CN1646763A - 用于生产纸张和纤维素的脱墨试剂 - Google Patents

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A·斯科尔迪亚洛
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Abstract

本发明涉及一种用于制造纸张和纤维素的脱墨试剂，其含有硅酸盐和基于丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸和/或它们的酯、腈或酰胺衍生物的被部分或完全中和或皂化的均聚物或共聚物。该脱墨试剂是通过用水玻璃中和和/或皂化所述类型的均聚物或共聚物得到的。

Description

用于生产纸张和纤维素的脱墨试剂
本发明涉及用于处理和由废纸制备原料纸张的脱墨试剂。
由于生态和经济的原因，回收的废纸、纸板和粘贴板渐渐成为制备纤维素和纸张的原料。在湿法废纸溶解的过程中，除了纯机械分离出不需要的组分，如金属、塑料，优选通过加入化学助剂洗掉不能机械分离的污染物和杂质，并除去印刷的颜料。这些化学助剂中，皂化的脂肪酸和表面活性剂是作为具有洗涤活性的物质，它们同时还支持浮选除去污染物。为了防止原料的再污染，加入氢氧化钠和水玻璃可加强洗涤溶液并且提高洗涤溶液的去污能力。为了从原料皂中除去不需要的污染物，表面活性剂、水玻璃、过氧化氢和其他化学物质也被用在脱墨过程中。漂白助剂和络合试剂可以改善所得到的纤维素和纤维物质悬浮液的亮度和白度。
含有如碱金属硅酸盐或水玻璃形式的硅酸盐的用于脱墨的化学助剂在下文中被称为“脱墨试剂”。
经济的脱墨方法的一个特征是实际上消费者要求高质量的纸张类型，这种要求只有在使用非常昂贵的纯纤维素或非常昂贵的闭合循环的方法并在脱墨时消耗比较大用量的化学物质和较大的损失时才可能满足。
用于脱墨方法中的水玻璃优选含有硅酸钠、硅酸钾或混合的硅酸盐，它可以作为可变浓度的水溶液被提供并使用。
基于丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸以及其两个碳原子之间具有可聚合双键的衍生物的聚电解质具有与水玻璃相似的去污能力。通过单一种类的单体聚合，形成均聚物，或者几种不同种类的单体聚合，得到所谓的共聚物。聚合产物的化学和物理性质是由使用的单体、聚合和反应的条件决定的。
参数可能的变化是：
——单体的电荷，如阴离子、阳离子或不带电荷的；
——离子型单体的类型，如丙烯酸、甲基丙烯酸等；
——非离子型共聚单体的类型，如疏水性共聚单体或亲水性共聚单体；
——不同单体间的用量比；
——聚合度和分子结构，如线性的、支化的或交联的。
由于不需要的副反应使这些物质没有充分发挥作用，而且由于在闭合循环中的循环水中额外输入的污染物以及高成本，在脱墨过程中单独使用这些物质都没有获得成功。
本发明的目的是提供一种改进的脱墨试剂。
所述的目的是通过提供一种含有硅酸盐和部分或全部中和的、或分别部分或全部皂化的基于丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸和/或它们的酯、腈或酰胺衍生物的均聚物或共聚物的脱墨试剂来实现的。
包含在本发明脱墨试剂中的硅酸盐(特别主要是碱金属硅酸盐)和均聚物或共聚物的组合改进了对释放的污染物质和印刷颜料的分散能力，而且还避免其重新黏附在纤维上。
本发明的用于制备本发明脱墨试剂的方法中使用的水玻璃包含水和优选含有硅酸钠、硅酸钾或混合的硅酸盐。它可以作为可变浓度的水溶液被提供并使用。所使用的水玻璃(含有碱金属硅酸盐)是一种水溶液，优选碱金属硅酸盐的活性物质以水玻璃为基准计的重量比为20-60重量％，更优选30-50重量％，特别优选38-45重量％。本发明所用的水玻璃中优选含有硅酸钠、硅酸钾或混合的硅酸盐，其中的二氧化硅与金属氧化物的摩尔比为1.0∶1到4.0∶1，优选1.0∶1到3.0∶1，特别优选1.8∶1到2.2∶1。Na2O与SiO2的比例要根据所希望的效果和成本的因素独立地适应于脱墨过程。本发明特别优选的硅酸钠溶液的密度为1.53克/毫升而且含有14.7重量％的Na2O和28.6重量％的SiO2。
基于丙烯酸或甲基丙烯酸或其如上所述的衍生物的水溶性聚电解质，或以与碱性水玻璃的分散液形式存在的这种聚电解质，经过中和或皂化，得到有利地作用于脱墨过程的本发明脱墨试剂。
可以用于本发明的均聚物的例子有聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸，完全酯化的聚丙烯酸酯或完全酯化的聚甲基丙烯酸酯，它们具有的MW优选为大约20000克/摩尔到大约200000克/摩尔，特别优选大约100000克/摩尔到大约200000克/摩尔，由此在酯化的均聚物中，酯化残基优选选自具有1到4个碳原子的直链烷基，如甲基和/或乙基。可以用于本发明的共聚物的例子有丙烯酸和甲基丙烯酸的共聚物，优选丙烯酸和甲基丙烯酸的摩尔比为10∶1到1∶10，而且MW为大约20000克/摩尔到大约200000克/摩尔，特别优选大约100000克/摩尔到大约200000克/摩尔。共聚物的例子也有部分酯化的丙烯酸的均聚物或甲基丙烯酸的均聚物，由此该共聚物的分子量和酯化残基优选和上述完全酯化的均聚物具有相同的指标，而且因此未酯化的羧基基团与酯化的羧基基团的摩尔比在约10∶1到1∶10之间。共聚物的进一步例子是游离丙烯酸单体或甲基丙烯酸单体的混合聚合产物，而且它们已经与丙烯腈和/或与甲基丙烯腈和/或丙烯酰胺和/或甲基丙烯酰胺共聚。对于后者例子的优选分子量范围和上述示例的均聚物具有相同的指标。丙烯酸/甲基丙烯酸单元和另一方面丙烯腈/甲基丙烯腈/丙烯酰胺/甲基丙烯酰胺单元的摩尔比优选在约10∶1到1∶10的范围内。
如果所用的水玻璃(例如，其中含有碱金属硅酸盐)的量少于以下官能团的等摩尔的量，均聚物或共聚物中存在的羧酸基团是只被“部分”中和，而且酯基、腈基或酰胺基只是被“部分”皂化，因此可以认为是碱金属硅酸盐特别是和能快速脱质子的羧酸基团以及能快速皂化的酯基团的定量反应。然而，存在于均聚物或共聚物中的羧酸基团优选是完全被中和的，也就是所用的水玻璃是充分大量过量的，使含水介质的pH达到至少大约为9，优选大约为12-14。根据本发明，存在于均聚物或共聚物中的酯基、腈基或酰胺基不是必须需要完全被皂化的。然而，优选在如果希望时可以通过使用充分大量过量的水玻璃、提高温度和采用足够长的反应时间使这些基团也被完全皂化，由此最终状态的pH值再次被调整到至少大约为9，优选大约为12-14。在特别优选的情况下，均聚物或共聚物被完全中和或完全皂化，直到形成聚电解质(聚羧酸酯)而且溶液显示的pH值大约为12-14。
在伴随有均聚物或共聚物中羧酸基团部分或完全脱质子的部分中和或完全中和的过程中，或在酯基、腈基或酰胺基的部分或完全皂化过程中，水玻璃中的部分碱金属硅酸盐被质子化而且因此可以形成硅胶，而且不再是碱金属硅酸盐。所有这些变化的可检测到的特征是它们含有硅酸盐。
对于中和和皂化，在反应器中存在着完全反应或部分反应的可能性而且受到温度和压力的支持。优选均聚物或共聚物的溶液或分散液在搅拌的同时加到水玻璃中。大体上是轻微放热的反应导致了温度的降低，这有助于正向反应。作为另一个选择，用均聚物或共聚物的稀水溶液或分散液也可溶解固体碱金属硅酸盐。基于丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸和/或它们的酯、腈或酰胺衍生物的均聚物或共聚物的含量以水玻璃为基准计优选是0.5-10重量％，更优选1-5重量％，特别优选1.5-3重量％。
为了进行废纸原料的溶解，将本发明的脱墨试剂和其它助剂加到溶解容器中。在溶解过程和纯化过程之后，分离出来的污染物和印刷颜料大部分通过浮选法可以机械除去，而且得到的纤维素和填料悬浮液可以作为制备高质量纸张类型的纸张原料。本发明脱墨试剂可以减少助剂的需要量和损失。可以改善纸张的质量，而使用其它方法只有使用更大量的化学物质和进而成本更高时才能达到同样的程度。本发明的脱墨试剂减少了化学物质的消耗，提高了可用的纸张原料的产量，减少了损失和处理损失物质的成本，减少了在密闭循环水管道形成污垢沉积的趋向。本发明的脱墨试剂，例如基于有机聚合酸的部分或完全被水玻璃中和的脱墨试剂，提高了可反复利用的纤维素纤维和填充材料的产量而且减少了损失。提高了原料的亮度和白度。同时具有的螯合和临界特点减少了在水密闭循环中形成水垢和有害的污垢沉积。也可以减少不期望的水溶性印刷颜料的红颜料。用在本申请上下文中关于水溶性红色印刷颜料的术语“减少”应当作降低理解，而不是作为化学还原理解。
实施例1：制备脱墨试剂
在20℃下搅拌100克浓度为50％的水玻璃溶液，其中含有比例为14.7％的Na2O与28.6％的SiO2。将3克的浓度为50％、MW为150000克/摩尔的聚丙烯酸连续加入。反应结束后，将脱墨试剂转用于脱墨过程中。
实施例2：在原位制备脱墨试剂
将废纸和制备脱墨试剂的起始材料连续加入到脱墨装置的溶解罐中。水玻璃的比例为1.2％。其中3％的水玻璃在静态混合器和反应管道中被具有50％聚合物含量而且MW为150000克/摩尔的聚丙烯酸所置换，然后直接转用于脱墨过程中。
实施例3：在原位制备脱墨试剂
在脱墨装置的原料溶解(制浆机或MFF装置)中，将废纸和脱墨助剂连续加入。水玻璃的比例为1.2％。其中3％的水玻璃在静态混合器和反应管道中被具有50％聚合物含量而且MW为150000克/摩尔的聚丙烯酸所置换，然后直接转用于脱墨过程中。
实施例4：脱墨过程中使用的本发明脱墨试剂和水玻璃之间的比较
在脱墨过程中，将传统的水玻璃和实施例1中的本发明脱墨试剂进行比较。脱墨混合物中含有0.4％的脂肪酸、0.25％皂化氢氧化钠、0.5％的氢氧化钠、分别1.2％的传统水玻璃或本发明的脱墨试剂，以及0.7％的过氧化氢。
浮选后，校正损失以后得到的数值：
                      传统的水玻璃           本发明的脱墨试剂
墨的消除量            71.37％                81.82％
亮度                  59.02％                68.31％
白度R 45760           55.78％                64.48％
损失减少3.5％

Claims (12)

1.一种制备脱墨试剂的方法，其特征在于基于丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸和/或它们的酯、腈或酰胺衍生物的均聚物或共聚物分别地是被水玻璃部分或完全中和，或者部分或完全皂化。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于所述的水玻璃含有碱金属硅酸盐，该碱金属硅酸盐选自以下物质：SiO2与Na2O的摩尔比例在1∶1到4∶1之间的硅酸钠，SiO2与K2O的摩尔比例在1∶1到4∶1之间的硅酸钾，和SiO2与Na2O和K2O之和的摩尔比例在1∶1到4∶1之间的混合钠/钾硅酸盐。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于所述的水玻璃是碱金属硅酸盐的水溶液，其中碱金属硅酸盐的含量以水玻璃为基准计是20-60重量％。
4.根据权利要求1到3之一的方法，其特征在于所用的均聚物或共聚物与水玻璃的重量比例为0.5∶100到10∶100。
5.根据权利要求1到4之一的方法，其特征在于将固体碱金属硅酸盐溶解在基于丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸和/或它们的酯、腈和酰胺衍生物的均聚物或共聚物的稀释的水溶液或分散液中。
6.根据权利要求1到5之一的方法，其特征在于中和和/或皂化在非连续反应容器中进行。
7.根据权利要求1到6之一的方法，其特征在于中和和/或皂化是在用于脱墨之前直接在原位完成的。
8.根据权利要求1到7之一的方法，其特征在于所述均聚物或共聚物是丙烯酸和/或甲基丙烯酸的均聚物或共聚物。
9.一种水溶液脱墨试剂，含有硅酸盐和分别基于丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸和/或它们的酯、腈或酰胺衍生物的被部分或完全中和的、或者被部分或完全皂化的均聚物或共聚物。
10.根据权利要求9的脱墨试剂，其特征在于所述的均聚物或共聚物是丙烯酸和/或甲基丙烯酸的均聚物或共聚物。
11.权利要求9或10的脱墨试剂或根据权利要求1到8之一的方法得到的脱墨试剂用于处理废纸的用途。
12.权利要求9或10的脱墨试剂或根据权利要求1到8之一的方法制备得到的脱墨试剂用于减少水溶性红色印刷颜料的用途。
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