CN1196978A - 从废纸中磁性除去“粘性物”的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种从包含热熔和压敏粘合剂以及胶乳的废纸中除去“粘性物”的改进方法,以便生产出高质量(高亮度,几乎不含尘埃)的纸浆,而且几乎没有或没有纤维的损失。该方法包括,在凝聚剂的帮助下将废纸中的粘性颗粒粘结至磁性载体材料上,然后,通过磁性分离除去粘结的粘性颗粒。优选在室温或更高的温度,在中性至碱性pH和低的浆浓下进行磁性处理。与暴露至磁场中而没有这样的预处理相比,凝聚和添加磁铁石,然后将再制浆的废纸暴露至磁场中,几乎完全地除去了粘性物。

Description

从废纸中磁性除去“粘性物”的方法

本发明涉及从废纸(二次纤维)中除去粘性杂质，如热熔和压敏粘合剂和胶乳(被称之为“粘性物”)的方法。更准确地说，本发明涉及通过引入磁性促进剂并使纤维浆液经受磁场而从掺杂的二次纤维中除去粘性物的方法。

长期以来，废纸(也称之为二次纤维)一直被用作造纸中的纤维原料。废纸原料总是含有一种或多种杂质，它们包括油墨，染料，荧光增白剂，和“粘性物”(包括粘合剂，胶粘剂，塑料薄膜，涂料等的粘性或发粘杂质)。分选的废纸已使绝大多数这些掺杂的纸张除去杂质，并且是更高、更昂贵等级的废纸。然而，随着在许多种类的纸产品中使用二次纤维量的日益增长，使得纸张制造者已能处理包括有大量掺杂纸的更低等级的废纸(即未分选的废纸)。尽管已采用了各种方法来除去杂质，从而使二次纤维在造纸过程中能与原浆结合使用，但这种较低等级的配料含有更多的杂质，并且通常比高质量的废纸含有多得多的杂质。常规的处理方法可能不能掺入大百分比的、未分选的废纸。

目前，处理再用纤维的方法可分为：碎浆(洗涤纤维并使杂质与纤维部分分离)；粗细筛选(将纤维与一定大小和形状的杂质分开)；离心清选(基于与纤维密度的不同而进行的分离，并通过机械作用减少一定大小的杂质)；浮选(通过将分离的杂质优先吸附至气泡上而进行的分离)；洗涤(通过适当的水流流经纤维而从纤维中分离出夹带的小颗粒)和精制。对于从纤维中分离颗粒而言，在这些方法的每一种方法中，均有最佳的粒径范围。取决于去杂质纸浆的具体的净度要求，可以采用这些方法绝大部分或全部的组合，以满足通常遇到的粒径范围。洗涤和浮选方法均取决于表面活性剂的适当使用。取决于表面活性剂分子亲水部分与疏水部分的相对强度和大小，该表面活性剂将集结在油墨和其它杂质颗粒的周围，使这些颗粒或者变得亲水(用于洗涤)或者变得疏水(用于浮选)。洗涤表面活性剂和浮选表面活性剂相反的性质在复合的浮选/洗涤体系中会产生一些问题。

对于特定的废纸杂质而言，已公开了一些特定的除杂方法：

US5,211,809公开了在控制的pH条件(低于8或大于10)下，在使用氧以及过氧化物，臭氧，和/或亚硫酸氢盐的组合的处理程序中用非氯基漂白剂从二次纤维中除去染料的方法。

另外，公开的日本专利申请平3[1991]-199477告知了一种循环用过的纸张的方法，所述纸张含有荧光白纸或彩色纸或两者，该方法通过将臭氧引入所述用过的纸张的分散浆液中而完成。

最常遇到的除杂问题是油墨。一般来说，印刷油墨分为接触油墨和非接触油墨。接触油墨用于常规的印刷方法如活版印刷，苯胺印刷术，和平版印刷术。这些油墨被压印至或涂敷至纸上，但它们不与纸张熔合。这些油墨通常由悬浮于油基碱性含水介质中的颜料组成。使用洗涤和/或浮选类的体系，造纸工业能成功地对含接触油墨的纸张进行脱墨已有多年。另外，通过在含有过氧化物如过氧化氢的碱性水溶液的存在下对废纸进行再制浆，US4,381,969告知了含包封组成如油墨的漂白废纸。

由颜料和热塑性树脂组成的非接触油墨用于电子翻印印刷方法。该树脂是熔合颜料至纸页上并熔合该颜料至其它颜料颗粒上的粘结剂。在非接触油墨中使用的颜料可分为铁基或非铁基颜料(例如碳基颜料)。该树脂聚合物将发生交联，并且变得耐化学和机械作用，这将使得非接触印刷纸张通过常规的脱墨方法难于脱墨。在从纤维上分离以后，色调剂油墨颗粒的大小往往大于通过浮选或洗涤能进行有效处理的颗粒大小，以及小得无法通过除渣器和筛来除去的颗粒大小。已知有许多除去接触和非接触(电子翻印)型油墨的方法，但它们不能解决本发明指出的问题。

废纸的杂质如油墨，染料，和增白剂在循环时会出现实际问题，与此同时，由于与接触和非接触油墨(不管是磁性的还是非磁性的)相比，粘性物它们的非磁特性，以及它们不同的化学和物理性能(例如高粘性)，它们将会出现独特的问题。在纸张循环中，粘性杂质如热熔粘合剂，胶乳，压敏粘合剂，和蜡对于造纸者来说将产生许多问题。当粘性物以不可接受的量存在时，可能会产生纸机的操作问题和产品质量问题。这个问题是现有技术中存在的。

例如，US5,213,661告知了使用氧来降低循环浆中粘性物的粘性，以及还可使用氧和碱和/或脱粘剂以便进行最佳的粘性物控制。US5,080,759告知了将水溶性有机钛化合物引入含二次纤维的造纸过程的水体系中，以降低粘性杂质的发粘性和粘合性能。

令人感兴趣的是，US4,176,054告知了，通过在制备书本，产品目录，说明书，小册子，杂志等的粘结操作时将磁性材料引入粘结剂组分中而从废纸的剩余纸张材料中分离粘结剂的方法，结果是，在随后的循环时，书本和杂志的碎片可经受一磁场。因此，除循环方法外，该授予专利的方法还是一种制备操作，并且，所告知的方法取决于一开始掺入在制造过程中所用的热熔或其它类型粘合剂中的磁性材料。

在实际操作中，粘性物通过如下方法加以控制：配料选择(购买手工分选的废纸)；改进的制浆和高频疏解；充分设计的筛选/清洗体系和分散体；以及使用使粘性物脱粘和/或稳定的添加剂。这些方法，不管是单独使用还是结合使用，它们或者需要对循环设备进行附加的改进，或者要使用控制粘性物的不希望的化学添加剂。此外，这些方法在除去粘性杂质时不能确保安全。

因此，本发明的目的是提供一种能改善效率和经济性地从再制浆废纸中除去粘性物的方法。该方法适用于所有种类的粘性杂质。

本发明的上述目的可通过下述步骤实现：(1)不管存在油墨或其它潜在的磁性杂质与否，对含非磁性粘性物杂质的废纸进行再制浆；(2)向浆液中添加磁铁石和凝聚剂；和(3)在低浆浓时使处理过的成浆废纸经受一磁场，以便从中除去粘性物。优选在磁铁石和凝聚剂添加后，在施加磁场之前向浆液中添加苛性物。更优选的是，在中性至碱性pH，在至多约4％的浆浓，在室温或更高的温度，进行磁性处理。可单独使用对再制浆废纸的磁铁石/凝聚剂/苛性物/磁场处理，或作为从印刷纸中除去通常如油墨的杂质的常规方法的一个附加步骤来使用；所述的常规方法如筛选，浮选，离心清洗，洗涤，以及沉降和/或倾析。

图1是磁性分离杂质用的高梯度磁性分离工艺实施的横截面图。

图1a是在图5中所描述的高梯度磁性分离器内部(收集器)的放大图。

图2是外加于纸浆制造过程中前向除渣器一磁场的横截面图。

图3是通过部分浸于所述容器中的磁性转鼓而将磁场施加于含废纸浆的容器中的横截面图。

图4是通过部分浸于所述容器中的磁性圆片(一系列)过滤器而将磁场施加于含废纸浆的容器中的横截面图。

图5是通过在所述容器中处于溢流堰状态的磁性转鼓而将磁场施加于含废纸浆的容器中的横截面图。

本发明提供一种用于废纸的新颖的和改进的粘性物除去方法，与所有现存的其它方法相比，本方法提供了许多明显的优点。与现存的处理体系相比本发明方法的主要优点在于：粘性物去除效率高；纤维得率高；低的固体废料；只需少量空间和少量投资成本的简单方法。最重要的是，本方法能生产出非常干净和光亮的可用于高级产品的再生纸浆。

在制浆和造纸工业中，通常将浆浓分为高浓(大于15％)，中浓(7-15％)，或低浓(低于7％)。很显然的是，在中浓和高浓时，杂质颗粒通向磁场的通路可能会被阻塞。因而，本发明的方法最好在低浓时使用。另外，尽管本发明的方法最好是在中性至碱性pH时使用，但在pH在4以上的酸性条件下本方法也能取得有益的结果。对混合的办公室废纸进行再制浆的磁性处理的优选条件是，约25℃到约65℃的温度，约7.0到约11.0的pH值，和约0.3-2.0％的纸浆浓度。

由于磁性分离是物理过程而不是化学过程，并且只有颗粒材料对磁性分离是敏感的，因此，有效的粘性物去除应包括从再制浆的纤维中分离融合的或粘结的粘性颗粒的预处理，如吸收，凝聚/絮凝，和/或沉淀。另外，待磁性分离的颗粒必须被吸引至磁铁的磁场中。由于粘性物不是铁基的，因此，为了通过磁性分离实现粘性物的完全除去，本发明改进的除杂方法包括添加磁性载体材料以便粘接至(随后要除去的)非铁基粘性颗粒上。使用磁性载体，使之能持续高效的从废纸中除去杂质，而不取决于由铁基油墨组成的静电复印和激光油墨的存在。

当使用磁性载体材料时，在要除去的颗粒和载体材料之间的粘结力必须大于流体施加至该颗粒上的流体动力。该粘结力的粘结强度取决于要除去的组份，并且由胶体力和化学力来控制。增强磁性载体对要除去颗粒粘结作用的辅助物质包括，相对低HLB值(HLB值等于分子中亲水基团对疏水基团重量百分比的比值)的表面活性剂或表面活性剂的掺混物，HLB值优选小于10。合适的材料是其分子有长疏水“尾”和65℃以上浊点的那些化合物。另外的辅助物质还可包括，蒙脱石，铝盐，离子交换剂，和聚合物。特别是市售的凝聚剂，据信是低HLB值表面活性剂的掺混物，并且可用于下述实施例中。

添加凝聚剂起改进体系的表面化学性质，结果是，凝聚剂的大的疏水尾可能发生迁移，并且其本身粘结至体系中每个疏水颗粒(粘性物和磁铁石)的表面上。最终在颗粒之间吸收力的增加将有利于凝聚。另外，在有利于凝聚的从50℃-约85℃的温度粘性物将变得柔软和粘性的。然后，通过对纸浆进行稀释而将温度降至低于约40℃时，所形成的凝聚物将变得更硬并且刚性更大；而且，当它们含有某些对磁场敏感的材料时，通过磁性分离它们可有效地除去。

通过在常规的废纸再制浆过程的一个或多个不同的处理位置插入磁性处理，以便增强这些处理的作用，或作为这些处理的可能的替代，本发明可涉及很少的资金投入。磁性处理置换的的例子示于下面附图中。

尽管本发明的方法可采用通过永磁铁或电磁铁的磁性分离，但对于以工厂规模进行本发明新的粘性物除去方法而言，高梯度磁性分离(HGMS)工艺将是有效的。工业上，用HGMS从废水中除去铁磁体和顺磁体杂质，蒸汽冷凝物，和高岭土淤浆。在绝大多数HGMS的应用中，提供由磁性材料制成的钢丝绒，金属丝网，或其它类型收集器的基体。图1示出了循环型高梯度磁性分离器的横截面，通过入口1将含磁性或顺磁性杂质的湿浆材料加入该分离器中并通过收集器床2。该床2由交织的钢丝或钢丝网3组成，以提供浆液可通过的两个开口，以及被电磁线圈4磁化至相对高磁性梯度或通量密度的大表面积；所述线圈4用于在浆液内吸收磁性敏感材料。线圈4和收集器2被包含在铁制外壳5内。图1a示出了，当浆液流经收集器2时，磁性和顺磁杂质6被吸引和收集，与此同时，浆液的剩余部分7流经该体系，并从出口8排出。一定时间后，用不带电的磁铁冲洗该装置，以除去残留的杂质。

图2示出了通过将磁通源(即磁铁)在紧接着的外部施加至常规的圆锥前向除渣器上而实施本发明的方法，结果是，除渣器内部的通量或磁场是有效的。磁通量将对杂质颗粒提供一外力，将它们拉向除渣器的侧壁上。该作用将另外的杂质颗粒拉入筛余溢流中，改善了除杂效率。

图3和图4分别示出了用来从废纸浆液容器的上部吸引磁性敏感杂质颗粒的磁性转鼓或圆片过滤器组件。该方法适用于杂质颗粒与纤维分离后的任何时间。应设置磁性颗粒除去设备，以便除去往往在搅拌容器的涡流区浓缩的颗粒。

图5示出了用处于溢流堰状态的磁性转鼓形成的收集器。所有浆液必须通过其中设置有所述转鼓的窄的通道。当磁性转鼓旋转通过浆液时，磁性杂质将粘结到鼓的表面上，并且从浆液中分离出并除去。

下面的实施例描述了这种处理，以及研究了选择的变量，如温度，pH，和浓度，并提供了对浮选和磁性粘性物去除相结合的评估。另外，本发明还公开了使用高梯度磁性分离工艺以便以工业规模磁性除去粘性物的方法。提供这些实施例的目的是说明性的，并不构成对本发明的限定。实施例1

分别将含静电复印纸和激光印刷纸的混合办公室废纸(MOW)和白色压敏粘合剂标签以80∶20的比例混合。以表I所述的条件，在British破碎机中对该混合物进行再制浆和预处理(凝聚剂+磁铁石)。

                                       表I纸浆           水力碎浆            预处理            磁性处理        油墨/粘性物除去率，％

                                                                  可见的¹  TAPPI²80％MOW+20浓度6％，45℃，30分于  浓度5％，2％凝聚剂   永磁体             99.7     99.4％粘合剂标签British破碎机中      0.025％磁铁石，0.8％

                             苛性物，30分于British

                             破碎机中同上            同上             同上                  HGMS³            99.8     99.6

1.直径大于40μm的油墨颗粒的百分数减少

2.直径大于220μm的油墨颗粒的百分数减少

3.高梯度磁性分离器

在再制浆和预处理相期间，将在白色标签上的粘合剂以小球状分离出。用肉眼观察粘结至小球表面上以及小球内的大量的油墨颗粒。在再制浆/预处理相期间，提供了对油墨-磁铁石-粘性物凝聚体有效去除的磁性分离。将得到的清洁纸浆制成手抄纸用于油墨分析。正如表I所指出的，本发明的方法产生了有效的杂质(油墨和粘性物)去除。实施例2

为了说明通过磁性处理的粘性物去除不取决于油墨杂质的存在，将压敏粘合剂标签加至无油墨的回收纸中，以提供粘性物的含量约为6000ppm。在75℃持续搅拌30分钟的条件下，用0.5％的凝聚剂，0.75％的磁铁石，和1.0％的聚丙烯酸苯乙烯酯类聚合物对得到的混合物进行处理。在该处理后，将纸浆稀释至0.5％的浓度，并对稀释的纸浆进行磁性分离。根据用肉眼观察可清楚的看出，几乎除去了所有的粘性物。

正如本领域熟练技术人员所知道的一样，在不脱离本发明的精神或主要特征下，本发明可以以其它特定的形式来实施；因此，应参考所附的权利要求，而不是前述的说明书作为本发明的范围。

Claims (18)

1.一种从包括有杂质粘性物的再制浆的废纸浆中除去粘性物的方法，该方法包括，将磁性载体材料引入纸浆中，以便在粘性物颗粒和磁性载体材料颗粒之间形成粘结物，然后，从纸浆中磁性分离出该粘结物。

2.根据权利要求1的方法，其中，杂质是从由热熔粘合剂，压敏粘合剂，和胶乳组成的这类杂质衍生得到的。

3.根据权利要求1的方法，进一步包括在添加磁性载体材料之后和磁性分离之前，通过选自絮凝，凝结，和凝聚的处理，辅助粘结物的形成。

4.根据权利要求3的方法，包括在磁性分离之前将凝聚剂加入纸浆中。

5.根据权利要求4的方法，其中，凝聚剂选自HLB值为10或更低的表面活性剂或表面活性剂的掺混物。

6.根据权利要求5的方法，其中，凝聚剂选自其分子有长疏水“尾”和65℃以上浊点的那些化合物。

7.根据权利要求1的方法，其中，磁性载体材料选自铁磁体和顺磁体材料。

8.根据权利要求7的方法，其中，磁性载体材料是磁铁石。

9.根据权利要求1的方法，该方法在中性至碱性pH，浆浓至多4.0％和室温或更高的温度下进行。

10.根据权利要求3的方法，该方法在pH7.0至11.0，浆浓从0.3至2.0％和25℃至65℃的温度下进行。

11.根据权利要求1的方法，其中，使用高梯度磁性分离器进行磁性分离。

12.根据权利要求1的方法，其中，使用永磁体进行磁性分离。

13.根据权利要求1的方法，其中，使用电磁体进行磁性分离。

14.根据权利要求1的方法，其中，该方法包括，采用圆锥形前向除渣器，并且以紧接着除渣器外部设置磁通源的形式，在磁性分离中使用该前向除渣器。

15.根据权利要求3的方法，在磁性分离之后，另外还包括选自筛选，浮选，离心清洗，洗涤和沉积/沉淀，或它们的组合的辅助处理。

16.根据权利要求15的方法，其中，辅助的处理步骤是浮选。

17.根据权利要求15的方法，其中，在辅助的处理步骤之前，对纸浆进行磁性分离。

18.根据权利要求15的方法，其中，在辅助的处理步骤之后，对纸浆进行磁性分离。

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