TWI292790B - White pitch deposit treatment - Google Patents

Description

1292790 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 在造紙系統中的有機沉積物能造成生產率的損失及因 形成點、洞及裂縫而降低完成紙之品質。造成這些有機沉 積物的原因是木材本身自然發生 玍的树知或從合成物質而來 ，如發現於回收的木漿中黏荽亦丨丨 ^ T黏者劑，熱熔物或乳膠。這些組 份是厭水性的及累積在加工的水。、> 一 + 、 中攻些》儿積物會凝聚及 附者至造紙機器表面或紙張襄 表源自木材的沉積物被稱為 木材树脂，而從人造物質而氺 物貝而來的沉積物被稱為黏性物或白 色樹脂。白色樹脂是塗料黏合劑晶格特有的，例如苯乙稀 丁二烯橡膠（SBR)及聚乙酸丙烯g旨。 紙之製造，依最簡單的意義，包含從木材生產紙浆， 使紙漿與水混合成泥漿，及形成紙漿卡紙，韻經壓水及 乾_形成紙。在關鍵的形成步驟’紙漿/水之泥漿（配料 於造紙機器的濕紙網上以卡紙之形式生成。多餘的水及細 絲（白色水）通過濕紙網上的卡紙及回收使用。形成的網前 往造紙機器之壓水及乾燥區，其中卡紙變成紙。 ▲紙業用破裂的紙-詞來摇述沒有符合規定及因此無法 買出的紙。這種紙通常在紙廠内相收以重新獲得纖維， 仁亦可貝至其他紙廠作為纖維的來源。亦可塗佈這種破裂 的紙’在製造當時塗上塗料於紙張之基底。經塗佈的紙被 稱為塗佈破紙。紙業用廢紙一詞來描述顧客曾經使用過的 紙。它通常以”後顧客消耗”稱之。這種紙通常被收集及 在、’’氏廠回收利用以重新獲得纖維。亦可塗佈廢紙，在製造 1292790 :時塗上塗料於紙張之基底' 經塗佈的廢紙被稱為塗佈廢 、夕。回收的塗佈紙能夠是破裂的或廢紙。在最近幾年，許 夕：廠有遭遇塗佈紙回收的問題因為塗佈引進物質，其在 ::凊况下不會存在於用來製造基底紙張之原始 料中。 、—正常地包含各種的顏料及黏合劑。典型使用的顏 料函蓋★多類型的白土’碳酸鈉，二氧化鈦，及其他特殊 真充物。咸認為白色樹脂的問題主要由黏合劑引起，其包 括從笨乙稀_丁 —烯及聚乙酸丙烯g旨樹脂^生的乳膠聚合物 及天然的黏合劑，例如澱粉。 在造紙工業界，知道白色樹脂問題已有一些時間了。 =色樹脂是黏性的、淺灰色㈣f，其係為發現於造紙機 态之濕端、壓水成型、或乾燥區的金屬表面之沉積物。它 被％為’’白色’’以與棕色或黑色的樹脂區別，其由包含於木 ^之物質造成。白色樹脂亦發現於白色水系統。有時候， 樹脂沉積物在造紙機器之乾燥區碳化而產生黑色的沉積物 。已顯示白色樹脂問題造成的原因是使用相當多的塗佈紙 ;配料中，其係發生在面臨這種問題的造紙麻。當塗佈紙 被重新散漿時，白土或礦物質及塗料中的乳膠不會立即分 月文於紙漿中，但生成黏聚物，其導致白色樹脂。白色樹脂 能塗佈於設備或於紙上形成缺陷，如果它隨著紙漿流進造 紙機器。長時間的停機，經常清洗，紙張缺陷，例如洞， 及紙張裂縫之數目增多是與白色樹脂沉積物有關地代價高 的問題。設備清洗是常有的，因為沉積物能被發現於金屬 1292790 續、桌上型滚轴、直办γ 及整個壓 異二相、乾燥筒及乾燥毛布 水毛布上。 【先前技術】 各種處理白色樹脂問題的答案已曾被建議。紙業目前 正使用或,平估，午多沉積物控制化學藥品。冑由捕捉及分散 紙張上的小乳膠肋，能控制白色樹脂的問題。更特別地 ’乳膠顆粒應該在通過重散漿機後立即附著至纖維上。這 時，、乳膠顆粒是小的且陰離子性的，&因此它們能離開系 統成為紙張的-部分。因為乳膠顆粒及纖維兩者的陰離子 特斂’具有低分子量及高陽離子電荷之添加物是最適合於 此用逆的。然而，只有添加物也許不足以包含紙張的乳膠 顆粒，及使用與添加物相容的滯留輔助劑對成功地控制白 色樹脂而言可能是重要的。 合成的聚合物是最成功的用於白色樹脂之已知抗沉積 物。他們是高陽離子性的，以使它們能在纖維、乳膠顆粒 、及添加物之間產生強的靜電鍵結。一旦鍵結後，纖維在 滞留辅助劑的幫助下將攜帶乳膠顆粒通過磨機，及膠顆將 變成完成紙的一部分。中分子量的聚乙二醇，胺/乙二醇 或聚環已亞胺聚合物已經顯示可來於降低白色樹脂。 一些處理白色樹脂問題之方法描述於下面文件。 美國專利號 5,131，982，（Michael R. St· John)描述使用 包含有聚合物及共聚物之DADMAC來處理從塗佈破紙回 收使用之纖微素纖維，以使其適用於造紙。 美國專利號4,997,523(Pease等人）描述合併使用四級 1292790 官能基的烷氧化的二胺與磷酸鹽化合物、膦酸醋化合物或 碟酸以減少白色樹脂之沉積於造紙設備上。 美國專利就4,643,800(Mal〇ney等人）描述合併使用 氧非離子性的界面活性劑（其中—隸端已被脂族或 烷土方土叔取代及另一經基端已被聚氧丙婦基或苯甲喊基 取代）與中分子量_-5〇，_)的多電解質分散劑於重新散 襞的過程中以移除及分散來自二級纖維的污染物。 使用聚合物來控制白色樹脂有幾項缺點。聚合物一般 在費用上疋不經濟的。例如，一種為四級胺聚合物之聚環 已亞胺（PEI)是有效控制白色樹脂的添加物，然而其使' 費相當的高。 控制白色樹月旨有其他的解決辦法。過去一般使用滑石 ，及現今有時仍使用來控制沉積物。當作為表面_活性填充 物，滑石藉著沿樹脂顆粒周圍區域去除黏性之方式控制沉 積物。然而’這僅是暫時解決樹脂問題的方法，當加工持 續進行時，問題會重新出現。滑石不會㈣乳㈣粒至纖 、准上及因此备文到剪力時，新的黏性區出現而引起沉積 物。同日夺’與樹脂顆粒之表面反應以使其變得較無點性之 添加物提供暫時解決的方法以控制白色樹脂。發表的美國 專利申請2001/0023751描述使用聚乙烯醇及漿土以降低黏 性污染物之方法。聚乙烯醇作為用於顆粒之掩蓋劑。這問 題關係到需要使用過量的聚乙稀醇。漿土吸收過量的聚^ 烯醇。 【發明内容】 1292790 發明概要 本發明是一種用 積物控制系統，其包含：機二色樹脂/黏性物之紙浆的沉 凝聚劑及微乎… …、機的或有機的(天然的或合成的) 疋承片〗及u叔物質（合成的或 ，交聯的聚合物，膠”石，二例如漿土白土 兩種組份的順序是基本的=，或❾夕石。添加這 樹脂的好處。“人w的過程巾降低白色 & 次Λ月於散漿機或濃稠材料容器中， 及可加入微粒於散漿機 十㈣中 詳細說明 之出口處在材料稀釋前。 度量結果顯示於圖1中。背水(滤液)之濁 度颃不礼膠礼液顆粒 理塗佈破紙的情況，使用度:相較於沒有處 。然而，添加微粒物質及凝=為早一組份會降低濁度 數據顯示更多的白色濁度顯著降低。這 .,.^ _ 色树曰黏性物顆粒是與材料在一起而非 重新循裱於造紙系統中。 統顯著地降低白色樹⑽^驗、。果顯不喊聚劑/微粒系 色树月曰/黏性物之累積於造紙系統中。 本發明是一種用於白人士 i ^ ^ . 、 3有白色樹脂/黏性物之紙漿的沉 t、玉其包含無機的或有機的（天然、的或合成的） 政聚劑及微粒物質（合成的或自然發生的>，例 ’交聯的聚合物’膠體石夕石，聚石夕石或•夕石。 凝聚劑能夠是盔機的十士 機的或有機的（天然的或合成的）物質 。合適的有機的凝聚劑會 、 物，其通常是循二二:低、高電荷密度聚合 量%之陽離子性單…至=同元聚合物或至少80重 ^ 至20重量〇/❻之丙烯醯胺或其他的 11 1292790 非離子性單體之共聚物。陽離子A At 勿離卞暴姥從氯化二烯丙基二甲 基I安及二燒基胺基烧基（甲基而祕 幻Μ醋及-丙#醯胺卜般是 以四級銨或酸加成鹽之型式）衍味而点 飞J何生而來。二f基胺基乙基丙 稀醋或甲基丙稀酸四級録鹽經常是特別佳的。或者，^ 齊!能夠是縮合聚合物，例如二氰醯胺聚合物，多元胺或聚 環已亞胺。能使用無機的凝㈣（例如明礬，石灰，氣化鐵 ，及硫酸亞鐵）。 可用於本發明這-方面之陽離子性凝聚劑物質包括熟 知的市售低至中分子量水溶性的聚次煙基多元胺，其涵蓋 那些由次烴基多元胺與二官能基的函化烷反應製備而得： 。這種類型的物質涵蓋縮合聚合物，丨由氯化乙烯與氯北 乙烯銨、氨及二級胺（例如二甲胺，環氧氣丙烷-二甲胺， 環氧氯丙院_二甲胺氨， 聚環已亞胺，及其類似物） 之反應製備而得。在某些例子，陽離子性殿粉可用來作為 凝聚劑。無機的凝聚劑，例如明礬及多元氯化銨，亦可用 於本發明。無機的凝聚劑之使用量典型地從〇 〇〇5至1重 里％ ’以配料中纖維之乾重為基準。 較佳的凝聚劑是陽離子性多電解質，其為具有數均分 子罝大於30〇,〇〇〇但小於2,〇〇〇,〇〇〇之聚二烯丙基二^ 低碳烷基）銨鹽。 11 3 U粒物質能夠是合成的或自然發生的。合適的微粒物 貝見例疋可膨脹白土物質，交聯的聚合物，膠體矽石， 取k自下列微粒陰離子性物質之懸浮液：漿土，腰體 矽石，聚矽酸鹽微膠，聚矽酸微膠及水溶性的單體物質之 12 1292790 交聯的微乳液。 微粒物質是廣泛用於造紙業作為滯留辅助劑，特定言 之用於生產細密紙。一此種系統運用可膨脹白土以改善滯 留與進水之併用，如揭示於美國專利號4,753,71〇及 4,913,775，其揭示以引用方式納入本說明書中。在

Langley等人揭示的方法中，加入高分子量線形的陽離子 性聚合物至水性纖維素的造紙懸浮液中在施加剪力於懸浮 液之前，接著加入可膨脹白土，如漿土，在施加剪力之後 。剪割一般是由一種或以上造紙方法之清洗、混合及灌注 階段所提供，及剪力將高分子量聚合物生成的大塊物分解 成微塊物。更進一步的凝聚接著由添加漿土白土顆粒而產 生。 其他的微粒計畫是建立在使用膠體矽石作為微粒與陽 離子性澱粉併用，如揭示於美國專利號4,388，15〇及 4,3 85,961，其揭示以引用方式納入本說明書中，或使用陽 離子性殿粉、凝聚劑，及矽石膠組合，如揭示於美國專利 號5,098,520及5,185,062，其揭示亦以引用方式納入本說 明書中。美國專利號4,643,801為一種使用高分子量陰離 子性水溶性聚合物、分散的矽石、及陽離子性澱粉製備紙 之方法申請專利。 更進步的微粒是從爛石夕石衍生而來的，較佳的蝴石夕 石膠體顆粒之水溶液具有硼對矽之莫耳比例從1 : 1〇〇〇至 100:1及一般是從1:100至2:5。微粒滯留輔助劑能夠是具 有化性類似硼矽石玻璃之硼矽石膠體。該膠體製備一般是 13 1292790 由使包含有硼化合物之鹼金屬鹽與矽酸在可導致膠體生成 的狀況下反應。硼矽石顆粒可有很廣範圍的顆粒大小，例 如從1奈米至2微米（2000奈米），及較佳的從i奈米至i 微米。 微粒可以是無機的，例如膠體矽石（例如描述於美國專 利號4,643,801)，聚矽酸鹽微膠（例如描述於歐洲專利號 EP-A-359,552)，聚矽酸微膠（例如描述於歐洲專利號Ep_ A-348,366)，相關㈣修飾樣式。特別的，能使用如描述 於美國專利？虎 4,927,498，4,954,220，5，176,891 及 5,279,897 之系統，及 Ciba Speciahy Chemicais 與 d邛⑽t 以帕提可（Particol)之名將其商業化。 亦旎使用陰離子性有機的微粒物質。例如，陰離子牲 有機的聚合乳液是合適的。乳化的聚合物顆粒可以是不可 溶的，、因八聚物之生成，例如，由水溶性的陰離子性單 體與一種或以上不溶的單體，例如丙烯酸乙醇醋，但較佳 地聚合乳液是水溶性單體才勿質之交聯的微㈣，如描述於 美國專利號 5，167,766 及 5,274,〇55,並且 Ciba Specialty

Chemicals以波利非（Polyflex)之名將其商業化。 微粒物質之顆粒大小一般是低於2 m，較佳地低於i m及最佳地低於o.i m。 微粒物質之量（乾重，以纖維素懸浮液之乾重為基準） 一般是至少為0.03%及通常是至少〇1%。它可多至例如 1.6%或2%，但一般是低於1%。 較佳的微粒物質是可膨脹白土，特定言之屬於近晶族 14 1292790 的可膨脹白土。鲂杜AA人 勺白土近晶族的成員包括漿土，蒙脫 县石，水輝石， 彼等的_。包含 、 要疋水土之可膨脹白土組份是特 土、。必要條件是浆土應該是以高度膨脹的、活化的型 =存在’及貫際上這意味它應該是以漿土之單價鹽型式存 ，例如漿土納。雖然有自然發生的毅土納來源，大部分 天然的漿土I給+故#， Κ疋鹼土私漿土’一般是毁土鈣或鎂。正常的做 二疋活化鹼土私漿土’藉著離子交換以鈉或其他鹼金屬或 叙，取代m -般地，這是藉由暴露漿土於碳酸納的 ,溶液’雖然一些其他的活化物質是已知的。可膨脹白土 是自然發生的物質及市面上有售。 用於製造紙漿的合適纖維是所有習用於此目的的等級 ，例如機械漿’漂白的與非漂白的化學紙漿及從所有全年 生植物而來的紙物料。機械衆涵蓋，例如：磨木|，熱磨機 械漿（TMP)，化學熱磨機械漿（CTMp)，加壓磨木毁，半化學 漿，高產率化學漿，及盤磨漿(RMp)。合適的化學紙漿之 實例是硫酸鹽、亞硫酸鹽及鹼漿。非漂白的化學紙漿，其 亦以非漂白的牛皮紙裝載紙漿稱之，是較佳使用的。用於 製造紙漿物料的合適的全年生植物是，例如，米，麥，甘 蔗及槿麻。使用單獨廢紙或與其他纖維之混合物製造紙 漿。廢紙包括塗佈廢紙，其因含有用於塗佈及印染墨水之 黏合劑而導致白色樹脂產生。該纖維及紙漿能被單獨地或 以彼此混合之型式使用。源自於感壓性黏性標籤及信封之 黏性及源自於書脊朦水以及熱炼物之黏性導致黏性物之生 15 1292790 成0 本t月疋特別適用於造紙系统，其 回收的或破裂纸衍4 ^十 用攸相當量的從 X反教、.，氏何生而來的紙漿。相當量之竟 及隨著利用的回收的力士⑸ "將1^糸統 ]W收的或破裂紙之種類而異 脂存在於方法汽铲由二a 、 白色樹 L%中而貫際上影響操作條件作為表徵。一 、又地’至丨10%之紙漿必須從回收的或破 來以產生白色樹脂之物質量。 氏產一了生而 物控制系統於造紙系統是藉由添加至造紙方 :去：的…周或稀薄物料系統。此方法之一個重要方面是系 t母種組份的時間性。方法要求添加陽離子性凝聚劑，接 a、t 違从粒。不受理論限制，咸相信先添加陽離子 婕聚y改善》自色樹脂被陰離子性微粒之口及收。更進一步 相信陽離子性凝聚劑被吸附至樹脂上(木材，白色及黏性: )^、、、邑大夕數地為陰離子性或非離子性以使它們至少部分 地文成陽離子性。$見已吸附有增多樹脂量之i土是滞留於 形成中的&。結果是流出物中的白色樹脂量降低。在較佳 的具體實例中，凝聚劑係添加至散衆機或濃稠材料容器， 而u粒物貝係在材料稀釋前添加於散漿機或容器之出口處 〇 【實施方式】 本發明進一步以下列非限制性的實施例描述。實施例 解釋本發明，其完全是以伴隨的中請專利範圍定義之。

塗佈紙張是在實驗室粉碎機裏重新散漿。取4〇〇毫升 16 l29279〇 P刀的1 %濃度物料以1 〇〇〇 rpm混合。多元胺凝聚劑及漿 土微粒是以每一分鐘的間隔加入在混合過程中。凝聚劑以 ^到的每公噸1、1·5、或2磅之量伴隨漿土加入，接著是 每公噸4、6或8磅。在處理後，過濾物料透過1〇〇-筛孔 罔篩，及測量濾液的濁度。每種濾液樣品用去離子水稀釋 至丨：14。用可攜帶型濁度計哈克（Hach)21〇〇p測量及以 NTlJs (濁度計測定單位）紀錄結果。結果顯示於圖i。 實施例2 塗佈紙張是在實驗室粉碎機裏重新散漿。取4〇〇毫升 1分的2.5%濃度物料以1〇〇〇rpm混合。不論是多元月^， =OADMAC或聚氣化錄（PAC)凝聚劑及衆土微粒是以每— =鐘的間隔加人在混合過程中。凝聚劑以收到的每公嘲ι :之量伴隨漿土加入，接著是每公噸4、6或8磅。凝聚 蜊亦可以單一組份的型式以收到的每公噸丨或2磅之量加 二。在處理後，過濾物料透過1〇〇•篩孔網筛，及測量=液 勺濁度。每種濾液樣品用去離子水稀釋至1:14。用可押· 型濁度計測量及以NTUs (濁度計測定單位）紀錄結果。” 結果 每種處理方法的濁度計測量結果是顯示於圖 據幻能顯示乳膠乳液顆粒之膠體滞留或清潔度。藉 元胺或聚DADMAC作糸留 l ^ 作為早一組份以每公噸1磅或2磅^ 里使濁度降低，相較於沒有處 ' 髂丄Λ处土师破紙的情況。然而， 水土與各種凝聚劑之添加降低 公…多元胺或PAC/::蜀度。當比較收到的每 次从姨聚劑加上漿土與收到的每公噸2 17 1292790 磅凝聚劑時，可注意到濁度顯著的降低。 【圖式簡單說明】 (一） 圖式部分 圖1顯示根據本發明之塗佈破紙處理對濁度之效果； 圖2顯示塗佈破紙之每一次處理的濁度計測量結果。 (二） 元件代表符號 無

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Claims (1)

1292790 或其他的非離子性單體之共聚物。 ^ 8.如申請專利範圍帛7項之方法，其中陽離子基是從 氣化二烯丙基二甲基銨及二烷基胺基烷基(甲基)_丙烯醋及- 丙烯醯胺或彼等的四級銨鹽衍生而來。 9·如申請專利範圍帛8項之方法，其中陽離子基是二 甲基胺基乙基丙烯酯或甲基丙稀酸四級銨鹽。 一 1〇.如中請專㈣圍第1《2項之方法，其中凝聚劑是 二氰醯胺聚合物，多元胺或聚環已亞胺。 11. 如申請專利範圍第i或2項之方法，其中凝聚劑是 選自由下列組成的群組：明礬，石I，氯化鐵，聚氯化紹及 硫酸亞鐵及彼等的混合物。 12. 如申請專利範圍第i或2項之方法，其中凝聚劑是 由次烴基多元胺與二官能基的鹵化院反應製備而得的聚次 烴基多元胺。 13.如申請專利範圍第項之方法，其中凝聚劑 具有數均分子量大於但小於2，_测之聚二稀

基二（氫或低碳烷基）銨鹽之陽離子性多電解質。 如申請專利範圍第13項之方法，其中微粒物質 種包含有主要是漿土之礦物質。 拾壹、囷式： 如次頁 20