CN1205908A

CN1205908A - 一种纤维素粉助滤剂的制备方法

Info

Publication number: CN1205908A
Application number: CN 96113481
Authority: CN
Inventors: 陈革新; 刘俊声; 兰人杰; 陈献诚; 杨凤琨
Original assignee: Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Current assignee: Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Priority date: 1996-12-29
Filing date: 1996-12-29
Publication date: 1999-01-27
Anticipated expiration: 2016-12-29
Also published as: CN1053842C

Abstract

一种纤维素粉助滤剂的制备方法,依次包括原料准备、打浆、添加搅拌、脱水、干燥、磨粉、筛分等步骤,添加剂由以下三类物质组成:(1)用量0.2—15k/kg浆板的一种或数种水溶性无机盐;(2)用量0.05—2g/kg浆板的一种聚丙烯酰胺;(3)pH调节剂。本发明制得的纤维素粉助滤剂,不仅渗透率为市售木质纤维素的1.5—4.5倍,而且有害物质含量低,接近或达到FCC标准,同时纤维表面的ζ—电位可调,可广泛应用于啤酒、饮料、油脂、制糖、水质处理、石油、化工、环保等行业的过滤过程。

Description

一种纤维素粉助滤剂的制备方法

本发明涉及一种纤维素粉助滤剂的制备方法。准确来说，就是制备高渗透性、纤维表面ζ一电位可调、食品添加剂规格的纤维素粉助滤剂。

以往过滤生产工艺中，使用少量石棉纤维掺和的滤棉、滤纸(板)或其它助滤剂，如硅藻土、珍珠岩等等。利用石棉纤维的纤维性和在水中呈正ζ一电位的特点，提高滤速和滤液澄清度。自1964年发现石棉粉尘危害人体健康以来，人们逐渐对石棉或含石棉纤维过滤材料，产生排斥心理。纤维素纤维本质上对人体无害，虽在水中呈负ζ一电位，但可采用各种方法改变纤维形态和表面ζ一电位，因而逐渐取代石棉，用来制作无石棉的滤纸(板)或复合助滤剂，广泛使用在啤酒、饮料、药液、油脂、油漆、水质处理等行业的过滤场合。

已公开的纤维素粉制备方法专利很多，发明点主要集中在纤维素预处理和磨碎工艺。预处理包括酸解、碱解、酶解或溶剂处理等等方法(参见SU800267、JP63297401和SU1648952等等)。磨碎方法有球磨、锤磨、振动磨、冲击磨、气流粉碎等等(参见GB1514788、EP49815、US2709045等等)。改变预处理和磨碎方法的目的，不外考虑控制细粉的聚合度、粒径分布、颗粒形状或灰分等等。不过，这些专利方法似乎均未考虑纤维素粉中纤维的表面ζ一电位改变问题。

另一方面，在造纸过程中，采用添加无机盐和高分子聚电解质，调节纤维和填料粒子表面ζ一电位，改善产品质量和工艺特点，似乎已是一种常识。不过，改性引起纤维表面无机物和有机物附着，增加灰分，对造纸来说是不必考虑的。而对用於食品或药液过滤的助滤剂，低灰分和水溶物，无毒，却是最基本的要求。

田中辰雄和栗坂修(JP83009700)公开的吸附性纤维素过滤助剂制备方法，用3％(对浆板)聚酰胺表氯醇和0．3％(对浆板)聚丙烯酰胺，处理纤维素纤维，调节表面ζ一电位后，抄成滤纸进行过滤试验，其滤液澄清度与石棉滤纸相当。可惜，由於聚电解质不仅价格昂贵而且残留少量有毒单体，用量太高，就限制了成品的实用范围。

刘英杰(CN94106482．4)公开的木质纤维素制造方法，直接破碎浆板，添加工艺助剂，干燥后精磨制粉。虽然方法简单，制造成本低，但纤维表面电位无法调节，漂白木浆残留的有害物无法降低，而且加入的淀粉和植物油等工艺助剂，限制了产品应用范围。

本发明的目的，在於给出一种克服已有技术不足的纤维素粉制备方法，使其不仅具有较高的渗透率和纤维素表面ζ一电位可调的特点，而且其理化指标接近或达到FCC级(Food Chemicals Codex Grade)，即食品添加剂规格。

本发明提出的纤维素粉制备步骤，依次包括原料准备、打浆、添加搅拌、脱水、干燥、磨粉、筛分等等，分述如下：

1．原料准备：浆板撕成10×10mm以下的碎片。蒸馏水或自来水均可用作制备用水。若自来水含色锈浊物或固体杂质，应经滤纸过滤后使用。

2．打浆：用普通市售食物加工机的搅拌装置或实验室搅拌器，把浆板和水混合物，搅拌打成均匀的纸浆悬浮物。浆液加热升温，可加快打浆速度。

3．添加搅拌：把无机盐和高分子聚电解质添加剂，按顺序添加到纸浆悬浮液中，调PH，搅拌一定时间。

4．脱水：在布氏漏斗中铺滤布，过滤纸浆悬浮液，必要时滤饼可用定量水洗涤，弃去滤液。为了加快过滤速度，可用抽滤瓶抽滤或手工压榨滤饼。也可采用小型板框过滤机、离心过滤机、真空过滤机等过滤。

5．干燥：把滤饼撕成了3-5mm以下小碎粒，置於表面皿中，放入电热恒温干燥箱或红外干燥箱或小型气流烘干机或振动烘干机或流化床烘干机等等烘干设备中烘干。

6．磨粉：把干燥的浆料，放入球磨机或振动磨机或锤磨机或万能粉碎机等磨粉设备中磨成细粉。

7．筛分：可采用旋振筛或平面往复振荡机驱动，把纤维素粉放入孔径180μm和127μm两层标准筛组合筛中筛分。180μm筛上样(以下称上样)可返回重磨，180-127μm筛中间样(以下称中样)和127μm筛下样(以下称下样)分别称重后可装样品袋(瓶)，即为成品。旋振筛，合格筛分时间20分钟；平面往复振荡机，振荡频率275次／分，合格筛分时间5分钟。

本发明的主要技术特征如下：

a．浆板：原则上漂白木浆均可选用。本发明采用商品BK浆板，其质量指标须达到GB13506的要求。

b．打浆：打浆浓度一般为2-8％(wt)，最佳为4-6％(wt)；叩解度(打浆度)一般为14-28°SR，最佳为18-22°SR；可加热升温，但浆液温度不得高於55℃。

c．添加剂：由下述三类物质组成：(1)一种或数种水溶性无机盐；(2)一种高分子聚电解质；(3)PH调节剂。

水溶性无机盐，一般可用通式：M_xA_y表示。式中，M选自H⁺、NH₄ ⁺、Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Al³⁺，x=1-5；A选自Cl^-、HCO₃ ^-、CH₃COO^-、SO₄ ^2-、PO₄ ^3-、P₃O₁₀ ^5-，y=1-3；添加量为0．2-15g／kg浆板，最佳为1-6g／kg浆板。

高分子聚电解质，选自阳离子、非离子、阴离子聚丙烯酰胺，分子量范围为1×10⁶～1×10⁷单位；添加量一般为0．05-2g／kg浆板，最佳为0．1-1．0g／kg浆板。

PH调节剂，可采用除HNO₃等有毒有害物质外的普通酸碱化合物，调整纸浆悬浮液PH值在5．0-7．0范围内。

d．添加搅拌：纸浆悬浮液浓度一般为1-5％(wt)，最佳为2-3．5％(wt)，搅拌时间一般为5-60分钟，最佳为10-30分钟；搅拌强度以纸浆不沉积於容器底部为佳。

e．干燥：本发明采用电热恒温干燥箱，烘干温度一般为60-100℃，最佳为75-85℃；烘干时间为10-24小时，以12-16小时为佳，以确保成品的干燥失重在2-7％范围内。

f．磨粉：本发明采用小型不锈钢振动磨机，磨腔尺寸为内径Φ108，长400mm；不锈钢介质棒尺寸为直径Φ10-Φ20，长375mm；振动频率为923次／分。磨腔内可装填不同直径和数量的介质棒，以便调节纤维素粉的粒径分布。

纤维素粉的助滤性能指标，可用渗透率、堆密度，不可压缩性来代表。其达到食品添加剂规格，还须用FCCⅢ-81规定的碳水化合物含量、干燥失重、灰份、氯化物、全硫、水溶物、砷、铅、PH值等九项指标检验合格。

样品的灰份、干燥失重、氯化物、全硫、水溶物等主要理化指标，用FCC Ⅲ-81的相应规定方法测试。样品的堆密度，可用量筒法直接测定。

样品的渗透率和不可压缩性，可用真空过滤试验装置测定。

真空过滤试验装置的原理图如附图所示。测定的基本步骤是：

(1)在大烧杯1中加入2000ml水和5克样品，打开揽拌器2；

(2)抽滤头3(内径φ25，高30mm)铺上小滤布，关滤液瓶4(容积刻度0-1100ml，每格50ml)排液阀5，空气泄入口7换上粗孔玻璃毛细管段(孔径约为1．5mm)，打开真空系统8；

(3)用软皮管连接抽滤头，把抽滤头放入悬浮液同时打开秒表计时，记录滤液累积量V增加50ml对应的过滤时间t；观察真空表6，若真空度稳定在0．8-1．2KPa范围内，记下真空表示数；

(4)记完V=1000ml对应的过滤时间t₁₀₀₀后，断开软皮管接头，滤饼放回大烧杯中，小心取出滤布备用；关真空系统，打开排液阀，用小烧杯接滤液并倒回大烧杯1中；空气泄入口7换上细孔毛细管段(孔径约为0．5mm)，打开真空系统；

(5)搅拌均匀，用温度计测量悬浮液温度后，抽滤头铺上滤布，重复操作步骤(3)；这时，真空度应稳定在3．5-4．0KPa；

(6)记完V=1000ml对应过滤时间t＇₁₀₀₀后，断开皮管接头，关真空系统，开排液阀，用小烧杯接滤液并清洗抽滤头，汇入大烧杯，倒掉，结束试验。

(7)根据公式

t = \frac{Cμ V^{2} (S + 1)}{2 ρ_{0} K_{0} A^{2} Δ P^{s + 1}}

用最小二乘法拟合V～t曲线，求得样品的渗透率K₀和不可压缩性(S+l)。

本发明与现有技术相比，具有以下显著优点：

A．本发明制备的纤维素粉，与用公开专利(CN94106482．4)技术制造的市售木质纤维素相比，在同等粒径分布和测试条件下，渗透率前者为后者的1．5～4．5倍。在实际应用中，可以更显著地节省过滤时间，降低过滤阻力，提高过滤效率。

B．本发明制备的纤维素粉，与用公开专利(CN94106482．4)技术制造的市售木质纤维素相比，用FCC Ⅲ-81规定方法检测，有害物如灰分、氯化物、砷、铅等的含量明显降低，更接近或达到FCC Ⅲ-81的相应指标。因而在国内，除可应用在石油、化工、环保等一般场合外，还可放心应用於啤酒、饮料、油脂、制糖、水质处理等食品、医药高要求行业。由於FCC级是国际通行标准，因而为产品出口准备好了通行证。

C．本发明制备的纤维素粉，通过改变添加剂品种和添加量，就可以调节纤维素表面的ζ一电位。因而可以根据各种实际过滤对象和要求，调整配方，制备不同表面ζ一电位的纤维素粉。在实际应用中，利用静电吸附作用，提高过滤效率，协助用户提高产品质量。

下面列举的实例，仅用来说明本发明使用的添加剂组成，制备过程和样品测试结果，但并不限定本发明有更好的添加剂组成和制备工艺。

例1称取80克浆板，加入1600ml水，浸泡18小时(常温)，分两次打浆，各打浆3分钟，打浆度为20°SR，再加1000ml水，汇入3L烧杯，开搅拌，加入NaCl 1．0克、Al₂(SO₄)₃·18H₂O1．0克和预先配制的1‰(wt)非离子聚丙烯酰胺(分子量3×10⁶单位)120ml，用NH₄OH调纸浆悬浮液PH=6．7，计时搅拌30分钟，脱水，滤饼撕碎，放入电热恒温干燥箱中干燥，烘干温度60℃，烘干时间22．5小时。干料从烘箱中取出，放入振动磨机中，磨腔内有直径Φ10介质棒40根。采用“磨15分钟一筛分称重一上样磨3分钟一筛分称重一上样磨3分钟一筛分称重”磨筛工艺，制得上样6．7克，中样36．2克，下样28．5克。

为了对照，取市售梅河口产木质纤维素助滤剂筛分样品为对照样。中样进行真空过滤试验，余样进行FCC理化指标分析。测试结果如表一所示。

表一例1样品与对照样测试结果

例2称取40克浆板，加800ml水，打浆7．5分钟，打浆度22°SR，转入1L烧杯，开揽拌器，加入事先分别溶解于水的AlCl₃·6H₂O0．2克，KH₂PO₄0．2克和NaHCO₃0．2克，溶解用水量200ml，再加入事先配制的1‰(wt)非离子聚丙烯酰胺(分子量8×10⁶单位)20ml，悬浮液PH值为6．4，计时搅拌10分钟，静置20分钟后，脱水，滤饼撕碎，放入电热恒温干燥箱中干燥，烘干温度60℃，烘干时间16小时。干料从烘箱中取出，放入振动磨机中，磨腔内有直径Φ17介质棒12根，磨筛工艺为“磨3分种一筛分称重一上样磨1分钟一筛分称重”，制得上样27．8克，中样7．6克，下样1．6克。取中样做真空过滤试验，其余样品混合做关键理化指标测试。分析结果见表二。

表二例2样分析结果

例3称取120克浆板，加入2400ml水，分三次打浆，各打浆3分钟，打浆度16°SR，汇入5L烧杯，开搅拌，依次加入KH₂PO₄0．3克，Al₂(SO₄)₃·18H₂O0．3克，Ca(CH₃COO)₂0．6克，再加入2100ml水和事先配制的1‰(wt)非离子聚丙烯酰胺(分子量8×10⁶单位)60ml，计时搅拌，测悬浮液PH=6．2-6．4，搅拌10分钟后，脱水，滤饼撕碎，放入电热恒温干燥箱中干燥，烘干温度80℃，烘干时间18小时。干料放入振动磨机中，磨腔内有直径Φ20介质棒10根。磨筛工艺为“磨4分钟一筛分称重一上样磨3分钟一筛分称重一上样磨6分钟一筛分称重一上样磨10分钟一筛分称重一上样磨10分钟一筛分称重”。共制得上样5．3克，中样34．1克，下样75．9克。中样进行真空过滤试验，下样进行理化指标测试，样品测试结果如表三所示。

表三例3样品测试结果

例4原料和制备细节均同例3，仅把添加剂非离子聚丙烯酰胺换成阳离子聚丙烯酰胺(分子量5×10⁶单位)，用量为1‰(wt)溶液10ml，其它添加剂不变，其制得上样4．3克，中样40．5大多，下样70．5克。中样进行真空过滤试验，下样进行理化指标测试，样品测试结果如表四所示。

表四例4样品测试结果

例5称取40克浆板，加800ml水，加热升温，在40-50℃下保持15分钟后，打浆30秒，打浆度14°SR，转入1L烧杯，开搅拌，依次加入水溶(NH₄)₂SO₄0．4克、AlCl₃·6H₂O0．2克、NaH₂PO₄0．2克和NaCl0．2克，溶解水用量200ml，搅拌7分钟后，加10滴氨水，调悬浮液PH=5．4，再加入事先配制1‰(wt)非离子聚丙烯酰胺(分子量3×10⁶单位)40ml，再搅拌5分钟后，脱水，滤饼撕碎，放入电热恒温干燥箱中干燥，烘干温度60℃，烘干时间21小时。干料放入振动磨机中，磨腔内有Φ17介质棒12根。磨筛工艺为“磨3分钟一筛分称重一上样磨1．5分钟一筛分称重一上样再筛分称重”，制得上样26．6克，中样8．9克，下样0．7克。中样做真空过滤试验，上样做理化测试。测试结果如表五所示。

表五例5样品测试结果

例6称取40克浆板，加800ml水，打浆7．5分钟，打浆度22°SR，转入1L烧杯，开搅拌，加入事先分别溶解于水的KAl(SO₄)₂·12H₂O0．2克，KH₂PO₄0．25克和CaCl₂0．28克，溶解水量为200ml，再加事先配制1‰(wt)非离子聚丙烯酰胺(分子量8×10⁶单位)20ml，加氨水调悬浮液PH=6．0，计时搅拌10分钟后，脱水，滤饼撕碎，放入电热恒温干燥箱中干燥，烘干温度60℃，烘干时间16小时。干料放入振动磨机中，磨腔内有直径Φ17介质棒12根。磨筛工艺为“磨3分钟一筛分称重一上样磨1分钟一筛分称重”，制得上样28．2克，中样7．4克，下样1．2克。中样做真空过滤试验，上样做理化测试。样品测试结果如表六所示。

表六例6样品测试结果

例7称取40克浆板，加800ml水，打浆1分钟，打浆度26°SR，转入1L烧杯，加入200ml水溶Na₅P₃O₁₀0．2克，再加入事先配制1‰(wt)非离子聚丙烯酰胺(分子量8×10⁶单位)20ml，搅拌10分钟，纸浆悬浮液PH=6．4，脱水，滤饼撕碎，放入电热恒温干燥箱中干燥，烘干温度80℃，烘干时间14小时。干料放入振动磨机中，磨腔内有直径Φ20介质棒10根，磨筛工艺为“磨3分钟一筛分称重一上样磨3分钟一筛分称重一上样磨3分钟一筛分称重”，制得上样3．4克，中样12．8克，下样20．8克。中样做真空过滤试验，下样做理化指标分析。样品测试结果如表七所示。

表七例7样品测试结果

例8称取40克浆板，加800ml水，打浆3分钟，打浆度16°SR，转入2L烧杯，加入400ml水分别溶解Na₂HPO₄0．1克，Ca(CH₃COO)₂0．1克，AlNH₄(SO₄)₂·12H₂O0．1克，再加入事先配制1‰(wt)非离子聚丙烯酰胺(分子量8×10⁶单位)20ml，搅拌10分钟，测纸浆悬浮液PH值为6．4，脱水，滤饼撕碎，放入电热恒温干燥箱中干燥，烘干温度80℃，烘干时间14小时。干料放入振动磨机中，磨粉条件和磨筛工艺与例7相同，制得上样8．2克，中样9．7克，下样19．4克。中样做真空过滤试验，下样做理化指标分析。样品测试结果如表八所示。

表八例8样品测试结果

如上所述的本发明的各实施例，也可采用实施者认为方便的质量单位及相关的其它单位。关键是物料之间的相互关系和制作工艺过程符合发明条件。

Claims

1．一种纤维素粉助滤剂的制备方法，依次包括原料准备、打浆、添加搅拌、脱水、干燥、磨粉、筛分等步骤，其特征在于：

(1)将浆板撕成10×10mm以下碎片；

(2)用浆板和水混合，搅拌打浆成均匀的纸浆悬浮物，打浆浓度2-8％(wt)，打浆度为14-28°SR；

(3)添加剂由一种或数种水溶性无机盐、一种高分子聚电解质、PH调节剂组成，水溶性无机盐用通式M_xA_y表示，其中M选自H⁺、NH₄ ⁺、Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Al³⁺，x=1-5；A选自Cl^-、HCO₃ ^-、CH₃COO^-、SO₄ ²、PO₄ ^3-、P₃O₁₀ ^5-，y=1-3，添加量为0．2-15g／kg浆板；高分子聚电解质为聚丙烯酰胺，分子量1×10⁶～1×10⁷，添加量为0．05-2g／kg浆板；PH调节剂，可采用除HNO₃等有毒有害物质外的普通酸碱化合物，调整纸浆悬浮液PH为5．0-7．0；

(4)添加搅拌时纸浆悬浮液浓度为1-5％(wt)，搅拌时间为5～60分钟；

(5)干燥温度为60-100℃，烘干时间为10-24小时，以确保样品干燥失重为2-7％(wt)。

2．如权利要求1所说的方法，其特征在于打浆浓度为4-6％(wt)。

3．如权利要求1所说的方法，其特征在于打浆度为18-22°SR。

4．如权利要求1所说的方法，其特征在于打浆时可加热升温，但浆液温度不高于55℃。

5．如权利要求1所说的方法，其特征在于水溶性无机盐添加量为1-6g／kg浆板。

6．如权利要求1所说的方法，其特征在于聚丙烯酰胺添加量为0．1-1．0g／kg浆板。

7．如权利要求1所说的方法，其特征在于添加搅拌时纸浆悬浮液浓度为2～3．5％(wt)。

8．如权利要求1所说的方法，其特征在于添加搅拌时搅拌时间为10-30分钟。

9．如权利要求1所说的方法其特征在于干燥时烘干温度为75-85℃。