的灰分测定仪检测出灰分含量并通过研磨机研磨；若灰分含量不小于15％，粉碎后的填料经第五管道进入反应器中；若灰分含量低于15％，粉碎后的填料经过第四管道进入第一药品箱。当灰分含量较少时，体系中第一絮凝剂居多，将研磨后的颗粒进入第一药品箱，可重复利用；当灰分含量高时，即颗粒中填料多，将其研磨后进入反应器中重新絮聚，工艺简单，原料利用率高。
进一步的，所述填料为轻质碳酸钙、滑石粉、高岭土或二氧化钛一种或多种；所述第一絮凝剂为螯合型钛酸酯偶联剂；所述第二絮凝剂为阴离子型絮凝剂，所述第三絮凝剂为阳离子型絮凝剂。
本发明的有益效果是：
1、采用填料处理技术可增大填料颗粒，阻止灰分提升时的强度损失，小颗粒填料吸附于纤维表面阻碍纤维之间的氢键结合；当填料预处理后，大颗粒的填料提高了纤维之间的接触面积，阻止强度的下降，所得的纸张抗张强度明显提高；根据填料分类装置并结合第二管道、第三管道、第四管道、第五管道，根据包覆絮凝剂的填料进行分类，分别形成小粒径填料的再包覆、超大填料的循环利用，节约资源，降低造纸成本。
2、采用上述填料预处理装置的处理方法中，采用多级振动筛过滤出中小粒径、大粒径填料，保证填料颗粒的大小，并通过设置的混合泵进行粒径校正，提高填料颗粒的均匀度，从而保证得到的纸张的匀度。
3、采用的螯合型酞酸酯偶联剂，与填料包覆效果好，可减少第一絮凝剂的使用量；采用的阴离子型絮凝剂和阳离子型絮凝剂相互结合，对小粒径的填料颗粒进行再包覆，其中阴离子型絮凝剂于填料根据同性相斥作用，填料在体系中分散且无絮聚现象，经第二静态混合器分散均匀，并在阳离子絮凝剂作用下、于反应器中絮凝沉降，保证合适的填料粒径，提高造纸性能和工艺的稳定性。
附图说明
通过下面结合附图的详细描述，本发明前述的和其他的目的、特征和优点将变得显而易见。
图1为本发明专利结构示意图；
其中：1为料管，11为第一管道，12为第二管道，13为第三管道，14为第四管道，15为第五管道，2为水槽，31为第一药品箱，32为第二药品箱，33为第三药品箱，4为第一静态混合器，5为反应器，6为填料分类装置，61为多级振动筛，62为粒径检测装置，63为灰分测定仪，7为研磨机，8为第二静态混合器，9为混合泵。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1所示，造纸填料预处理装置包括依次采用料管1连通的第一静态混合器4、反应器5和第二静态混合器8，所述第一静态混合器4进口处的料管1上分别连接有水槽2和第一药品箱31；所述反应器出口处设置有填料分类装置6，所述填料分类装置6通过第一管道11与第二静态混合器8连接；所述第二静态混合器8出口通过管道连接有混合泵9；所述反应器5出口和第二静态混合器8进口间连接的第一管道11上还设置有第二药品箱32，所述第二静态混合器8出口处连接有第三药品箱33；所述第三药品箱33与料管1连接处后侧的料管1上还设置有第二管道12；所述第二管道12另一端与反应器5连接；
所述填料分类装置6包括多级振动筛61、粒径检测装置62和灰分测定仪63，所述多级振动筛61设置有供大粒径填料流动的第三管道13，所述第三管道13上依次设置又灰分测定仪63和研磨机7，所述研磨机7出口设置有与反应器5连接的第五管道15和与第一药品箱31连接的第四管道14。
实施例1：造纸填料预处理方法，采用上述设备所述的处理方法包括以下步骤：
步骤a，填料稀释，轻质碳酸钙填充在第一静态混合器4中，水从水槽2中泵入第一静态混合器4中，在第一静态混合器4中预稀释，并经第一静态混合器4输送至反应器5中，在反应器中充分稀释，填料稀释浓度为30％；
步骤b，填料包覆，螯合型钛酸酯偶联剂从第一药品箱31箱中泵入第一静态混合器4并进入反应器5中，所述轻质碳酸钙与螯合型钛酸酯偶联剂充分混合，将轻质碳酸钙通过螯合型钛酸酯偶联剂包覆，所述螯合型钛酸酯偶联剂用量为填料质量的0.2％，在反应器中转速为1000rpm转速下剪切反应3分钟；
步骤b1，小粒径填料再包覆，所述反应器5中轻质碳酸钙被包覆后经多级振动筛61，若初次包覆的填料粒径过小，即通过粒径检测装置62检测粒径小于10μm时，从第二药品箱32中泵出阴离子聚丙烯酸钠，阴离子聚丙烯酸钠用量为填料轻质碳酸钙质量的0.5％，阴离子聚丙烯酸钠经第二静态混合器8与初次包覆的填料混合，再与从第三药品箱33中泵出的阳离子淀粉经第二管道12进入反应器5，阳离子淀粉用量为轻质碳酸钙用量的0.6％，对粒径过小的包覆填料再包覆直至符合包覆填料输出设定值；
步骤c，预处理填料泵出，反应器5中经过预处理的填料经多级振动筛61过滤，进入第二静态混合器8中，所述预处理轻质碳酸钙从第二静态混合器8中进一步进入混合泵9；
步骤d，填料粒径校正，进入混合泵9的包覆填料，在旋转的混合泵9转速下，包覆填料经校正泵出备用；
步骤e，超大填料循环利用，所述多级振动筛61过滤剩下的超大颗粒粒径超过100μm，经第三管道13上的灰分测定仪检测出灰分含量并通过研磨机7研磨；若灰分含量不小于15％，粉碎后的填料经第五管道15进入反应器5中；若灰分含量低于15％，粉碎后的填料经过第四管道14进入第一药品箱31。
实施例2：造纸填料预处理方法，采用上述设备所述的处理方法包括以下步骤：
步骤a，填料稀释，二氧化钛填充在第一静态混合器4中，水从水槽2中泵入第一静态混合器4中，在第一静态混合器4中预稀释，并经第一静态混合器4输送至反应器5中，在反应器中充分稀释，填料稀释浓度为25％；
步骤b，填料包覆，螯合型钛酸酯偶联剂从第一药品箱31箱中泵入第一静态混合器4并进入反应器5中，所述二氧化钛与螯合型钛酸酯偶联剂充分混合，将二氧化钛通过螯合型钛酸酯偶联剂包覆。所述螯合型钛酸酯偶联剂用量为填料质量的0.25％，在反应器中转速为1000rpm转速下剪切反应3分钟；
步骤b1，小粒径填料再包覆，所述反应器5中二氧化钛被包覆后经多级振动筛61，若初次包覆的填料粒径过小，并通过粒径检测装置62检测粒径小于10μm时，从第二药品箱32中泵出计算量的阴离子聚丙烯酸钠，阴离子聚丙烯酸钠用量为填料二氧化碳质量的0.4％，阴离子聚丙烯酸钠经第二静态混合器8与初次包覆的二氧化钛混合，再与从第三药品箱33中泵出的阳离子聚丙烯酰胺经第二管道12进入反应器5，阳离子聚丙烯酰胺用量为二氧化碳用量的0.4％，对粒径过小的包覆二氧化碳再包覆直至符合包覆填料输出设定值；
步骤c，预处理填料泵出，反应器5中经过预处理的填料经多级振动筛61过滤，进入第二静态混合器8中，所述预处理填料从第二静态混合器8中进一步进入混合泵9；
步骤d，填料粒径校正，进入混合泵9的包覆填料，在旋转的混合泵9转速下，包覆填料经校正泵出备用；
步骤e，超大填料循环利用，所述多级振动筛61过滤剩下的超大填料粒径超过100μm，经第三管道13上的灰分测定仪检测出灰分含量并通过研磨机7研磨；若灰分含量不小于10％，粉碎后的填料经第五管道15进入反应器5中；若灰分含量低于10％，粉碎后的填料经过第四管道14进入第一药品箱31。
根据上述实施例1-2中经预处理制得的造纸填料，以及未处理填料与浆料混合均匀后，获得的纸料浓度稀释成匀0.9％，设定手抄纸的定量为60g/m2，进行抄纸。通过激光扫描、建立分散模型来计算粒径均值，测定主要粒径，用美国TECHNIDYNE的Profile/PlusFormation型号自动匀度测试仪测定纸张匀度，按照国家标准方法GB/T 742-2008检测纸张灰分含量，按照国家标准GB/T 12914-2008、GB/T 2679·5-1995、GB/T 454-2002分别对手抄纸的抗张指数、耐折度、耐破指数进行测定，测定结果如下表所示。
由上表可见经预处理调料制得的纸张抗张强度、耐破强度、耐着度和纸张匀度均比采用未处理填料的得到的纸张均有明显提高。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (6)
1.造纸填料预处理装置，其特征在于：包括依次采用料管(1)将第一静态混合器(4)、反应器(5)和第二静态混合器(8)连通，所述第一静态混合器(4)进口处的料管(1)上分别连接有水槽(2)和第一药品箱(31)；所述反应器出口处设置有填料分类装置(6)，所述填料分类装置(6)通过第一管道(11)与第二静态混合器(8)连接；所述第二静态混合器(8)出口通过管道连接有混合泵(9)；所述反应器(5)出口和第二静态混合器(8)进口间连接的第一管道(11)上还设置有第二药品箱(32)，所述第二静态混合器(8)出口处连接有第三药品箱(33)；所述第三药品箱(33)与料管(1)连接处后侧的料管(1)上还设置有第二管道(12)；所述第二管道(12)另一端与反应器(5)连接。
2.如权利要求1所述的造纸填料预处理装置，其特征在于：所述填料分类装置(6)包括多级振动筛(61)、粒径检测装置(62)和灰分测定仪(63)，所述多级振动筛(61)设置有供大粒径填料流动的第三管道(13)，所述第三管道(13)上依次设置有灰分测定仪(63)和研磨机(7)，所述研磨机(7)出口设置有与反应器(5)连接的第五管道(15)和与第一药品箱(31)连接的第四管道(14)。
3.造纸填料预处理方法，其特征在于，采用上述设备所述的处理方法包括以下步骤：
步骤a，填料稀释，填料填充在第一静态混合器(4)中，水从水槽(2)中泵入第一静态混合器(4)中，在第一静态混合器(4)中预稀释，并经第一静态混合器(4)输送至反应器(5)中，在反应器中充分稀释；
步骤b，填料包覆，第一絮凝剂从第一药品箱(31)箱中泵入第一静态混合器(4)并进入反应器(5)中，所述填料与第一絮凝剂充分混合，将填料通过絮凝剂包覆；
步骤c，预处理填料泵出，反应器(5)中经过预处理的填料经多级振动筛(61)过滤，进入第二静态混合器(8)中，所述预处理填料从第二静态混合器(8)中进一步进入混合泵(9)；
步骤d，填料粒径校正，进入混合泵(9)的包覆填料，在旋转的混合泵(9)转速下，包覆填料经校正泵出备用。
4.如权利要求3所述的造纸填料预处理方法，其特征在于：在步骤b填料包覆与步骤c预处理填料泵出之间还包括步骤b1，小粒径填料再包覆，所述反应器(5)中填料包覆后经多级振动筛(61)，若初次包覆的填料粒径过小，并通过粒径检测装置(62)检测粒径大小，从第二药品箱(32)中泵出计算量的第二絮凝剂，第二絮凝剂经第二静态混合器(8)与初次包覆的填料混合，再与从第三药品箱(33)中泵出的第三絮凝剂经第二管道(12)进入反应器(5)，对粒径过小的包覆填料再包覆直至符合包覆填料输出设定值。
5.如权利要求3或4所述的造纸填料预处理方法，其特征在于：所述填料预处理方法还包括步骤e，超大填料循环利用，所述多级振动筛(61)过滤剩下的超大填料经第三管道(13)上的灰分测定仪检测出灰分含量并通过研磨机(7)研磨；若灰分含量不小于15％，粉碎后的填料经第五管道(15)进入反应器(5)中；若灰分含量低于15％，粉碎后的填料经过第四管道(14)进入第一药品箱(31) 。
6.如权利要求3或4所述的造纸填料预处理方法，其特征在于：所述填料为轻质碳酸钙、滑石粉、高岭土或二氧化钛一种或多种；所述第一絮凝剂为螯合型钛酸酯偶联剂；所述第二絮凝剂为阴离子型絮凝剂，所述第三絮凝剂为阳离子型絮凝剂。
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