CN1210459C - 高炉干渣纤维复合纸及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高炉干渣纤维复合纸及其制造方法，该复合纸采用纤维主料和辅料制造，主料包括(重量)：高炉干渣纤维20-80%。同时提供了一种采用高炉干渣纤维造纸的方法，该方法中高炉干渣纤维制备工艺包括如下工艺步骤：配料、熔融、成纤、除渣和软化。本发明可达63%以上代替木浆或草浆，利用传统造纸设备和造纸工艺生产，大大减少传统造纸用水和后期的水污染。该复合纤维纸具有抗腐蚀、耐温、防火、吸湿变形小和强度高等优良的物化性质，可在自然条件下降解，降解产物与环境协调一致，不产生任何污染。
Description
本发明涉及一种无机纤维复合纸及其制造方法，特别是高炉干渣纤维复合纸及其制造方法。
目前，国内外造纸纤维主要以植物草被纤维如木浆和草浆为主要原料，采用植物草被纤维生产纸张成本高，易腐蚀、不耐高温、不防火、吸湿变形及强度差。所以这种纸张制作文件不利于保存，制作包装纸、箱板纸不利于运输。另外，使用木浆或草浆对森林资源和植物草被是一种极大的浪费，同时也是对生态环境的一种破坏。利用木浆或草浆造纸用水量大，其排污对环境又造成污染，因此，寻找新型造纸原料替代木材是急待解决的问题。
为解决上述问题，现有技术中采用含硅或其它金属氧化物制备造纸用复合纤维。例如采用玄武岩等制备复合纤维，但该由于玄武岩的主要成分为(重量)：SiO2-55％，Al2O3 12-14％，Fe2O3-，MgO 3％，CaO 8-10％，由于玄武岩本身为黑灰色，用于造纸其白度只能达到40％左右。高炉干渣的主要成分为(重量)：SiO2 35-40％，CaO 40-45％，Fe2O3 2-3％，其余为MgO、氧化硼、铁氧化物等，它可生产高炉干渣棉，采用目前技术生产的高炉干渣棉，主要加工成毡、管等，用作保温材料，不能用于、也未用于造纸。原因在于，用于保温材料的高炉干渣棉与造纸相比较，除喷加树脂、固化等加工工艺不同外，用途完全不同。另外，高炉干渣纤维本身的渣球含量高达15％-20％，而高炉干渣纤维纸要求不能含有此类杂质。现在的高炉干渣纤维长度一般2-20毫米，纤维平均直径6-8毫米，纤维长度和纤维直径分散度大，若用与造纸，必须使纤维长度均匀，直径降低，达到合理的打浆度，否则不能用于造纸。目前生产的高炉干渣纤维，柔韧性差，如未经软化和改性处理，以木浆∶高炉干渣纤维＝50％∶50％抄造的纸样为例，耐折度仅2次以下，撕裂度1500米以下；上述指标，均达不到造纸要求。
因此，将高炉干渣保温材料及其工艺技术用于抄造书刊纸、文教纸、包装纸、特殊功能纸和各类纸板在现有技术中还未见报道。
本发明的目的是得到一种高炉干渣纤维复合纸，该复合纸白度较高，不易腐蚀、耐高温、防火、抗吸湿变形及强度较好。
本发明的另一个目的是得到一种上述高炉干渣纤维复合纸的制造方法，可利用传统造纸设备，并可大大减少传统造纸用水和后期的水污染，节水效果显著。
为实现上述目的，本发明是这样实现的：
一种高炉干渣纤维复合纸，包括纤维主料和辅料，关键是所述的纤维主料为高炉干渣纤维和植物纤维，主料包括(重量百分比)：高炉干渣纤维20-80％，木浆、草浆或废纸等植物纤维80-20％，制成复合浆；辅料为松香胶、硫酸铝以及选择性加入的造纸淀粉、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素和滑石粉，辅料占主料总量的比例(重量百分比)为：松香胶2-3％，硫酸铝0.5-1％，其它0-9％。
所述的复合浆可用木浆、草浆或废纸浆中的任意一种，也可选用其中两种或两种以上混合后再与主料混合。
一种高炉干渣纤维复合纸的制造方法，是把木浆板、草浆板或废纸等植物浆先疏解、然后打浆到40-60叩解度；制备高炉干渣纤维、除渣、软化，然后与备好的植物浆混合打浆至65-70叩解度后，经2-3级水力除渣，筛浆，脱气，施胶和填加后制成复合浆，送入流浆箱，上纸机抄纸或纸板，切纸(板)，打包，入库。
上述高炉干渣纤维的制备方法包括如下步骤：配料、熔融、成纤、除渣和软化。
上述配料步骤为：高炉干渣和硅石为主要原料，高炉干渣所占比例50-80％，硅石所占比例50-20％，石料破碎为10-150毫米。
上述除渣步骤为采用两级刺辊干式除渣。一级刺辊采用锥型齿，二级刺辊采用锯形齿，纤维经过二级刺辊时，采用沉笼方式真空吸尘。
上述的一级刺辊辊径为300-600毫米，转速1200-1700转/分。
上述的二级刺辊辊径为180-350毫米，转速1100-1400转/分。
上述的软化步骤为将纤维喂入蒸球供蒸汽间歇蒸煮或采用潘地亚机供蒸汽连续蒸煮，预热、保温30-100分钟，温度130-190℃。
下面对本发明进行详细叙述。
本发明的关键在于，采用高炉干渣为主要原料制造一种复合纸，同时提供了该造纸高炉干渣纤维的制备方法，其上述制备高炉干渣纤维的具体工艺步骤包括：
(1)配料：利用高炉干渣和硅石为主要原料，两种主要原料可同时配入。高炉干渣所占比例50-80％，硅石所占比例50-20％，石料破碎为10-150毫米，不需磨细除铁。
硅石的主要成分为SiO2 85-90％，其余为Al2O3、铁氧化物、硼、锌等，加入硅石的主要目的为通过提高SiO2含量，降低CaO含量，提高纤维的韧性和柔软性、强度，且白度不会有影响。
(2)熔融：采用专门的熔融炉融化石料，采用焦碳燃烧加热，可连续或间歇投入冷态混配石料，升温至1190-1350度，0.1MPa，石料熔融。
(3)成纤：采用4辊离心机：一级喂料辊2800转/分至四级成纤辊7500转/分或盘式离心头：8000转/分，4辊离心机成纤辊或盘式离心头成纤温度850-980度。
(4)除渣：采用两级刺辊干式除渣。一级刺辊采用锥型齿，辊径300-600毫米，1200-1700转/分，纤维经过一级刺辊后，其中所含的较大渣球既被排除；二级刺辊采用锯形齿，辊径180-350毫米，1100-1400转/分，纤维经过二级刺辊时，采用沉笼方式真空吸尘，负压0.4-0.8大气压，吸除细小渣球，同时较粗纤维和较厂纤维分别被排除和得到切割均化，使除渣后的纤维的长度分布和细度得到改善，控制高炉干渣纤维直径1-3微米，长度3-5微米，渣球含量小于2％。
(5)软化：通过软化处理使高炉干渣纤维达到适当柔软性。将纤维喂入蒸球供蒸汽间歇蒸煮或采用潘地亚机供蒸汽连续蒸煮，预热+保温约30-100分钟，温度130-190℃。
(6)出料：即可得到高炉干渣造纸纤维，白度65-85％。
上述方法制备的高炉干渣纤维直径1-3微米，长度3-5微米，渣球含量小于2％，应具有适当柔软性，平均白度70％。
处理后出料的高炉干渣纤维的柔韧性，以木浆∶高炉干渣纤维＝50％∶50％抄造的纸样为例，耐折度6次以上，撕裂度2500米以上。上述指标的高炉干渣造纸纤维，经与植物纤维混合打浆后，抄造的不同纸品可达到国家或行业标准。
与现有技术相比，本发明利用高炉干渣纤维复合造纸，可达63％以上代替木浆或草浆，为造纸工业提供了新原料，从而节省木材和其它植物草被，保护环境。并通过软化工艺技术，使制备的复合纤维柔韧不脆，纤维直径、长度和白度均达到了造纸的要求。利用该原料生产复合浆板或复合纸，成本约为木浆或草浆浆板或纸张的60％；此种高炉干渣复合纸可用作家具贴面纸、室壁装修纸、文教纸、包装纸和各类纸板。与现有草、木浆纸相比较，该复合纤维纸具有抗腐蚀、耐温、防火、吸湿变形小和强度高等优良的物化性质。
本发明的高炉干渣纤维复合纸可利用传统造纸设备和造纸工艺生产，每生产一吨复合纸可比传统的百分之百植物纤维纸节水120-150吨，80％白水可循环利用，20％白水可经处理后排放，处理白水费用约为传统造纸的60％。由于高炉干渣复合造纸源头节水，可大大减少传统造纸用水和后期的水污染，加之没有制浆黑液排放，从而节水效果十分显著。
本发明得到的高炉干渣纤维复合纸可在自然条件下降解，降解产物与环境协调一致，不产生任何污染。
下面介绍本发明的实施例。
实施例1 生产单面胶版印刷纸
高炉干渣造纸纤维制：(1)备料：利用高炉干渣和硅石为主要原料，两种主要原料同时配入。高炉干渣所占比例50-80％，硅石所占比例50-20％。石料破碎为10-150毫米，不需磨细除铁；(2)熔融：采用专门的熔融炉融化石料，采用焦碳燃烧加热，可连续或间歇投入冷态混配石料，升温至1190-1350℃，0.1MPa，石料熔融；(3)成纤：采用4辊离心机：一级喂料辊2800转/分至四级成纤辊7500转/分或盘式离心头：8000转/分，4辊离心机成纤辊或盘式离心头成纤温度850-980℃；(4)除渣：采用两级刺辊干式除渣。一级刺辊采用锥型齿，辊径500毫米，1600转/分，纤维经过一级刺辊后，其中所含的较大渣球既被排除；二级刺辊采用锯形齿，辊径300毫米，1300转/分，纤维经过二级刺辊时，采用沉笼方式吸除细小渣球，同时较粗纤维和较厂纤维分别被排除和得到切害均化，使除渣后的纤维的长度分布和细度得到改善，控制高炉干渣纤维直径1-3微米，长度3-5微米，渣球含量小于2％；(5)软化：通过软化处理使高炉干渣纤维达到适当柔软性。将纤维喂入蒸球间歇蒸煮或潘地亚机连续蒸煮，预热+保温约30-50分钟，温度130-190度；(6)出料：得到高炉干渣造纸纤维，白度65-85％。
取以上制备好的高炉干渣纤维500公斤，与漂白针叶木浆500公斤混配；把木浆板先疏解，然后打浆到40-60叩解度；再把已处理好的造纸高炉干渣纤维与已备好的木浆混合打浆至65-70叩解度；然后每100公斤复合浆(绝干重)投放松香胶2公斤、硫酸铝0.5公斤、聚丙稀酰胺0.5公斤、羧甲基纤维素0.5公斤；经2-3级水力除渣，筛浆，脱气后送入流浆箱，上纸机即可抄造出单面胶版印刷纸，然后切纸(板)，打包，入库。抄造的单面胶版印刷纸技术指标见表1。
上述方法抄造每吨高炉干渣纤维复合单面胶版印刷纸，无制浆黑液排放，生产用水量100-120吨，造纸循环白水80％可在打浆、配浆中重复利用，排放的白液占20％，可经处理后排放。目前处理造纸黑液的费用约250元/吨纸，而处理排放白液的费用约80元/吨纸。采用高炉干渣纤维复合造纸其防腐性能比纯植物纤维纸提高10倍以上，吸湿性能比植物纤维纸降低30％以上，吸湿变形相应减小30％以上。
表1：利用高炉干渣纤维抄造的单面胶版印刷复合纸
技术指标与行业标准的比较
| 项目 | 单位 | 高炉干渣纤维纸技术指标 | 行业标准ZBY 32016-89 | |
| 技术指标 | 纸品等级 | |||
| 定量 | G/m2 | 47 | 40-50 | A等 |
| 紧度不小于 | G/m3 | 0.76 | 0.65 | A等 |
| 裂断长不小于 | Km | 3.73 | 2.8 | A等 |
| 耐折度 | 次 | - | - | - |
| 白度不低于 | ％ | 79 | 80 | B等 |
| 施胶度不小于 | mm | 0.5 | 0.5 | B等 |
| 平滑度不小于 | S | 48.1 | 40 | B等 |
| 耐温 | ℃ | 700 | 400 | |
| 交货水分 | ％ | 6 | 10 | |
| 成品率 | ％ | 95 | 95 | 国家一级企业 |
| 每吨纸耗浆 | 吨 | 0.99 | 0.95 | 国家二级企业 |
| 每吨纸耗标煤 | 吨 | 0.6 | 0.7 | 国家一级企业 |
实施例2生产胶印书刊纸
取与实施例1相同条件的高炉干渣纤维500公斤，漂白阔叶或针叶木浆500公斤进行混合(绝干重)；施加松香胶2公斤，硫酸铝0.5公斤；经2-3级水力除渣，筛浆，脱气制成复合浆，送入流浆箱，上纸机抄纸。抄造的胶印书刊纸技术指标见表2。
表2：利用高炉干渣纤维抄造的胶版书刊复合纸
技术指标与行业标准的比较
| 项目 | 单位 | 高炉干渣纤维纸技术指标 | 行业标准1211-91 | |
| 技术指标 | 纸品等级 | |||
| 定量 | g/m2 | 56.7 | 60 | B等 |
| 紧度不大于 | g/m3 | 0.57 | 0.85 | A等 |
| 断裂长不小于 | Km | 3.39 | 3.0 | B等 |
| 耐折度不小于 | 次 | 8 | 5 | A等 |
| 白度大于 | ％ | 62.7 | 60.0 | B等 |
| 施胶度不小于 | mm | 0.25 | 0.25 | A等 |
| 平滑度不小于 | S | 45.0 | 30.0 | B等 |
| 耐温 | ℃ | 700 | 400 | |
| 交货水分 | ％ | 6 | 10 | |
| 成品率 | ％ | 93 | 93 | 国家一级企业 |
| 每吨纸耗浆 | 吨 | 0.98 | 0.95 | 国家二级企业 |
| 每吨纸耗标煤 | 吨 | 0.60 | 0.7 | 国家一级企业 |
实施例3生产凸版印刷纸
取与实施例1相同条件的高炉干渣纤维500公斤，漂白草浆500公斤进行混合(绝干重)；施加松香胶3公斤，硫酸铝1.0公斤，造纸淀粉3公斤，滑石粉5公斤，聚丙稀酰胺0.5公斤、羧甲基纤维素0.5公斤；经2-3级水力除渣，筛浆，脱气制成复合浆，送入流浆箱，上纸机抄纸。抄造的凸版印刷复合纸技术指标见表3。
表3：利用高炉干渣纤维抄造的凸版印刷复合纸
技术指标与行业标准的比较
| 项目 | 单位 | 高炉干渣纤维纸技术指标 | 行业标准ZBY 32026-90 | |
| 技术指标 | 纸品等级 | |||
| 定量 | g/m2 | 50 | 52 | B等 |
| 紧度不大于 | g/m3 | 0.7 | 0.85 | B等 |
| 裂断长不小于 | Km | 3.73 | 2.8 | B等 |
| 耐折度 | 次 | 5 | 4 | B等 |
| 白度不低于 | ％ | 65 | 65 | B等 |
| 施胶度不小于 | mm | 0.25 | 0.25 | B等 |
| 平滑度不小于 | S | 45 | 35 | B等 |
| 耐温 | ℃ | 700 | 400 | |
| 交货水分 | ％ | 6 | 10 | |
| 成品率 | ％ | 94 | 94 | 国家一级企业 |
| 每吨纸耗浆 | 吨 | 0.98 | 0.97 | 国家二级企业 |
| 每吨纸耗标煤 | 吨 | 0.65 | 0.796 | 国家一级企业 |
Claims (9)
1.一种高炉干渣纤维复合纸，包括纤维主料和辅料，其特征在于：所述的纤维主料为高炉干渣纤维和植物纤维，主料包括(重量百分比)：高炉干渣纤维20-80％，木浆、草浆或废纸等植物纤维80-20％，制成复合浆；辅料为松香胶、硫酸铝以及选择性加入的造纸淀粉、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素和滑石粉，辅料占主料总量的比例(重量百分比)为：松香胶2-3％，硫酸铝0.5-1％，其它0-9％。
2.根据权利要求1所述的高炉干渣纤维复合纸，其特征在于：所述的复合浆可用木浆、草浆或废纸浆中的任意一种，也可选用其中两种或两种以上混合后再与主料混合。
3.一种高炉干渣纤维复合纸的制造方法，其特征在于：把木浆板、草浆板或废纸等植物浆先疏解、然后打浆到40-60叩解度；制备高炉干渣纤维、除渣、软化，然后与备好的植物浆混合打浆至65-70叩解度后，经2-3级水力除渣，筛浆，脱气，施胶和填加后制成复合浆，送入流浆箱，上纸机抄纸或纸板，切纸(板)，打包，入库。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述的高炉干渣纤维的制备方法包括如下步骤：配料、熔融、成纤、除渣和软化。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述的配料步骤为：高炉干渣和硅石为主要原料，高炉干渣所占比例50-80％，硅石所占比例50-20％，石料破碎为10-150毫米。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述的除渣步骤为采用两级刺辊干式除渣。一级刺辊采用锥型齿，二级刺辊采用锯形齿，纤维经过二级刺辊时，采用沉笼方式真空吸尘。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述的一级刺辊辊径为300-600毫米，转速1200-1700转/分。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述的二级刺辊辊径为180-350毫米，转速1100-1400转/分。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述的软化步骤为将纤维喂入蒸球供蒸汽间歇蒸煮或采用潘地亚机供蒸汽连续蒸煮，预热、保温30-100分钟，温度130-190℃。
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