專利名稱：白樹脂沉積物處理方法
背景技術(shù)：
造紙系統(tǒng)中的有機沉積物會引起產(chǎn)率損失和通過形成污斑、孔和破裂而降低成品紙的質(zhì)量。這些有機沉積物是木材本身自然存在的樹脂的產(chǎn)物或者來源于合成材料，例如粘合劑、熱熔粘合劑或者膠乳，它們存在于循環(huán)紙漿中。這些組分是疏水性的并且在生產(chǎn)用水中積累。這些沉積物能夠附聚并且粘著在造紙機器表面上或者粘著在紙張中。來源于木材的沉積物被稱為“木樹脂”，而來源于人造材料的沉積物被稱為“粘著物”或者“白樹脂”。白樹脂是涂料基料膠乳例如丁苯橡膠(SBR)和聚醋酸乙烯酯所特有的。
造紙，簡單地講，包括從木材生產(chǎn)紙漿，將紙漿和水漿液化，和形成紙漿網(wǎng)，后者被壓制和干燥而形成紙。在關(guān)鍵的制造步驟中，紙漿/水漿(配料)在造紙機的線網(wǎng)上形成網(wǎng)。過量水分和細粒物料(白水)通過線網(wǎng)上的網(wǎng)并且被循環(huán)。形成的網(wǎng)狀物進入壓機和造紙機的干燥部，在那里網(wǎng)成為了紙。
破損紙張是造紙工業(yè)中用于描述不符合規(guī)格和因此不能銷售的紙張的術(shù)語。這種紙通常在工廠內(nèi)部被循環(huán)，以便回收纖維，但是其也可能被出售給其他工廠作為纖維來源。破損紙張可以被涂布，涂料被涂布到所制造的原樣的基礎(chǔ)紙張上。被涂布的破損紙張被稱為涂布破損紙張。廢紙是造紙工業(yè)中用于描述已經(jīng)由消費者使用過的紙。其通常被稱作“消費后廢棄物”。這種紙通常被收集和在工廠中回收利用，以便回收纖維。廢紙可以被涂布，涂料被涂布到所制造的原樣的基礎(chǔ)紙張上。涂布的廢紙被稱為涂布廢紙。被回收的涂布紙可以是破損紙或者廢紙。近年來，許多造紙廠在回收涂布紙時都遇到了問題，因為用于引入涂料的材料通常不能存在于用于制造原紙的纖維原料中。
涂料通常包含各種顏料和基料。使用的典型顏料包括許多類型的粘土、碳酸鈣、二氧化鈦和其他專門填料。白樹脂問題被認為是主要由基料所引起的，所述基料包括來源于苯乙烯-丁二烯和聚醋酸乙烯酯樹脂的膠乳聚合物和天然的基料例如淀粉。
白樹脂問題在造紙工業(yè)中已經(jīng)被知道了一些時候。白樹脂是粘性的、淺灰色物質(zhì)，其作為沉積物存在于造紙機的濕端、成形壓機或者干燥部中的金屬表面上。其被稱作“白色”是為了與褐色或者黑色樹脂區(qū)別，它們源于木材中所包含的材料。白樹脂還存在于白水系統(tǒng)中。有時該樹脂沉積物碳化，在造紙機干燥部中形成黑色沉積物。已經(jīng)證明，白樹脂問題是由遇到該問題的工廠的配料中使用較大量的涂布紙所引起的。當涂布紙被重新制漿時，涂料中的粘土或者礦物質(zhì)和膠乳不易于分散到紙漿中，而是發(fā)生附聚，這產(chǎn)生白樹脂。如果白樹脂隨著紙漿輸送到造紙機中，其能夠覆蓋到設(shè)備上或者在紙中形成疵點。與白樹脂沉積物有關(guān)的是以下代價昂貴的問題長停機時間、經(jīng)常凈化、紙張疵點例如孔和增加的紙張破損數(shù)量。設(shè)備凈化是相當需要的，因為沉積物可能存在于案板、輥道輥子、真空柜、干燥機罐和干燥機毛氈以及整個壓機毛氈上。
已經(jīng)提出了各種用于處理白樹脂問題的解決方案。目前幾種沉積物控制化學(xué)品正被造紙工業(yè)使用或者評價。通過捕捉和分散紙張中的小的膠乳粒子，白樹脂問題能夠得到控制。更具體地，膠乳粒子將被連接到剛剛通過重新打漿機的纖維上。此時膠乳粒子是小的和陰離子的，因此它們能夠作為紙張的一部分從系統(tǒng)排出。由于膠乳粒子和纖維兩者的陰離子特性，具有低分子量和高陽離子電荷的添加劑非常適合于該目的。然而，單獨的添加劑可能不足以包含紙張中的膠乳粒子，因此使用與該添加劑相容的助留劑對于成功地控制白樹脂可能是重要的。
合成聚合物是已知的最成功的用于白樹脂的抗沉積添加劑。它們是高度陽離子性的，使它們能夠在纖維、膠乳粒子和添加劑之間產(chǎn)生強的靜電鍵。一旦被鍵合，借助于助留劑，纖維將攜帶膠乳粒子通過生產(chǎn)線，而粒子將成為成品紙的一部分。已經(jīng)證明中等分子量的聚二醇、胺/乙二醇或者聚亞乙基亞胺聚合物可用于減少白樹脂。
處理白樹脂問題的某些方法描述于以下文獻中。
美國專利5,131,982(Michael R.St.John)描述了使用包含聚合物和共聚物的DADMAC來處理從涂布破損紙回收的纖維素纖維，使其適合于造紙。
美國專利4,997,523(Pease等)描述了與磷酸酯化合物、膦酸酯化合物或者磷酸聯(lián)合使用四官能烷氧基化二胺以最小化白樹脂在造紙設(shè)備上的沉積。
美國專利4,643,800(Maloney等)描述了使用氧亞乙基二醇非離子表面活性劑連同中等分子量(500-50,000)的聚電解質(zhì)分散劑，從重新制漿過程中的次級纖維除去和分散污染物，其中所述非離子表面活性劑的一個末端羥基基團已經(jīng)被脂族或者烷基芳族基團取代，而另一個末端羥基基團已經(jīng)被替換為聚亞氧丙基基團或者芐基醚基團。
使用聚合物控制白樹脂存在幾個缺點。聚合物一般不是成本有效的。例如，聚亞乙基亞胺(PEI)、叔胺聚合物是有效的白樹脂控制添加劑，然而使用它們是相當昂貴的。
還有其他控制白樹脂的技術(shù)方案?；沁^去通常使用的，現(xiàn)在有時也仍然被用于控制沉積物。作為表面活性填料，滑石通過使樹脂粒子周圍的區(qū)域減粘，使得樹脂粒子無法附著于造紙設(shè)備上而起到控制沉積物的作用。然而，這僅僅針對樹脂問題提供了臨時的解決方案，隨著加工的繼續(xù)，樹脂問題還將再度出現(xiàn)?；荒軐⒛z乳粒子粘結(jié)到纖維上，因此當暴露于剪切時，將出現(xiàn)新的粘性區(qū)域而導(dǎo)致沉積物。同樣，與樹脂粒子表面反應(yīng)而使其降低粘性的添加劑(防粘劑)對于控制白樹脂提供了臨時的解決方案。出版的美國專利申請2001/0023751描述了使用聚乙烯醇和膨潤土降低粘性污染物的方法。聚乙烯醇起到粒子的掩蔽劑的作用。問題是需要使用過量的聚乙烯醇。膨潤土吸收過量的聚乙烯醇。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是用于包含白樹脂/粘著物的紙漿的沉積物控制體系，其由無機或者有機(天然或者合成)混凝劑和微粒材料(合成或者天然存在的)，例如膨潤土、交聯(lián)聚合物、膠態(tài)氧化硅、聚硅酸鹽或者硼硅酸鹽組成。加入這兩種組分的次序?qū)τ诒ＷC在造紙方法中降低白樹脂的效果是必要的?；炷齽┛梢员患尤氲街茲{機或者稠漿槽中，而微粒子可以在制漿機或者紙料稀釋之前的槽的出口處加入。
詳細說明

圖1顯示了濁度計測定的大量結(jié)果。回水(濾液)的濁度是膠乳乳液粒子的膠態(tài)保留值或者潔凈度的指示。使用多胺作為單組分，與不處理涂布破損紙相比，獲得了濁度的降低。然而，與混凝劑一起加入微粒材料使水的濁度明顯降低。該數(shù)據(jù)表明，更多的白樹脂/粘著物粒子是與原料留在一起的，而不在造紙系統(tǒng)中再循環(huán)。這些實驗室結(jié)果表明，混凝劑/微粒子系統(tǒng)顯著地降低了白樹脂/粘著物在造紙系統(tǒng)中的積累。
本發(fā)明是用于包含白樹脂/粘著物的紙漿的沉積物控制體系，其由無機或者有機(天然或者合成)混凝劑和微粒材料(合成或者天然存在的)，例如膨潤土、交聯(lián)聚合物、膠態(tài)氧化硅、聚硅酸鹽或者硼硅酸鹽組成。
混凝劑可以是無機或者有機(天然或者合成)材料。適合的有機混凝劑的例子是較低分子量的高電荷密度聚合物，其通常是重復(fù)的陽離子性基團的均聚物或者是至少80％重量陽離子單體和0到20％重量丙烯酰胺或者其他非離子單體的共聚物。陽離子基團可以衍生自二烯丙基二甲基氯化銨和二烷基氨基烷基(甲基)-丙烯酸酯和-丙烯酰胺(一般作為季銨或者酸加成鹽)。丙烯酸二甲氨基乙酯或者甲基丙烯酸二甲氨基乙酯季銨鹽通常是尤其優(yōu)選的。可選擇地，混凝劑可以是縮合聚合物，例如雙氰胺聚合物、聚胺或者聚亞乙基亞胺?？梢允褂脽o機混凝劑(例如明礬、石灰、氯化鐵和硫酸亞鐵)。
在這方面可以用于本發(fā)明的陽離子混凝劑材料包括眾所周知的市售可得的、低到中分子量的水溶性的多亞烷基多胺，包括通過亞烷基多胺與雙官能烷基鹵化物反應(yīng)制備的那些。這類材料包括從二氯化乙烯和氨二氯化乙烯、氨和仲胺例如二甲基胺、表氯醇-二甲胺、表氯醇-二甲胺-氨、聚亞乙基亞胺等等的反應(yīng)制備的縮合聚合物。在某些情況下，陽離子淀粉可以用作混凝劑。無機混凝劑，例如明礬和聚氯化鋁也可以用于本發(fā)明。無機混凝劑的使用比率基于配料中纖維的干重通常為0.005到1重量％。
優(yōu)選的混凝劑是陽離子聚電解質(zhì)，其為數(shù)均分子量大于300,000但是低于2,000,000的聚(二烯丙基二(氫或者低級烷基)銨鹽。
微粒材料可以是合成的或者天然存在的。適合的微粒材料的例子是膨脹性粘土材料、交聯(lián)聚合物、膠態(tài)氧化硅、硼硅酸鹽或者微粒陰離子材料的懸浮體，所述微粒陰離子材料選自膨潤土、膠態(tài)氧化硅、聚硅酸鹽微凝膠、聚硅酸微凝膠和水溶性單體材料的交聯(lián)微乳液。
微粒材料作為保留助劑被廣泛用于造紙工業(yè)，尤其用于高級紙生產(chǎn)。一類使用膨脹性粘土來提供提高的保留值和加水(watering)的綜合性能的體系描述于美國專利4,753,710和4,913,775，其中的公開在此引入作為參考。在Langley等公開的方法中，將高分子量線性陽離子聚合物，在對懸浮體施加剪切之前，加入到含水纖維素造紙懸浮體中，然后在施加剪切之后，加入膨脹性粘土，例如膨潤土。剪切一般通過造紙工藝中的一種或多種凈化、混合和泵送工段來提供，并且剪切將由高分子量聚合物形成的大的絮凝物分解成微絮凝物。在加入膨潤土顆粒下，將發(fā)生進一步的附聚。
其他微粒程序是基于與陽離子淀粉聯(lián)合使用膠態(tài)氧化硅作為微粒，如美國專利4,388,150和4,385,961中描述的，其中的公開在此引入作為參考，或者使用陽離子淀粉、絮凝劑和氧化硅溶膠混合物，例如美國專利5,098,520和5,185,062兩者中描述的，其中的公開也在此引入作為參考。美國專利4,643,801要求保護使用高分子量陰離子水溶性聚合物、分散的二氧化硅和陽離子淀粉進行造紙的方法。
另外的微粒衍生自硼硅酸鹽，優(yōu)選硼與硅的摩爾比為1∶1000到100∶1和一般地1∶100到2∶5的硼硅酸鹽的膠體微粒的水溶液。微粒助留劑可以是具有與硼硅酸鹽玻璃相似的化學(xué)組成的硼硅酸鹽的膠體。這種膠體一般通過含硼化合物的堿金屬鹽與硅酸在導(dǎo)致形成膠體的條件下反應(yīng)來制備。硼硅酸鹽粒子可以具有寬范圍的粒度，例如1納米到2微米(2000納米)，優(yōu)選1納米到1微米。
微?？梢允菬o機的，例如膠態(tài)氧化硅(例如美國專利4,643,801中描述的)、聚硅酸鹽微凝膠(例如EP-A-359,552中描述的)、聚硅酸微凝膠(例如EP-A-348,366中描述的)、其鋁改性產(chǎn)品。特別地，可以使用美國專利4,927,498、4,954,220、5,176,891和5,279,807中描述的體系，以及以商品名Particol由Ciba Specialty Chemicals和Dupont商業(yè)化的體系。
也可以使用陰離子有機微顆粒材料。例如，陰離子有機聚合物乳液是適合的。乳化的聚合物粒子可以是不溶性的，由于由例如水溶性的陰離子單體和一種或多種不溶性單體例如丙烯酸乙酯的共聚物形成，但是優(yōu)選聚合物乳液是水溶性的單體材料的交聯(lián)的微乳液，例如美國專利5,167,766和5,274,055所描述的，以及以商品名Polyflex由Ciba Specialty Chemicals商業(yè)化的材料。
微粒材料的粒度一般地低于2m、優(yōu)選低于1m和最優(yōu)選低于0.1m。
微粒材料的量(基于纖維素懸浮體的干重的干重)一般地為至少0.03％和通常為至少0.1％。其可以達到例如1.6或者2％，但是一般地低于1％。
優(yōu)選的微粒材料是膨脹性粘土，尤其來自綠土系列的膨脹性粘土。粘土的綠土系列的優(yōu)選的成員包括膨潤土、蒙脫土、滑石粉、鋰蒙脫石、貝得石、囊脫石、漂白土及其混合物。主要包含膨潤土的膨脹性粘土組分是尤其優(yōu)選的。必要的是，膨潤土應(yīng)該是高度溶脹的、活化的形式，并且在實踐中這意味著其是膨潤土的一價鹽例如鈉膨潤土的形式。雖然存在某些天然存在的鈉膨潤土來源，但是大多數(shù)天然的膨潤土是堿土金屬膨潤土，一般地是鈣或者鎂膨潤土。常規(guī)的作法是通過離子交換將鈣或者鎂交換為鈉或者其他堿金屬或者銨離子來使堿土金屬膨潤土活化。通常這通過將膨潤土暴露于碳酸鈉水溶液來進行，雖然其它的活化材料也是已知的。膨脹性粘土是天然存在的物質(zhì)并且是市售可得的。
用于生產(chǎn)紙漿的適合的纖維是所有質(zhì)量的通常用于該目的的纖維，例如機械紙漿、漂白和未漂白化學(xué)紙漿和來自所有一年生植物的紙料。機械紙漿包括，例如木紙漿、熱機械紙漿(TMP)、化學(xué)熱機械紙漿(CTMP)、壓力木紙漿、半化學(xué)紙漿、高產(chǎn)率化學(xué)紙漿和勻漿機機械紙漿(RMP)。適合的化學(xué)紙漿的例子是硫酸鹽、亞硫酸鹽和蘇打紙漿。優(yōu)選使用未漂白的化學(xué)紙漿，其也稱為未漂白的牛皮紙載體紙漿。適合的用于生產(chǎn)紙料的一年生植物是例如水稻、小麥、甘蔗和洋麻。紙漿使用單獨的廢紙或者作為與其他纖維的混合物來生產(chǎn)。廢紙包括涂布廢紙，其由于含有涂料基料和印刷油墨而產(chǎn)生白樹脂。所述纖維和紙漿可以單獨地使用或者作為互相的混合物來使用。來源于壓敏粘合劑標簽和信封的粘合劑和來自書背涂膠的粘合劑以及熱熔粘接劑引起粘著物的形成。
本發(fā)明尤其適合于那些利用大量的來源于回收或者破損紙張的紙漿的造紙體系。大量的含義將隨所使用的體系和回收或者破損紙張的類型而變化，但是其特征為在工藝物流中存在足夠的白樹脂而實質(zhì)上影響操作狀況。通常，至少10％的紙漿必須源自于回收或者破損紙張產(chǎn)品，從而產(chǎn)生實質(zhì)量的白樹脂。
通過加入到造紙工藝的稠或稀漿體系，而將沉積物控制體系引入造紙體系。該方法的一個重要方面是定時加入每種組分。該方法需要加入陽離子混凝劑，然后加入陰離子微粒。不受理論的束縛，據(jù)信先加入陽離子混凝劑提高了陰離子微粒對白樹脂的吸附。還相信陽離子混凝劑被吸收到樹脂(木樹脂、白樹脂和粘著物)上，所述樹脂主要是陰離子或者非離子的，從而使它們變成至少部分地陽離子性的。這樣，吸附了增加量的樹脂的膨潤土在造紙期間被保留在紙中。結(jié)果降低了白樹脂在流出液中的量。在優(yōu)選的實施方案中，混凝劑被加入到制漿機或者稠漿槽，而微粒子材料在制漿機或者在紙料稀釋之前的槽的出口處加入。
本發(fā)明進一步通過以下非限制性的實施例來描述。所述實施例舉例說明本發(fā)明，本發(fā)明僅僅由所附權(quán)利要求來限定。
實施例1在實驗室粉碎機中將涂布紙再制漿。在1000rpm下混合1％稠度的紙料的400毫升等分試樣。在混合期間以一分鐘間隔加入聚胺混凝劑和膨潤土微粒。聚胺按原樣計算以1、1.5或者2磅每噸的量加入，之后膨潤土以4、6或者8磅每噸的量加入。處理后，通過100-目濾網(wǎng)過濾紙料，并且測定濾液的濁度。用去離子水稀釋到1∶14來制備每種濾液樣品。使用便攜式濁度計Hach 2100P進行測試，結(jié)果在NTUs(濁度法濁度單元)中記錄。結(jié)果示于圖1。
實施例2在實驗室粉碎機中將涂布紙再制漿。在1000rpm下混合2.5％稠度的紙料的400毫升等分試樣。在混合期間，以一分鐘間隔加入聚胺、polyDADMAC或者聚氯化鋁(PAC)混凝劑和膨潤土微粒。混凝劑以按原樣計算為1磅每噸的量加入，之后膨潤土以4、6或者8磅每噸加入。混凝劑還作為單組分以按原樣計算為1或者2磅每噸的量加入。處理后，通過100-目濾網(wǎng)過濾紙料，并且測定濾液的濁度。用去離子水稀釋到1∶14來制備每種濾液樣品。
使用便攜式濁度計進行測試，結(jié)果記錄在NTUs(濁度法濁度單元)中。
結(jié)果每個處理樣品的濁度計測定結(jié)果示于圖2。回水(濾液)的濁度可以作為膠乳乳液粒子的膠態(tài)保留值或者潔凈度的指示。通過作為單組分以1或者2磅每噸的量使用聚胺或者polyDADMAC，與不處理涂布破損紙相比，降低了濁度。然而，加入膨潤土與各種混凝劑提供了水濁度的降低。當比較按原樣計算為1磅每噸的量的聚胺或者PAC混凝劑加膨潤土與按原樣計算為2磅每噸的量的混凝劑時，觀察到濁度明顯降低。
權(quán)利要求
1.一種用于造紙的方法，其包括在紙料中加入對降低白樹脂沉積有效的量的至少一種陽離子混凝劑聚合物或者無機混凝劑，然后加入微粒材料，其中所述紙料包含至少部分來源于回收紙制品的紙漿。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述微粒材料選自膨脹性粘土材料、交聯(lián)聚合物、膠態(tài)氧化硅、硼硅酸鹽或者微粒陰離子材料的懸浮體，其選自膨潤土、膠態(tài)氧化硅、聚硅酸鹽微凝膠、聚硅酸微凝膠和水溶性單體材料的交聯(lián)微乳液，及其混合物。
3.權(quán)利要求2的方法，其中所述微粒材料是陰離子材料。
4.權(quán)利要求2或者權(quán)利要求3的方法，其中所述微粒材料是綠土系列的膨脹性粘土。
5.權(quán)利要求2到4任何一項的方法，其中所述微粒材料是基本上由以下物質(zhì)組成的礦物質(zhì)膨潤土、蒙脫土、滑石粉、鋰蒙脫石、貝得石、囊脫石、漂白土及其混合物。
6.前述權(quán)利要求任何一項的方法，其中所述微粒材料是主要由膨潤土組成的礦物質(zhì)。
7.前述權(quán)利要求任何一項的方法，其中所述陽離子混凝劑聚合物是包含重復(fù)陽離子基團的均聚物或者至少80％重量陽離子單體和0到20％重量丙烯酰胺或者其他非離子單體的共聚物。
8.權(quán)利要求7的方法，其中所述陽離子基團衍生自二烯丙基二甲基氯化銨和二烷基氨基烷基(甲基)-丙烯酸酯和-丙烯酰胺或者其季銨鹽。
9.權(quán)利要求8的方法，其中所述陽離子基團是丙烯酸二甲氨基乙酯或者甲基丙烯酸二甲氨基乙酯季銨鹽。
10.權(quán)利要求1到7任何一項的方法，其中所述混凝劑是雙氰胺聚合物、聚胺或者聚亞乙基亞胺。
11.權(quán)利要求1到6任何一項的方法，其中所述混凝劑選自明礬、石灰、氯化鐵、聚氯化鋁、硫酸亞鐵及其混合物。
12.權(quán)利要求1到7任何一項的方法，其中所述混凝劑是通過亞烷基多胺與雙官能烷基鹵化物反應(yīng)制備的聚亞烷基聚胺。
13.權(quán)利要求1到7任何一項的方法，其中所述混凝劑是陽離子聚電解質(zhì)，該陽離子聚電解質(zhì)為數(shù)均分子量大于300,000但是小于2,000,000的聚(二烯丙基二(氫或者低級烷基)銨鹽。
14.權(quán)利要求13的方法，其中所述微粒材料是主要由膨潤土組成的礦物質(zhì)。
15.一種紙制品，其按照權(quán)利要求1到5或者7到13任何一項的方法生產(chǎn)。
16.一種紙制品，其按照權(quán)利要求6的方法生產(chǎn)。
17.一種紙制品，其按照權(quán)利要求14的方法生產(chǎn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于包含白樹脂/粘著物的紙漿的沉積物控制體系，其由無機或者有機(天然或者合成)混凝劑和微粒材料(合成或者天然存在的)，例如膨潤土、交聯(lián)聚合物、膠態(tài)氧化硅、聚硅酸鹽或者硼硅酸鹽組成。
文檔編號D21H17/68GK1646768SQ03807678
公開日2005年7月27日 申請日期2003年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月8日
發(fā)明者S·A·格林斯利, M·A·布拉茲, C·B·埃蒙茲, S·C·威廉斯, G·C·I·陳 申請人:西巴特殊化學(xué)水處理有限公司