CN1823197A - 加载纤维悬浮体的方法及实施该方法的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种以碳酸钙加载含纤维素纤维的纤维悬浮体的方法，其包括下列步骤：将液态或干燥态的氢氧化钙或氧化钙加入纤维悬浮体中，将气态二氧化碳引入该纤维悬浮体中，通过二氧化碳沉淀出碳酸钙和在加载过程中研磨该纤维悬浮体。

Description

加载纤维悬浮体的方法及实施该方法的装置
本发明涉及一种以碳酸钙加载纤维悬浮体的方法。
已知多种以碳酸钙加载纤维悬浮体的方法。其中，在US 6413365B1中描述了一种方法，在该方法中纤维材料与存在于悬浮体中的氧化钙和/或氢氧化钙一起经输入导管输送。从该输入导管再将该纤维悬浮体送入旋转的分布设备中。反应气体以环形导入纤维悬浮体中；由此在纤维悬浮体中形成碳酸钙-晶体。该碳酸钙-晶体经旋转分布设备分布在纤维悬浮体中。该过程称为纤维加载-过程。
由DE 10107448A1和DE 10113998A1中已知另一种以填料或助剂加载含于纤维悬浮体中的纤维的方法和装置。
用该已知的方法可制备各种香烟纸、纸板和包装纸；各种袋装牛皮纸和含填料的纸，如滤纸。下面适于制备香烟纸：香烟纸是一种面重为16-26g/m2的纸。纸中常加有压印辊印纹，并应是非常薄的、可微燃的和无味的。此外，在白度方面应具有优良的光学值。该可燃性主要是通过浸渍达到的，以留下一种看来舒适的白灰。香烟纸主要由亚麻纤维或大麻纤维、棉花、硫酸纸浆、造纸机废物以及由其它纤维源制备。香烟纸的填料含量为5-40％，标准值为30％。
包装纸和硬板纸可分为三大类：适于包装应用的箱盒纸、适于消费包装领域应用的箱合纸和特殊纸如壁纸、书背纸等。包装纸通常制成面重超过150g/m2的多层产品。研磨度按所制备的成品计为600-50CSF或20-80°SR。
袋装纸需要高的孔隙度和高的机械强度，以符合在装填过程和长期应用中的粗糙(Raue)操作所产生的高要求如水泥袋的情况。该纸必需紧固足以吸收碰撞，并与此相应的有高的能量吸收率。该袋装纸还必需是多孔的和足够的透气，以确保易于装填。袋装纸例如由长纤维牛皮纸浆制备的面重为70-80g/m2和研磨度为600-425CFS或20-30°SR的产品。此外，如上所述力求一种较中等的研磨度，其主要通过高稠度研磨达到，而在通常纸类情况如画图纸下可使用低稠度研磨。高稠度研磨的结果是纤维相互间的良好接合以及高的孔隙度。该袋装纸主要由漂白的和未漂白纤维制备，其中的填料含量可为5-15％。
滤纸需要高的可控的孔隙度和孔分布。该纸必需具有足够高的机械强度，以耐受要滤过的介质的穿流。
生产滤纸的面重应为12-1200g/m2。例如在空气过滤器情况下，其面重为100-200g/m2，在油过滤器和动力燃料过滤器情况下，其面重为50-80g/m2，在食品过滤器的情况下，其面重达1000g/m2，在咖啡过滤器的情况下，其面重达100g/m2，在茶袋情况下，其面重为12-20g/m2和在吸尘袋情况下，其面重为100-150g/m2。所有过滤器均由多种纤维如纤维素纤维、漂白的和未漂白的纤维、牛皮纸浆、DIP-(脱墨的(Deinked)-)-纸、回收的纤维、TMP-(热力学)-纸等制备。
本发明的目的是提供一种方法，该方法进一步改进开始所述的方法。
本发明的目的是通过具有下列方法步骤的方法实现的：
·将液态或干燥态的氢氧化钙或氧化钙加入纤维悬浮体中，
·将气态二氧化碳引入该纤维悬浮体中，
·通过二氧化碳沉淀出碳酸钙，和
·在加载过程中研磨该纤维悬浮体。
本发明描述一种方法其制备具有加载沉淀碳酸钙的纤维(Fiber LoadedPrecipitated Kalzium Karbonate(FLPCC))和同时经受研磨处理的方法，在研磨处理中待加载的纤维原料可由回收纸、DIP(＝脱墨纸)、二次纤维、漂白的和未漂白的纸浆、木素、漂白的或未漂白的硫酸纸浆、生产物质废物、亚麻、棉花、和/或大麻纤维(主要是香烟纸)和/或各种可在造纸机中应用的纸原料组成。其与成品是否含有通过以间歇反应的沉淀过程或通过研磨过程制备的填料无关或与是否使用滑石、二氧化钛(TiO2)、硅等无关。该研磨过程也称为GCC-法(GCC＝研磨碳酸钙)。
如果用纤维-加载-技术处理纤维悬浮体，则产生一种全新的可用于造纸应用领域的产品，其与现有技术的产品相比具有新的和改进的特性。该纤维-加载-技术可直接在造纸厂的物质加工中沉淀填料特别是碳酸钙，它在纸纤维上、在纸纤维中和在纸纤维之间均匀分布和淀积，并使该经处理的纤维在沉淀过程中同时经受在研磨机中的纤维处理。
制备具有同时研磨处理的沉淀碳酸钙的方法是借助于纤维-加载-组合工艺按下面详述的工艺数据进行，对此可参阅DE 10107448A1、DE 10113998A1和US 6413365A1。
利用本发明所描述的FLPCC-组合过程，可通过用纤维-加载-组合工艺技术制备的填料材料取代现有技术使用的填料材料。用纤维-加载-组合工艺技术制备的填料的应用领域可扩展到所有纸类的造纸应用领域，包括香烟纸类、滤纸类、袋装牛皮纸类和硬板纸类和包装纸类，这些纸类的填料含量为1-60％和/或其具有填料含量为1-60％的白色涂层。该加载的和制备的纸类可由回收纸，由脱墨纸(DIP)、二次纤维，由漂白的和未漂白的纸浆、木素、漂白的或未漂白的硫酸纸浆、生产物质废物、亚麻、棉花、和/或大麻纤维(主要是香烟纸)和/或各种可在造纸机中应用的纸原料制备，与该成品是否含填料无关。
与按其它方法制备的纤维相比，用纤维-加载-组合工艺技术制备的纤维通常具有较高的脱水特性；该脱水能力的改进在5-100CSF或0.2-15°SR时与所需研磨度有关。此外，按纤维-加载-方法制备的物质或纸浆具有较低的2-25％的滞水能力，其依赖于制备所用原料。这就可有效地制备各种纸类如各类的FL(FL＝纤维加载的)-复印纸和印刷纸、各类FL-涂敷纸、各类FL-报纸印刷纸和各类FL-香烟纸、各类FL-B&P-纸、FL-袋装牛皮纸和FL-滤纸，因为可较快地去除物质悬浮体中存在的水。因此该物质也可较快干燥。
在不需填料的FL-香烟纸、FL-B&P-纸、FL-袋装牛皮纸和FL-滤纸情况下，在研磨工艺前、研磨工艺后或通过物质给料槽后或送入造纸机前可借助附加连接的洗涤过程将游离填料去除。这涉及未在纤维上或在纤维中淀积的填料并因此相应地可洗去。该纤维本身还在内部和外部配有填料，以可利用纤维-加载-技术的有利效果。
该纤维-加载-技术可在研磨工艺前或后应用，这可按照成品所提的要求而定。
与现有技术相比，采用纤维-加载-组合技术可在有利于能量利用下达到较高的研磨度，因为可节省达50％的研磨能量；这特别是对在其制备中要通过研磨工艺或具有高的到非常高的研磨度的所有纸类均有有利的影响，如FL-香烟纸、FL-B&P-纸、FL-袋装牛皮纸和FL-滤纸。特别是具有100-25CSF或68-90°SR的FL-香烟纸、具有600-50CSF或20-80°SR的FL-B&P-纸、具有600-425CSF或20-30°SR的FL-袋装牛皮纸和具有600-350CSF或20-35°SR的FL-滤纸。
通过高的研磨度达到成品的高机械强度对制备FL-香烟纸、FL-B&P-纸、FL-袋装牛皮纸和FL-滤纸产生有利的结果，因为通过在造纸机的不同工段如压制段、干燥段和卷绕纸辐面的区域依赖于工艺的机械负荷，该所制备的中间产品和制备的成品通过使用卷绕机、滚翻机和转换机而承受高负载。特别是在制备香烟纸时，在所用的香烟纸上形成高的机械负荷，它部分也受低的面重和卷绕机的使用条件所限定。
通过较好的干燥即干燥到残余湿度为1-20％，可增加所有纸类的效率。较高的水滞留能力即1-25％对在制备过程中较小的返湿作用以及所制得的纸辐面的印刷起有利影响。对所有纸类的另一优点是较高的白度或约达15亮度点或更高的光学值，该光学值对制备有或无白色涂层的所有形式的纸和硬纸板是很重要的。通过应用纤维-加载-技术也改进了光学值，例如在香烟纸的情况下可改进约达10亮点或更多。
在上述纸类情况下，该纤维加载的另一优点在于，压光是针对特定的应用而配置的，这里通过应用纤维加载所谓的黑化(上黑光)因FL-颗粒淀积在该纤维中、纤维周围和纤维上而受到抑制或消除。
本发明的有利实施方案由从属权利要求、说明书以及附图给出。
按照本发明的实施方案，以稠度为0.1-20％，优选2-15％的含水纤维材料，特别是含水纸浆作为原始材料。
按本发明作为填料优选将氢氧化钙混入含水纤维材料，特别是纸纤维中，其中这种固含量为0.01-60％。按本发明也可使用氢氧化钙或氧化钙之外的其它原始材料来形成填料。
该氢氧化钙通过静态混合器或通过接受槽混合。其优选是将二氧化碳相应于反应参数混入稠度为0.1-15％的湿的纤维料悬浮体中。同时在二氧化碳-气氛中沉淀出碳酸钙。
按本发明，在加载过程(纤维加载)的同时在结晶器装置中进行研磨过程；其中输入的研磨能为0.1-300kWh/吨干纸料；这时氢氧化钙和二氧化碳的短的反应时间是重要的。用于制备不同形式的晶体的能量输入即纸悬浮体的热量或加热对本发明是重要的。
依使用的各反应器不同，可将纸含量为0.01-60％的含水纸浆用作原始材料。
在该方法的有利方案中，使用匀浆机、分散机和/或疏解机-FLPCC-反应器作为反应器和/或静态混合器，这时该纤维含量，特别是纸含量在静态混合器中为0.01-15％；在匀浆机中和分散机中为2-40％和在疏解机-FLPCC-反应器中为15-60％。
按照本发明，在加入二氧化碳或氢氧化钙或氧化钙之前、之中或之后要加入稀释水。在混入二氧化碳时在氢氧化钙-溶液或氢氧化钙-悬浮液中沉淀出碳酸钙。当将氢氧化钙加入到在二氧化碳-气氛下的水中时，该沉淀反应完全反向发生。这时在加入二氧化碳或氢氧化钙之前、之中或之后可加入稀释水。
适于该沉淀反应的能耗优选为0.3-8kWh/t，特别是0.5-4kWh/t。
同样，该工艺温度优选为-15-120℃，特别是20-90℃。
按本发明可产生菱形的、偏三角面体的和球形的晶体。
有利的是，晶体的尺寸为0.05-5μm，特别是0.3-2.5μm。可使用静态的和/或动态的，特别是旋转式的混合设备。该方法优选在压力为0-15bar，特别是0-6bar下进行。这时pH-值优选为6-10，特别是6.5-9.5。反应时间优选为0.01-1分，特别是0.05-10秒。
下面以实施例和单张附图详述本发明。该图示出用于加载纤维悬浮体的设备的概略图。
将纤维悬浮体送入设备1(图)的安装有调节阀10，12的管线体系中用于以碳酸钙加载该纤维。将调节阀10安装在管线14中，经管线14使管线体系与静态混合器16相连接。经阀门18可向该混合器加入稀释水。同样经另一个安装在管线20上的阀门22可调节氢氧化钙悬浮液的流入。该氢氧化钙悬浮液由备料设备24提供，在设备24中将固态氧化钙或氢氧化钙引入水中。为此经安装有阀门26的管线将水送入备料设备24中。在该备料设备中产生的悬浮液经管线20中的泵28泵送。
加有氢氧化钙的和稀释的纤维悬浮体从混合器16流入安装有阀门32的管线30。从管线30将该悬浮体直接送入分散器42(结晶器)。该分散器经安装有阀门44，46和安装有泵48的用于输入二氧化碳的管线50与二氧化碳贮罐52相连接。二氧化碳从该贮罐送入分散器42，以在那里发生所需的氢氧化钙与二氧化碳的沉淀反应并形成用作纤维中的填料的碳酸钙。也可从接受槽混入氢氧化钙而不使用混合器16。
该管线50经另一阀门58与静态混合器60相连接，该混合器用于经安装有阀门62的管线64向从分散器42流出的纤维悬浮体中再添加二氧化碳。
还可经阀门12和管线70向混合容器68送入未混有氢氧化钙的纤维悬浮体。
该纤维悬浮体从混合器60流入混合容器66(混合物槽)，该混合容器66安装有转子(68)以完全混合该纤维混合物。该纤维悬浮液从混合容器66流出或直接流入造纸机的给料罐或经受另外的机械处理例如在匀浆机料槽中处理。
还可在管线体系中引入匀浆机80以通过附加的研磨过程精制该纤维悬浮体。经从管线30分出的管线82将纤维悬浮体送入匀浆机80中。来自匀浆机80的经再次研磨的纤维悬浮体经管线84进入管线64，并如上所述在那里，进入容器66，
还可设计成经从管线50分出的管线86和与管线82相连接的静态混合器88将来自二氧化碳贮罐52的二氧化碳送入匀浆机80。
与现有技术已知的设备相比，按本发明的用于以碳酸钙加载纤维悬浮体的结构的优点在于可不使用用于匀质化该纤维悬浮体的机器如螺旋挤压机和用于匀质化该纤维悬浮体的均调机。该容器82还承担了研磨过程，以致与现有技术相比可大大简化了该物质加工的结构。该研磨过程同时用作搅拌过程，以通过剪切过程将碳酸钙淀积在纤维中。
在本发明的通过加载过程以加工纤维悬浮体的方法中使用氢氧化钙(石灰水合物，石灰乳)，该氢氧化钙在水中的溶解度于从20℃下的1.65g/l，到100℃下的0.7g/l。这时pH-值达12.6，按此是完全达到最大值的溶液浓度。在市售的石灰水合物浓度，固含量可实现0-60％，这时该悬浮体的pH-值最大为12.6。在该悬浮体中石灰水合物的真实含量由溶解的量和固体浓度组成。
对20℃下的每升含20％氢氧化钙的悬浮体产生1.65g氢氧化钙的溶解重量和固含量198.35g。因为对纤维-加载-过程(FL-过程)，该转化速率或反应速率对FL-过程的成品有影响，所以力求应用具有尽可能短的转化时间的石灰水合物。
对通过溶解过程制备石灰水合物，实现了平均粒度为0.01-100mm，特别是0.05-50mm的氧化钙(CaO)。此外优选通过温烧过程制备该所应用的氧化钙。
附图标号表
1    设备
10   调节阀
12   调节阀
14   管线
16   混合器
18   阀门
20   管线
22   阀门
24   备料设备
26   阀门
28   泵
30   管线
32   阀门
42   分散器
44   阀门
46   阀门
48   泵
50   管线
52   二氧化碳贮罐
58   阀门
60   混合器
62   阀门
64   管线
66   混合容器
68   转子
80   匀浆机
82   管线
84   管线
86   管线
88   混合器

Claims (18)

1.一种以碳酸钙加载含纤维素纤维的纤维悬浮体的方法，其包括下列步骤：
·将液态或干燥态的氢氧化钙或氧化钙加入纤维悬浮体中，
·将气态二氧化碳引入该纤维悬浮体中，
·通过二氧化碳沉淀出碳酸钙，和
·在加载过程中研磨该纤维悬浮体。
2.权利要求1的方法，其特征在于，输入的研磨能为0.1-300kWh/吨干纸料，其中该加载和研磨是在分散器(42)中进行。
3.权利要求1或2的方法，其特征在于，使用稠度为0.1-20％，优选2-6％的含水纤维材料，特别是含水纸浆作为原始材料。
4.权利要求1-3之一的方法，其特征在于，将氢氧化钙混入含水纤维材料，特别是纸纤维中，其中氢氧化钙的固含量为0.01-60％。
5.权利要求4的方法，其特征在于，该氢氧化钙通过静态混合器(16)或通过接受槽混入。
6.权利要求1-5之一的方法，其特征在于，将二氧化碳混入含水分的纤维悬浮体中。
7.权利要求1-6之一的方法，其特征在于，应用匀浆机(80)、分散机(42)和/或疏解机-FLPCC-反应器作为反应器和/或静态混合器，这时该纤维含量，特别是纸含量在静混合器中为0.01-15％；在匀浆机(80)中和分散机(42)中为2-40％和在疏解机-FLPCC-反应器中为15-60％。
8.权利要求1-7之一的方法，其特征在于，稀释水在加入二氧化碳或氢氧化钙或氧化钙之前、之中或之后加入。
9.权利要求1-8之一的方法，其特征在于，适于该沉淀反应的能耗为0.3-8kWh/t，特别是0.5-4kWh/t。
10.权利要求1-9之一的方法，其特征在于，该工艺温度为15-120℃，特别是20-90℃。
11.权利要求1-10之一的方法，其特征在于，产生菱面体的、偏三角面体的和球形的晶体。
12.权利要求11的方法，其特征在于，该晶体的尺寸为0.05-5μm，特别是0.3-2.5μm。
13.权利要求1-12之一的方法，其特征在于，使用静态的和/或动态的，特别是旋转式的混合设备(68)。
14.权利要求1-13之一的方法，其特征在于，该方法在压力为0-15bar，特别是0-6bar下进行。
15.权利要求1-14之一的方法，其特征在于，该方法在pH-值宜为6-10，特别是6.5-9.5下进行。
16.权利要求1-15之一的方法，其特征在于，反应时间为0.01-1分，特别是0.05-10秒。
17.一种用于实施权利要求1-16之一的装置。
18.一种用于实施权利要求1-17之一的设备，其特征在于，其具有用于将氧氧化钙混入纤维悬浮体中的静态混合器(16)和用于研磨和/或疏解纤维悬浮体和用于使氢氧化钙在二氧化碳气氛下发生沉淀并形成在纤维悬浮体中的以碳酸钙加载纤维的分散器(42)和/或匀浆机。
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