專利名稱：脫墨方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種印刷廢紙脫墨的方法。
隨著人們愈來愈認識到因森林開伐引起的環(huán)境破壞，近年來廢紙循環(huán)利用不斷增多。人們已經(jīng)認識到循環(huán)利用廢紙的能力具有商業(yè)價值，對于保護未開發(fā)的纖維資源具有重大影響。然而，在印刷油墨和印刷油墨載體上的技術(shù)進步對廢紙再循環(huán)利用者提出了不斷增長的挑戰(zhàn)。
在紙張上的印刷通常通過使用兩種油墨中的一種來完成，即，沖擊油墨(impact ink)，其通過物理方法印壓在紙上；和非沖擊油墨(non-impact ink)，其被吸引到帶電圖像上，然后再被轉(zhuǎn)移到紙上。沖擊油墨通常是濕油墨，如凸版印刷油墨(letterpress inks)、膠版石印油墨(offset litho inks)、凹版印刷油墨(photogravure)和苯胺油墨(flexographic inks)。例如凸版印刷油墨通常由礦物油媒介中的碳黑顏料組成，用于如報紙印刷。膠版石印油墨趨向于含有比凸版油墨更多的顏料，并含有干性油如亞麻油或烷基樹脂。苯胺油墨的應(yīng)用工藝類似于凸版油墨，但卻是水基的，且含有存在于堿溶性粘合劑中的乳化油墨。這些油墨可能容易被清除，但是可能會形成非常細小的微粒，這些微粒難于捕獲和去除。
非沖擊油墨，如有機調(diào)色劑，通常是干性的、粉末狀油墨，用于激光打印、影印和傳真機，通常由熱塑性樹脂和顏料組成。
對帶有這兩種不同類型油墨的紙張進行脫墨，需要不同的脫墨程序和條件。傳統(tǒng)上，對帶有非沖擊油墨的紙張進行脫墨僅僅需要用一種表面活性劑在中性條件下打漿，但是對帶有沖擊油墨的紙張進行脫墨需要不同的條件，諸如用堿、硅酸鹽和過氧化物，以及一種表面活性劑進行處理。
在傳統(tǒng)的脫墨方法中，在水介質(zhì)中，利用機械攪拌破碎廢紙(制漿)，以便從紙纖維中分離油墨和雜質(zhì)，并破碎油墨形成大約0.1至1000微米的微粒。如此得到一種灰色漿狀物，其中油墨以細微分散形式存在。雜質(zhì)，如塑料、鋁箔、石頭、螺釘、釘書釘、紙夾等，是在很多個篩分步驟中被去除的。
盡管可以通常地在中性條件下實現(xiàn)非沖擊性如影印紙上的油墨去除，但是對于其他印刷紙張，油墨去除通常在堿性pH水平下實現(xiàn)，使用堿性氫氧化物、堿性硅酸鹽、氧化工作漂白劑(oxidative-workingbleaches)和表面活性劑(surfactants)，在30℃到50℃之間的溫度下進行。通常，使用陰離子和非陰離子表面活性劑(tensides)，如肥皂、乙氧基化脂肪族乙醇(ethoxylated fatty alcohols)和/或乙氧基化烷基苯酚(ethoxylated alkyl phenols)(例如，見EP 0013758)。
然后，通過洗滌和/或浮選，從纖維漿狀物中去除油墨微粒。較小的油墨微粒通過洗滌去除，較大的油墨微粒和粘性物(也就是膠水殘留物和膠粘劑)通過浮選去除。在浮選過程中，空氣泡被吹入紙漿中。分散的油墨微粒吸附于空氣泡，空氣泡將油墨微粒帶到表面。然后將所產(chǎn)生的泡沫從表面撇去。隨后的步驟包括加熱紙漿以均勻分散難處理的油墨微粒，篩分紙漿以分離受損傷的、短的或柔弱的纖維。然后，在輥之間，擠壓剩下的干凈紙漿形成紙張，并進行干燥。
因此，有效的脫墨不但需要成功地將油墨從紙纖維中分離出來，而且需要成功地將分散的油墨從纖維漿中去除。
然而，存在與傳統(tǒng)的脫墨方法相關(guān)的許多不利之處。比如，如果不能完全地將油墨微粒從纖維漿狀物中去除，會使所獲得的紙表現(xiàn)灰色色調(diào)，有污點，光澤度低。光澤度和顏色是許多紙張使用的質(zhì)量標準。
除此之外，在傳統(tǒng)方法中所用的堿性條件產(chǎn)生水溶性和/或膠態(tài)固體和細微分散的固體來污染處理水，如填充物、細纖維和粘性物。如果這些污染物在洗滌期間沒有充分去除，它們會在隨后的洗滌中得到濃縮，并再次引入到紙纖維中，導致所獲得的紙的光澤度損失。含有傳統(tǒng)脫墨方法所使用的上述化學物質(zhì)的流出物對環(huán)境也是不利的。
本發(fā)明尋求提供一種能克服傳統(tǒng)脫墨方法不利之處的廢紙脫墨的方法。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種脫墨印刷紙的方法，該方法包括將紙打碎形成含水紙漿，加入一種脫墨添加劑到紙中，通過浮選去除釋放的油墨。其中，所述添加劑包括一種有機改性硅氧烷(有機硅氧烷，organo-modified siloxane)，該有機改性硅氧烷含有下式所示的單元(units)[R1aZbSiO(4-a-b)/2]n其中每一個R1獨立地選自氫原子、烷基、芳香基、鏈烯基、芳烷基、烷芳基、烷氧基、烷酰氧基、羥基、酯基團或醚基團；每一個Z獨立地選自，一個被胺、酰胺、羧基、酯、或環(huán)氧基團取代的烷基基團，或一個基團-R2-(OCPH2P)q(OCrH2r)S-R3；n為一個比1大的整數(shù)；a和b獨立地為0、1、2或3；R2為一個亞烷基基團或直接鍵合(direct bond)；R3為一個基團，如同上述對R1或Z所作限定一樣；p和r獨立地為從1至6的一個整數(shù)；q和s獨立地為0或一個滿足1≤q+s≥400的整數(shù)；并且其中每一分子的有機改性硅氧烷包含至少一個基團Z。
Z優(yōu)選地為基團-R2-(OCpH2p)q(OCrH2r)s-R3，更優(yōu)選其中p和/或r獨立地為2、3或4，也就是，一個含有乙烯、丙烯和/或亞丁基氧的基團。優(yōu)選地，q和s各自獨立地為從10到30的一個整數(shù)，更優(yōu)選地，為從15到25的一個整數(shù)(例如18)。在一個特定的優(yōu)選基團Z中，p為2，r為3，和q與s都為18。R2可以是一個亞烷基，如具有1-6個碳原子(也就是，一個亞甲基、1，2-亞乙基、1，2-亞丙基、亞丁基、戊二烯亞戊基或己烯基團)，或一個直接鍵合(direct bond)。R3可以是一個如同上述對R1或Z所作限定的基團，優(yōu)選為一個氫原子或一個羥基。
另外地或可替代地，Z可以是一個被胺、酰胺、羧基、酯、或環(huán)氧基團取代的烷基，例如一個具有1-6個碳原子的烷基，也就是被取代的甲基，乙基，丙基，丁基，戊基或己基。
硅氧烷可以是線性的，或可以含有其中a+b＝0或1的單元(units)，也就是硅氧烷可以具有支鏈。當Z是基團-R2-(OCpH2p)q(OCrH2r)s-R3時，R3優(yōu)選為一個羥基或烷酰氧基。
優(yōu)選地，硅氧烷分子中的2到20摩爾百分比的硅原子被基團Z取代，更優(yōu)選地為5到16摩爾百分比。
硅氧烷優(yōu)選具有5.0到7.3范圍內(nèi)的親水性/親脂性平衡值(hydrophilic/lipophilic balance)(HLB)。
硅氧烷的分子量優(yōu)選在1,000到500,000范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在10,000到100,000范圍內(nèi)。
用于本發(fā)明的一種特別優(yōu)選的硅氧烷，是一個HLB值為5.9到6.3的羥基封端線性聚二甲基硅氧烷(hydroxy-endcapped linearpolydimethylsiloxane)，其中10至12摩爾百分比的硅原子被分子式為-R2-(OCpH2p)q(OCrH2r)s-R3的Z取代，其中p為2，r為3及q和s都為18，R2是一個具有1-6個碳原子的亞烷基或一個直接鍵合，和R3為一個氫原子或一個羥基、酯或醚基團。
用于本發(fā)明中的添加劑，除了含有有機改性硅氧烷之外，還可以含有另外組分。如，添加劑還可以含有選自聚二甲基硅氧烷、有機聚醚和脂肪酸的一種或多種組分。適用的有機聚醚包括那些分子式為R4-(OCpH2p)q(OCrH2r)s-RS-R5的物質(zhì)，其中R4和R5選自一個氫原子、羥基、烷基和烷氧基，并且p、q、r和s限定如上。適用的脂肪酸包括飽和的和不飽和的一元脂肪族羧酸，如具有8-22個碳原子，諸如月桂酸、肉豆蔻酸、棕櫚酸、硬脂酸、花生酸、豆油酸、掬焦油酸、棕櫚油酸、油酸、亞油酸、亞麻酸、和花生四烯酸。
添加劑可以是乳狀液的形式，如有機改性硅氧可以是一種膠基自乳化硅氧烷(gum based self-emulsifying siloxane)。
在本發(fā)明方法中，添加劑可以在在制漿之前、制漿之時或制漿之后加入到紙中。添加劑的加入量優(yōu)選占紙重量的0.1到1％(重量重量比，wt％)，更優(yōu)選占0.1到0.5wt％。添加劑，例如，可以以未摻雜形式加入紙中，作為乳狀液，或在溶液中，例如水溶液中。
盡管也可以在堿性pH下進行該方法，但是本發(fā)明的方法優(yōu)選在基本上中性pH的條件下實施。
本發(fā)明的制漿和去除油墨步驟可以以傳統(tǒng)的形式進行，如同本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方法進行，也可以以上述描述的方法進行。例如，將紙制漿形成成含水漿狀物，該漿狀物具有的稠度(consistency)，例如為從1到10％(如1到5％)，可以在30℃至50℃，例如在35℃至45℃的溫度下進行。稠度用紙漿固體在纖維懸浮液中的重量百分含量表示(wt％)。去除油墨步驟可以在一個合適的浮選機(如丹佛實驗浮選機(Denver Lab Flotation Cell))中、在合適的溫度下、在每分鐘若干轉(zhuǎn)數(shù)的轉(zhuǎn)速下進行，例如溫度在30到45℃之間(例如，35到45℃)，例如轉(zhuǎn)速為500至1000rpm(轉(zhuǎn)/分鐘)。與本發(fā)明方法相關(guān)聯(lián)的另一個優(yōu)點在于，當用于處理苯胺油墨印刷廢物時，處理水相對比較清澈；而用已知的脫墨方法時，處理水通常是黑色的。而且，本發(fā)明方法獲得的紙漿光澤度有所改善。
現(xiàn)在詳細描述本發(fā)明的實施方案。
實施例1a)制漿在一個混合容器中，在45℃下，向稠度為4％的110克風干廢紙(50％報紙和50％雜志紙)的水懸液中加入440克的工業(yè)用水。在45℃下，揉捏懸浮紙15分鐘。
b)油墨去除將硬度為16°dH的水加入到上述步驟a)中獲得的紙漿中，使稠度為1％。向紙漿中，加入不同數(shù)量的水溶液形式的羥基封端聚二甲基硅氧烷，其中該羥基封端聚二甲基硅氧烷的大約11％(摩爾百分含量)硅原子被-(OC2H4)18(OC3H6)18側(cè)鏈取代，HLB值大約為6.1，分子量大約為60,000(在此稱為硅氧烷1)。在45℃下，將該紙漿在一個丹佛實驗浮選機中，以1000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速浮選8分鐘，完畢之后將紙漿從水中分離出來，在成片機的兩個濾片之間，通過在95℃下真空干燥10分鐘形成紙片。
作為比較，用商業(yè)途徑可以得到的以脂肪酸為基礎(chǔ)的脫墨制品重復上述步驟a)和b)。結(jié)果如下面的表1所示。白度根據(jù)DIN 53145第一部分進行評價。
表1
實施例2a)制漿在一個混和容器中，向稠度為20％的110克風干廢紙(10％的報紙和90％的雜志紙)的水懸液中，在45℃下，加入440ml的工業(yè)用水。在45℃下，揉捏懸浮紙15分鐘。
b)油墨去除將水加入到上述步驟a)中獲得的紙漿中，使得稠度為1.09％。向紙漿中，加入不同數(shù)量的水溶液形式的羥基封端聚二甲基硅氧烷，該羥基封端硅氧烷如表4所定義。在45℃下在一個丹佛實驗浮選機中，將該紙漿浮選8分鐘。
用實施例1中使用的硅氧烷(硅氧烷1)和表4中定義的硅氧烷(硅氧烷2到8)在新的和老化的廢紙上，重復上述步驟a)和b)。表4也包含了每一硅氧烷的粘度數(shù)據(jù)。作為比較，該實驗也采用在實施例1中所用的商品化的脂肪酸基脫墨制品(fatty acid based deinkingpreparation)進行實施。結(jié)果如下面的表2(新廢紙)和表3(老化的廢紙)所示。白度依據(jù)DIN 53145第一部分評價。
表2
表3
表4
實施例3a)制漿在一個混和容器中，在45℃下，向110克、稠度為20％的風干廢紙(100％報紙)的水懸液加入400毫升(ml)的工業(yè)用水。在45℃下，揉捏懸浮紙15分鐘。
b)油墨去除將水加入到上述步驟a)中獲得的制漿中，使得稠度為1.09％。向紙漿中加入不同數(shù)量的水溶液形式的羥基封端硅氧烷，該羥基封端硅氧烷如表4和實施例1定義。在45℃下在一個丹佛實驗浮選機中，將該紙漿浮選8分鐘。
用實施例1中使用的硅氧烷(硅氧烷1)和表4中定義的兩種硅氧烷(硅氧烷4和7)重復上述步驟a)和b)。作為比較，該實驗也用在實施例1中用到的商品化脂肪酸基脫墨制品進行實施。結(jié)果如下面的表5所示。白度依據(jù)DIN 53145第一部分評價。
實施例4用實施例1中使用的硅氧烷(硅氧烷1)重復實施例1的步驟a)和b)，但是處理的是100％的苯胺印刷紙。除此之外，紙漿中加入0.10wt％(重量百分比)的氫氧化鈉和1.20wt％的硅酸納。
作為比較，該實驗也用實施例1所用的商品化脂肪酸基脫墨制品實施。結(jié)果如下面的表6所示。同時也記錄了過濾紙的外觀。白度依據(jù)DIN 53145第一部分來評價。
表5
表權(quán)利要求
1.一種印刷紙脫墨的方法，該方法包括將紙打碎形成含水紙漿，加入一種脫墨添加劑到紙中，通過浮選過程去除釋放的油墨，其中所述添加劑包括有機改性硅氧烷，該有機改性硅氧烷含有下式所示單元[R1aZbSiO(4-a-b)/2]n其中R1獨立地選自氫原子、烷基、芳香基、鏈烯基、芳烷基、烷芳基、烷氧基、烷酰氧基、羥基、酯或醚基團；每一個Z獨立地選自用胺、酰胺、羧基、酯、或環(huán)氧基團取代的烷基，或基團-R2-(OCPH2P)q(OCrH2r)S-R3；n為一個比1大的整數(shù)；a和b獨立地為0、1、2或3；R2為一個亞烷基或一個直接鍵合；R3為一個基團，如同上述對R1或Z所作限定；p和r獨立地為從1至6之間的整數(shù)；q和s獨立地為0或滿足1≤q+s≥400的整數(shù)；并且，其中每一分子的有機改性硅氧烷包含至少一個基團Z。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中Z是基團-R2-(OCPH2P)q(OCrH2r)s-R3。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中p和/或r獨立地為2，3或4。
4.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其中q和s各自獨立地為從10到30之間的整數(shù)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中q和s各自獨立地為15到25。
6.如權(quán)利要求2至5中的任一項所述的方法，其中p為2，r為3，及q和s都為18。
7.如前面任一項權(quán)利要求所述的方法，其中R2為亞甲基、1，2-亞乙基、1，2-亞丙基、亞丁基、戊二烯亞戊基或己烯基團。
8.如前面任一項權(quán)利要求所述的方法，其中R3為一個氫原子或一個羥基。
9.如前面任一項權(quán)利要求所述的方法，其中硅氧烷是線性的。
10.如前面任一項權(quán)利要求所述的方法，其中硅氧烷含有支鏈。
11.如前面任一項權(quán)利要求所述的方法，其中Z為基團-R2-(OCpH2p)q(OCrH2r)s-R3，和R3為一個羥基或烷酰氧基基團。
12.如前面任一項權(quán)利要求所述的方法，其中硅氧烷分子的2到20摩爾百分比的硅原子被基團Z取代。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中硅氧烷分子的5到16摩爾百分比的硅原子被Z取代。
14.如前面任一項權(quán)利要求所述的方法，其中硅氧烷所具有的親水性/親脂性平衡值(HLB)在5.0到7.3的范圍內(nèi)。
15.如前面任一項權(quán)利要求所述的方法，其中硅氧烷的分子量在1,000-500,000范圍內(nèi)。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中硅氧烷的分子量在10,000-100,000范圍內(nèi)。
17.如前面任一項權(quán)利要求所述的方法，其中硅氧烷為羥基封端線性聚二甲基硅氧烷，所具有的HLB值為5.9-6.3，其中10到12摩爾百分比的硅原子被分子式為-R2-(OCpH2p)q(OCrH2r)s-R3的Z基團取代，其中p是2，r是3及q和s都是18，R2是一個具有1到6個碳原子的亞烷基或一個直接鍵合，和R3為一個氫原子或一個羥基、酯或醚基團。
18.如前面任一項權(quán)利要求所述的方法，其中添加劑還含有一種或多種組分，選自聚二甲基硅氧烷、有機聚醚和脂肪酸。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中添加劑還含有分子式為R4-(OCpH2p)q(OCrH2r)s-Rs-R5的有機聚醚，其中R4和R5選自氫原子、羥基、烷基和烷氧基基團，p和r獨立地是從1到6之間的整數(shù)，及q和s獨立地是0或滿足1≤q+s≥400的整數(shù)。
20.如權(quán)利要求18或19所述的方法，其中添加劑還含有脂肪酸，所述脂肪酸為飽和的或不飽和的一元脂肪族羧酸。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中羧酸選自月桂酸、肉豆蔻酸、棕櫚酸、硬脂酸、花生酸、豆油酸、掬焦油酸、棕櫚油酸、油酸、亞油酸、亞麻酸、和花生四烯酸。
22.如前面任一項權(quán)利要求所述的方法，其中所述添加劑為乳狀液。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述添加為膠基自乳化硅氧烷。
24.如前面任一項權(quán)利要求所述的方法，其中所述添加劑被加入到紙中，用量占紙重量的重量百分比范圍在0.1到1wt％。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中所述添加劑被加入到紙中，用量占紙重量的重量百分比范圍在0.1到0.5％。
26.如前面任一項權(quán)利要求所述的方法，該方法是在基本上中性的pH值下被進行。
27.一種基本上如上面所描述的方法。
全文摘要
一種印刷紙脫墨方法，包括將紙打碎形成含水紙漿，加入一種脫墨添加劑到紙中，通過浮選過程去除釋放的油墨。其中，添加劑包括有機改性硅氧烷，該有機改性硅氧烷含有分子式為[R
文檔編號D21H17/00GK1671920SQ03817476
公開日2005年9月21日 申請日期2003年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月24日
發(fā)明者B·內(nèi)勒森, C·諾思弗利特 申請人:道康寧公司, 諾普科紙技術(shù)股份有限公司